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東莞市金輝廚具熱能工程有限公司(東莞太陽能熱水器供應商)
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闡述家用太陽能熱水器隔熱體選材性能


   家用太陽能熱水系統(貯熱水箱容積在600L以下)有成熟的標準,但是主要部件的選材一直沒有規范和統一,使得市場上太陽能熱水系統選材良莠不齊,由此會給消費者帶來損失。
  就隔熱體而言(俗稱保溫層),早期的太陽能熱水器儲水箱所用的隔熱材料主要是聚苯乙烯發泡、巖棉、珍珠巖,而目前仍有部分廠家使用聚苯乙烯發泡。隨著人們對太陽能產品的性能要求的提高,對儲水箱的保溫性能也提出了更高的要求。目前多數廠家采用硬質聚氨酯泡沫塑料作為太陽能熱水器的隔熱體材料。硬質聚氨酯泡沫塑料一般以多元醇、多異氰酸酯為主要原料,其在一定負荷作用下不發生明顯變形,但當負荷過大發生形變后,則不能恢復到初始狀態。
  作為太陽能生產用的硬質聚氨酯泡沫塑料,最早是將冰箱用硬質聚氨酯泡沫塑料直接搬過來用的。由于不想并不用于室外嚴寒等惡劣天氣情況,對硬泡原料的配方進行了不斷改進和調整,異氰酸酯由原來的MDI和TDI混合使用,改為粗MDI。異氰酸酯毒性大幅降低,泡沫剛性增加,泡沫初始強度和壓縮強度提高,生產中脫模也得到了提高。在多元醇的選用上,目前主要選用聚醚多元醇。它的粘度低,官能度較高,這樣使泡沫塑料的強度和韌性得到了平衡,也減少了異氰酸酯的用量,生產成本大為降低。在保護臭氧層方面,氯氟氫發泡劑CFC-11已不再使用,正在使用的發泡劑是HCFC-14lb,正在發展和普及的發泡體系有環戊烷發泡體系、水發泡體系以及HFC-245fa發泡體系。
  保溫層的材料和加工工藝直接影響熱水器的保溫性能,如果生產設備和工藝簡陋,就會生產出劣質的聚氨酯保溫層。一些中小品牌的太陽能熱水器生產企業,雖然采用同樣的原料,但由于技術、資金實力有限,設備簡陋,甚至采用手工攪拌方式,導致發泡料不均勻,閉孔率極低,有的地方泡控過大,熱量極易穿透、散失快,一夜溫度可降低20℃。這樣的太陽能熱水器怎么能做到隔夜、陰天有熱水呢?而大品牌的企業原材上采用異氰酸酯和組合聚醚兩種原料,技術使用微電腦控制全自動恒溫恒壓發泡技術,保證發泡料定量稱比例,發泡均勻,一次成型,閉孔率高。并經高溫熱化處理,避免二次發泡,保溫性能穩定,使用壽命長達十幾年。
  針對目前的現狀,硬質聚氨酯泡沫塑料業應有一定的技術要求,才能保證其保溫性能良好。目前關于太陽能熱水器用聚氨酯的國標還沒有正式出臺,相關的太陽能標準對隔熱體的要求在GB19141《家用太陽能熱水器儲備箱》中都有體現。
  現在可參考的標準有QB/T2081《冰箱、冰柜用硬質聚氨酯泡沫塑料》和QB/T3806《建筑物隔熱用硬質聚氨酯泡沫塑料》。由于使用環境、用途的不同,一些性能參數的要求也會有所區別。下面是筆者關于熱水器用聚氨酯泡沫塑料的一些看法,供大家學習和參考。外觀 
   1.黑白料外觀:白料外觀為棕黃色粘性透明液,白料成分中的發泡劑為HCFC-14lb,無機械雜質;黑料外觀為棕色液體,無機械雜質。
   2.自由泡沫體外觀:泡沫體為白色至淡黃,無黑白銀紋現象,泡孔結構均勻致密。
  自由泡工藝參數
  自由泡即完全是敞開式的自由發泡,除受大氣壓作用外,不受其他任何壓力的作用。
   1.發泡時應確定白料與黑料比例,以確保體系的工藝性能。黑料、白料約為(1.03~1.05):1(質量比)。當白料過量時,表現為泡沫密度低,顏色發白,泡沫強度下降,手感軟,氣溫低時尤其容易收縮;當黑料過量時,表現為泡沫密度高,顏色深,泡沫強度高,手感硬而脆。
  2.發泡使用時,最好調整料溫在24±3℃范圍,以確保體系具有合適的反應性能。
   3.發泡時環境溫度:20~35℃。發泡后制品高溫熟化停留一定時間,待泡沫熟化后再移至溫度較低倉庫。
