喷涂聚氨酯硬泡在设备保温中的应用.docx
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喷涂聚氨酯硬泡在设备保温中的应用
喷涂聚氨酯硬泡在设备保温中的应用
1.聚氨酯硬泡的主要性能
表1聚氨酯硬泡主要性能表
密度(kg/m³)
40-60
抗压强度(kg/cm²)
2.0-2.7
闭孔率%
>93
吸水率%
≤3
导热系数(W/m·K)
≤0.025
尺寸稳定性%
≤1.5
使用温度℃
-196℃+120℃
氧指数%
≥26
1.1导热系数低且轻质
聚氨酯硬泡是结构细密的微孔泡沫体。
气孔内填充着导热系数很低的发泡剂,蒸汽发泡剂的蒸汽导热系数为0.007W/(m·K),而空气导热系数为0.024W/(m·K),是前者的3倍。
几种建筑材料的导热系数详见表2。
表2几种建材达到相同保温效果的材料厚度
材料名称
导热系数[W/(m·K)]
保温层厚度(mm)
聚氨酯硬泡
0.023
25
聚苯乙烯泡沫板
0.041
40
矿物棉板
0.046
45
水泥珍珠岩
0.120
170
水泥蛭石
0.140
200
混凝土块
0.345
380
普通砖
0.698
800
由表2可以看出,由于聚氨酯硬泡的导热系数最低,且所需保温层厚度也最小,这也体现了其轻质的一方面。
1.2粘结性能好
聚氨酯硬泡对金属、混凝土、砖石、木材、玻璃都有很好的粘结性能,其粘结强度在0.294Mpa以上。
可满足规范要求,直接喷涂的聚氨酯硬泡与基层牢固粘结,其粘结强度可超过泡沫自身的撕裂强度,可避免水沿硬泡聚氨酯与基层之间渗透,但必须保证基层干净、牢固。
1.3耐化学腐蚀、耐老化、阻燃性良好
聚氨酯硬泡对苯、汽油、一般溶剂和稀浓度的酸、碱等化学介质具有良好的化学稳定性,不会发生霉变和腐粒,并能按要求达到一定的阻燃性,且无毒、无异味、绝缘,但和其他高分子材料一样,该材料在阳光的直接照射下会发生老化,使材料的物理性能及机械性能下降,但老化速度非常缓慢。
1.4独特的不透性和不吸湿性
聚氨酯硬泡闭孔率达93%以上,有自结皮性能,在泡沫体外壳形成一层致密光滑的膜,因此具有很高的不透水性。
通常所说的聚氨酯硬泡的闭孔率和吸水率的测试指标是将制品切去自然表皮测得的性能指标。
对于浇注或直接喷涂成型具有完整结皮的制品,可以认为其闭孔率为100%,吸水率接近于0,并且整体性能好,没有节缝搭接。
1.5可用做复合保温材料
XXX二期发酵项目采用的就是聚氨酯硬泡和硅酸铝的复合保温材料,因为这些设备是冷热交替运行的,热运行时罐体温度最高可达200℃以上,而聚氨酯硬泡的使用温度不能超过200℃。
而这种复合保温材料在应用于冷却效果要求高、冷热交换大的工艺设备时,具有稳定性好、使用寿命长、施工方便、保没性能佳、实用性强等优点,且具有经济、低耗的特点。
2.聚氨酯硬泡设备保温工艺
聚氨酯硬泡设备保温工艺按成型方式可分为脱模、浇注和喷涂三种。
2.1脱模工艺
XXX二期发酵项目现场由于设备穿楼板洞已经封掉,且间距不均匀,无法安装脱模板,故不能采用脱模法制作,在此不多做分析。
2.2浇注工艺
浇注工艺首先需用氟碳铝板预制好外护板,然后在清洁、干燥后的设备表面绑扎支撑架,后将外护板套在设备上固定,确保设备底部无空隙,将聚氨酯硬泡原料浇注入环形空间中,聚氨酯发泡后充满整个空间,封堵注料孔,最终完成保温层制作。
2.3喷涂工艺
喷涂聚氨酯硬泡是德国RECK公司研制出的,由A组分料和B组分料两种化工原料混合反应形成的具有防水和保温隔热功能的硬质泡沫塑料。
A组分料(俗称白料)是指由组合多元醇(组合聚醚或聚酯)及发泡剂等添加剂组成的组合料;B组分料(俗称黑料)是指主要成分为异氰酸酯的原材料。
喷涂聚氨酯硬泡是将A组分料和B组分料按1∶1体积比,采用高压无气喷涂设备在大于10MPa压力条件下均匀混合喷出,并在需保温的基层表面形成硬质发泡体。
图1喷涂聚氨酯硬泡工作原理
聚氨酯硬泡所用的A、B组分料均为成品,在施工现场只需调节喷涂设备两种原料的进料控制阀就可达到按比例配置聚氨酯硬泡,操作简便。
通过调查,将聚氨酯硬泡浇注成型和喷涂成型的设备保温性能对比分析如表3所示。
表3聚氨酯泡沫喷涂工艺和浇注工艺对比
序号
对比项目
浇注工艺
喷涂工艺
1
导热系数(保温性能)
系统反应性适中,泡孔细腻程度一般,导热系数一般
系统反应性较快,泡孔细腻均匀,导热系数低,保温性能优异
2
密度分布
注料口和流动末端存在一定的密度差,投料密度需大于所需密度
