眾所周知,軟質聚氨酯泡沫塑料的隔熱性能遠不如硬質聚氨酯泡沫塑料,但在一般情況下,仍然有較好的隔熱性能,常溫下其導熱系數在0.035~0.050W/ (m.K)。而且,這種材料的柔軟性好,可以任意彎曲、任意剪裁,使用非常方便,還具有化學穩定性好、質量輕、彈性較好等優點,因此,在許多場合下,成為民用和軍用的一種常用隔熱、緩沖材料。 與硬質聚氨酯泡沫塑料類似,軟質聚氨酯泡沫塑料的隔熱性能主要用導熱系數表示,其導熱系數由下式各部分組成。 λ總=λ輻 +λ氣 +λ固 (1) 式中 λ輻-輻射傳熱對軟質聚氨酯泡沫塑料的傳熱貢獻;λ氣-泡孔中氣體對軟質聚氨酯泡沫塑料的傳貢獻;λ固-聚氨酯塑料固體材料對軟質聚氨酯泡沫塑料的傳熱貢獻。 在軟質聚氨酯泡沫塑料中,由于泡沫材料開孔率很高(約為80%左右),泡孔中輻射傳熱和氣體傳熱應為主要考慮的方面。
軟質聚氨酯泡沫的壓縮對導熱系數的影響 采用測試硬質聚氨酯泡沫塑料的方法即采用一維穩態熱流的雙試樣平板法對軟質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數進行測試。與硬質泡沫塑料不同的是軟質泡沫塑料容易被壓縮而變形。為了防止泡沫變形,在裝配試樣時,安裝了限位裝置,使軟質聚氨酯泡沫塑料試樣的壓縮范圍在允許的誤差范圍內。
另外,對壓縮率-導熱系數的關系進行了測定。常溫下軟質聚氨酯泡沫塑料導熱系數與壓縮率的關系曲線(泡沫密度為20kg/m3)。 測試結果表明,壓縮與導熱系數的關系不是非常密切,當試樣壓縮20%時,導熱系數變化率僅為2.6%。軟質泡沫塑料被壓縮后,泡孔縮小,有些泡孔孔壁甚至相貼,泡沫的固體傳熱增加,但同時,泡沫塑料被擠壓后,輻射傳熱途徑縮短,泡沫的輻射傳熱減少,兩者基本上相抵,故軟質泡沫塑料的導熱系數基本不變。因此,在一定壓縮范圍內,導熱系數的變化與允許的測量誤差相似。
溫度對聚氨酯軟泡導熱系數的影響 軟質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數與溫度的關系曲線(泡沫密度為20kg/m3)。當溫度變化時,軟質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數變化較大,特別是在溫度300K以上,該曲線的斜率遠大于硬質泡沫塑料的導熱系數曲線斜率,變化規律有較大區別。因為軟泡開孔率高并采用了無氟發泡技術,因此在其導熱系數曲線288~293K(15~20℃)未見因CFC-11冷凝而產生的最低導熱系數拐點。另外在300K以上時軟泡的導熱系數曲線上揚較快。
這主要是因為軟質泡沫塑料的開孔率高,輻射傳熱占據了主要地位。輻射傳熱受溫度影響較大,溫度越高,曲線斜率越大。由此也證明了輻射傳熱在軟質泡沫塑料中的重要作用。所以,提高泡沫塑料閉孔率,縮小泡孔直徑,減少輻射傳熱,將會大大降低泡沫塑料的導熱系數。
泡沫密度對其導熱系數的影響 為了進一步研究軟質聚氨酯泡沫塑料的隔熱性能,本工作對常溫下軟質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數和密度的關系進行了研究。 從曲線看出,在所測試的泡沫密度范圍(9~19kg/m3)內,隨著密度增加,軟質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數有所減小。對于硬泡來說,在一定范圍內(25~35kg/m3),隨密度增加,導熱系數減小,隔熱性能變好。
對于軟泡來說,規律性較差。這主要是因為軟泡的開孔率、孔徑對隔熱性能影響大,產品的開孔率、孔徑差別稍大,就會較大地改變隔熱性能,另外我們測試的軟泡密度相對較低,有一定的尺寸測量誤差。所以,測試的關系曲線規律不是非常明顯,但總的趨勢還是與硬泡相似。其他密度范圍的導熱性能變化尚待進一步研究。
吸水率對聚氨酯軟泡導熱系數的影響 軟質泡沫塑料開孔率高,因此極易吸水。水是熱的良導體(導熱系數約1~2W/(m.K)),泡沫吸水后,泡孔被水充滿,導熱系數急劇上升。因此軟質泡沫塑料的防水是保證其隔熱性能的關鍵措施之一。實驗還看到,當吸水飽和(飽和吸水體積分數約為15%~30%)時,導熱系數的變化趨于穩定。此時其導熱系數低于水的導熱系數。
a) 在一定范圍內,泡沫的隔熱性能與泡沫受擠壓的關系不大。
b) 在20kg/m3以內的密度范圍,密度越大,隔熱性能越好。
c) 軟質泡沫塑料中,輻射傳熱占主要地位,縮小泡孔孔徑,縮短輻射傳熱途徑,可提高軟泡隔熱性能。
d) 軟質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數隨吸水率的增加而增加,故在使用中應防止吸水。