   4.每天生產使用前,應先檢查設備及材料情況,通過槍體注射自由泡驗證。參數如下:乳白時間:7~13s;抽絲時間:55~65s;不粘時間:80~100s;自由泡密度(去皮):28~30.5kg/m3。
  密度
   1.表觀芯密度根據GB/T6343《泡沫塑料和橡膠表觀(體積)密度的測定》,表觀芯密度指去除模制時形成的全部表皮后,單位體積泡沫材料的質量。
  太陽能儲水箱殼體夾層形狀雖然簡單,但是不利于原料的流動。泡沫從灌點注到底部后,泡料掛壁,流動距離遠,轉彎,爬升高度較高,故原料體系應具有較高的流動性。隨著化學反應的進行,反應混合物的粘度越來越大。泡沫必須在凝膠時間(又稱纖維時間、拉絲時間)前完全充滿空間。一般情況下現有時間的90%是流動時間,凝膠時間后泡沫如果再向上爬升,泡孔結構會沿上升的方向伸長,泡沫性能將大大降低。原料流動性也不能太高,流動性太高,流動時間前期粘度過低,原料容易泄漏,造成原料浪費,成本升高,固化速度降低增加發泡時間,更重要的是會造成水箱中下部密度偏低,水箱密度差增大,因此,測量表觀芯密度時,從不同部位取樣的密度是不一樣的,密度在33~37㎏/m3范圍內為佳。
   QB/T2081《冰箱、冰柜用硬質聚氨酯泡沫塑料》中,表觀芯密度為28~35㎏/m3,取樣時有三點要求:產品生產一周后取樣;取樣時應首先去除與泡沫粘接在一起的冰箱或冰柜的外殼和內膽(金屬層或塑料層);所有試樣去除表皮后裁取制得。
  熱水器儲水箱取樣與冰箱類似,需待儲水箱完全熟化后,去除外殼和內膽,所用試樣去除自然表皮,按照GB/T6343《泡沫塑料和橡膠表觀(體積)密度的測定》的規定進行測量。
   2.表觀總密度
  根據GB/T6343《泡沫塑料和橡膠表觀(體積)密度的測定》,表觀總密度指單位體積泡沫材料的質量,包括模制時形成的全部表皮。
  在儲水箱發泡前稱量外殼和內膽的重量,發泡后稱得整體的重量,計算或測出體積,由(整體重量——外殼重量——內膽重量)/體積便可計算出密度,應不小于40kg/m3。
  實際上,一般自由泡密度正常時,保溫層的密度比較穩定,不會出現太大的差異。所以每天生產使用前必須驗證自由泡密度是否正確。
  壓縮強度
  壓縮強度指單位面積可承受的極限壓力值,單位kPa。按照不同的使用場合,對硬泡的壓縮強度指標有不同的要求。在建筑行業,冰箱、冰柜一般不小于100kPa,熱水器中一般要求不小于110kPa。具體試驗方法按GB8813《硬質泡沫塑料壓縮試驗方法》規定進行。
  導熱系數
  導熱系數是聚氨酯硬質泡沫的重要指標,國際單位為W/(m·K)。從其單位可以看出,它是指在一定時間內,單位長度所傳遞的熱量。聚氨酯的導熱系數是目前工業化保溫材料中最小的,一般在0.020~0.030W/(m·K)之間。為保證良好的保溫性能,熱水器用聚氨酯導熱系數應該不大于0.022W/(m·K)。其試驗方法按GB3399《塑料導熱系數試驗方法 護熱平板法》規定進行。
  閉孔率
  閉孔指封閉的泡孔,不和其他泡孔相通。用來做絕熱材料的泡沫塑料,要求材料有高的閉合泡室體積百分比,這樣可以防止氣體溢出,保證材料的低熱導性,一般要求閉孔不小于90%,一些品牌廠家可保證閉孔率不小于92%。閉孔率可按GB/T10799《硬質泡沫塑料開孔和閉孔體積百分率的測定》的規定進行試驗。
  尺寸穩定性
  尺寸穩定性是指試樣在特定條件下放置一定時間后,互相垂直的三維方向上產生的不可逆尺寸變化。
  根據太陽能熱水器的一般使用條件,按GB8813《硬質泡沫塑料尺寸穩定性試驗方法》規定進行試驗,試驗條件選擇低溫(-20℃,24h),高溫(70℃,48h),分別在此條件下測定泡沫經過規定時間后的尺寸變化,一般尺寸變化率不大于1%。
  就同一種硬泡而言,密度上升、導熱系數上升(大于30kg/m3左右時)、機械性能上升(如壓縮強度等)、尺寸穩定性上升這些性能參數相輔相成,是衡量家用太陽能熱水系統用硬質聚氨酯泡沫塑料性能的重要指標。
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