系统密度即为实际分布密度,所以密度分布均匀,原材料投料量低
3
泡沫缺陷
内部存在泡沫缺陷,且不易检测;对于保温层的长期使用性能不利
整个加工过程可视,且不存在泡沫翻滚流动过程,泡沫内部缺陷极少
4
泡沫层厚度
不可调节;泡沫层过厚可能存在烧心等问题
可随时调节;可以分多次喷涂成型
5
泡沫最高密度
通常≤100kg/m³
最高可达300kg/m³
6
泡沫强度
泡孔在轴向取向,而泡沫受力方向为径向,故强度较差;
由于有流动性要求,聚醚选择性受限,泡沫整体结构强度一般
泡孔在径向(泡沫受力方向)取向,提高了泡沫受力面强度;
采用含特殊刚性结构的聚醚,泡沫整体结构强度更好
7
聚氨酯投料量
高
低
8
生产效率/能力
低
高
9
设备投资
少
一次投入高
综合考虑上述因素,XXX二期发酵项目采取了喷涂聚氨酯硬泡工艺。
3.喷涂聚氨酯硬泡的施工流程
图2喷涂聚氨酯硬泡施工流程
3.1表面处理
搭设脚手架,加安全护网,检查合格→清理原料仓罐体表面,使得罐体表面清洁干燥无油污等附着物。
3.2硅酸铝、铁丝网安装
在罐体表面裙带位置安装50mm挤塑板两层,叠放整齐,用铁丝固定;挤塑板上方安装50mm厚硅酸铝一层,并用铁丝网在硅酸铝外捆扎一圈。
挤塑板的作用主要是支撑硅酸铝和作为厚度的衡量标准;铁丝网的作用主要是固定硅酸铝和便于聚氨酯粘结附着。
图3挤塑板、硅酸铝及铁丝网安装
3.3聚氨酯发泡
用喷涂设备将聚氨酯硬泡均匀喷涂在罐体表面,固化后打磨处理聚氨酯硬泡表面,使聚氨酯硬泡表面平整均匀。
(具体控制要求后续分析)
图4聚氨酯硬泡喷涂
3.4外护板安装
待整体发泡完成并检验合格后,在挤塑板及硅酸铝上等距装上若干内钢带,然后进行0.8mm氟碳铝板安装,最后在氟碳铝板上内钢带处打专用螺丝固定。
图5内钢带安装
图6氟碳铝板安装
3.5锥底保温
锥底先焊支架,再进行硅酸铝保温安装,最后安装外护板。
3.6检验交付
待整体安装完毕自检验合格后,拆除脚手架,交付业主。
图7成品照片(a)
图8成品照片(b)
4.喷涂聚氨酯硬泡的控制要求
(1)喷涂设备的选择
目前国内施工现场的喷涂设备主要有两类。
一类是气混式喷涂机,另一类是高压喷涂机,此二种发泡机的工作效果比较如表4。
显而易见,我们应该选择高压喷涂机。
表4两种发泡机对比
图9高压喷涂机
(2)聚氨酯硬泡在发泡过程中有一定的有害气体挥发,对操作工人的身体易造成伤害,故施工应由专业的施工技术人员进行,须取得相关行业颁发的认可证书或经其公司授权才能上岗,要配备齐全有效的防护工具,且应每台机组由2位喷手轮流互换,确保操作人员健康风险降到最低程度。
(3)喷涂前罐面应保持干燥(其含水量应小于8%),表面不应有浮灰和油污。
(4)聚氨酯硬泡喷涂的施工环境温度应≥10℃,温度过低会对聚氨酯硬泡的发泡质量产生较大影响。
相对湿度不大于85%,因为聚氨酯硬泡不能在水分饱和的状态下完全发泡,易造成焦点,影响保温效果;其次钢仓体若在潮湿条件下发泡容易造成钢板腐蚀,从而对仓体的结构造成破坏。
风力宜小于3级。
表5不同温度聚氨酯硬泡发泡厚度
温度/℃
15
13
8
4
聚氨酯发泡厚度/mm
35
34
26
13
(5)施工时,应做好周边管道、桥架等的保护;高空及有风天施工时,应采取遮挡措施,避免飞散物、漂浮物污染环境。
如有污染,喷涂完毕后立即清理。
对施工现场50m内下风区域进行监控,对进入范围内的人员做好防护。
(6)喷涂时,喷枪头距作业面距离应根据喷涂设备的压力进行随时调整,一般不宜超过1.5m,喷射移动速度要均匀。
(7)喷涂作业中,应随时检查聚氨酯硬泡发泡质量,如发泡不均匀,厚薄不一,导致保温效果不统一。
出现问题应立即停机,查明原因后再进行喷涂。
(8)根据设计厚度,一个作业面应分几遍喷涂完成,每遍厚度不宜大于15mm,在施工中前次喷涂的表面不粘手后方可进行下一层的喷涂。
但当日的作业面必须于当日连续地喷涂施工完毕。
(9)聚氨酯经喷涂形成硬泡后,20min内严禁挤压。
施工完成后,应及时做好成品保护,一般应在24h内进行,避免外力破坏形成的泡沫。
喷涂后的聚氨酯硬泡保温层应充分熟化(一般为48h以上)后再进行下道工序。
(10)在聚氨酯硬泡喷涂施工过程中,应采取有效的防火及安全措施:
喷涂现场不允许使用明火,并应配备灭火器材以防火灾隐患,施工完成后也应采取有效的防火措施;现场喷涂涉及高空作业的作业面,应严格按照有关高空作业安全标准操作。
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