太阳能热水器水箱发泡工艺

太阳能热水器水箱发泡工艺
浇注发泡是聚氨酯硬泡常用的成型方法，即就是将各种原料混合均匀后，注入模具或制件的空腔内发泡成型。

聚氨酯硬泡的浇注成型可采用手工发泡或机械发泡，机械发泡可采用间歇法及连续法发泡方式。

机械浇注发泡的原理和手工发泡的相似，差别在于手工发泡是将各种原料依次称入容器中，搅拌混合；而机械浇注发泡则是由计量泵按配方比例连续将原料输入发泡机的混合室快速混合。

硬泡浇注方式适用于生产块状硬泡、硬泡模塑锅炉制品，在制件的空腔内填充泡沫，以及其它的现场浇注泡沫。

块状硬质泡沫塑料指尺寸较大的硬泡块坯，一般可用间隙式浇注或用连续发泡机生产。

块状硬泡切割后制成一定形状的锅炉制品。

模塑硬泡一般指在模具中直接浇注成型的硬泡锅炉制品。

块状硬泡的生产方法和连续法块状软泡及箱式发泡软泡相似。

原料中可加入一定量的固体粉状或糊状填料，确保无缝隙。

目前发泡工艺分为预热、发泡、熟化三部分。

预热段温度45-50℃，整机进行预热10分钟；发泡段先给内胆充气然后注料；熟化段温度45-50℃整机熟化15分钟。

发泡工艺与成型方法概况
太阳能热水器水箱发泡工艺分为预热、发泡、熟化三部分。

预热部分包括模具预热和工件预热，预热温度45℃,工件预热部分先对内胆预热，外皮装配后再对外皮预热。

发泡部分包括注料和保压，在注料工序采取定量注料，根据水箱规格按需求量进行注料。

充气保压是按着规定给内胆充气目的是避免内胆出现内变。

注料部分的模具保温线体下加热温度45℃或不加热（最后试验工位段的降温情况）。

保压部分模具和工件采用棚式加热温度45℃。

熟化部分包括升温段、保温段和降温段三部分，保温方式采用天然气燃烧器进行加热。

太阳热水器用聚氨酯泡沫成型工艺分析
太阳热水器为节能型绿色环保产品，自二十世纪九十年代实现工业化生产以来，短短的几年时间，产销量迅速增长。

据不完全统计，生产厂家已达到１０００余家，年总产值达到６０多亿元，到２０００年已形成每年６００多万平方米的生产能力，全社会保有量在２６００多万平方米，为改善人居环境、节约能源、降低污染，做出了巨大的贡献。

硬质聚氨酯泡沫塑料因其成型工艺简单、导热系数低、，故此成为太阳热水器保温材料的首选，但由于各生产厂家的生产工艺、操作人员的技能以及聚氨酯泡沫本身特性等各方面的原因，造成泡沫性能不理想。

泡沫收缩是普遍存在的问题，导致泡沫与外壳部分脱离或全部脱离，外壳变形，真空管口泡沫开裂，更有甚者，内胆和外壳之间的聚氨酯泡沫横向或纵向开
裂，大大地降低了水箱的保温效果。

下面从聚氨酯泡沫性能到泡沫成型工艺分析一下成因，并提出改进的建议，希望有助于问题的解决。

１泡沫收缩原因分析根据泡沫收缩的成因，可分为以下三种类型：（１）固聚氨酯泡沫自身特性而形成的收缩这部分收缩幅度较小，尺寸收缩率不大于１％，一般在０．５％左右。

多元醇与异氰酸酯发生化学反应，产生大量的热量，摩尔反应热为１０９ＫＪ／ｍｏｌ发泡体系中的低沸点化合——发泡剂，受热蒸发成气体，最终形成闭孔结构的硬质聚氨酯泡沫塑料，泡沫发泡成型时的最高温度可达１２０－１５０摄氏度，在慢慢降至室温过程中发生了不可避免的收缩。

这是自然万物热胀冷缩的特性在聚氨酯硬泡沫上的表现，本文称之为“正常收缩”，任何用途的聚氨酯硬泡都存在“正常收缩”。

太阳热水器发泡工艺现状
２．１手工发泡、低压机发泡和高压机发泡一般年产量在１万台以下者，几乎都是手工发泡。

这些厂家工艺条件简单，多数仅有一个固定内胆和外壳的所谓“模具”，并且无精确计量设备，无法控制黑料和白料的比例，一般用两只容积相等的容器量取。

而混合方式，条件好的多用转速在１２００转／分的手电钻或台钻；条件差的只用一根木棍或类似工具。

这些厂家的操作工人多数不经过正规培训就上岗操作，对聚氨酯知识知之甚少，造成在实际生产中泡沫质量受人为因素的影响较大。

规模较大的生产厂绝大多数采用低压机，多次浇注成型法发泡。

其优势是：生产效率高，不浪费料，劳动强度较低，工作环境较好。

常见的机型是北京、上海、浙江、美国等地生产的浇注机，这种发泡机的特点是：（１）输出压力不能调整，且压力随空压机输出压力的波动（５－７ｋｇ／ｍ３）而变化。

因为空压机所提供的压力较低，所以混合效果不理想，易出现泡沫软、泡孔粗大、甚至呈现局部白局部黑的现象。

（２）发泡机固定料比１．０１．０，料比不可调，都是不可测，在实际生产过程中，料比往往随料温、粘度等外界因素的影响，很难保证料比的准确性。

（３）发泡机有二个温度控制器分别控制白料和黑料的温度，温度只能升高不能降低，生产过程中温度一般控制在３５－４５℃之间。

２．２内胆处理和不处理两种作法的比较太阳能内胆有不锈钢和搪瓷两种：不锈钢内胆壁厚一般为０．５ｍｍ，强度比较大；搪瓷内胆强度大、不生锈、表面粗糙。

所谓“内胆处理”是指：（１）在内胆表面涂抹黄油或粘贴塑料薄膜，让聚氨酯泡沫收缩时同内胆自然分离，保证了外皮和聚氨酯的粘结性不被破坏，从外表来看收缩率很小，这是目前多数太阳能生产厂家所采用的方法。

这种作法掩盖了泡沫收缩的外在现象，并没有从根本上减轻或消除泡沫收缩的程度，而是将泡沫收缩现象从外壳转移到内胆。

（２）内胆充入０．０５Ｍｐａ的空气，使内胆能承受一定的发泡压力。

这样，可接近一次过量填充发泡的条件（尽管如此，仍不能完全满足条件）。

一次过量填充应是太阳能发泡的趋势，这样有利于消除拉丝之后的不良泡沫，保证泡沫的整体性能。

所谓“内胆不处理”是指在外壳和不经过处理的内胆之间直接浇注发泡料。

聚氨酯自身的收宿决定了在实际生产过程中使太阳能热水桶出现“脱皮”、“脱壳”，“真空孔管口剥离”等现象。

３、建议的发泡工艺条件根据国内目前的现状，从组合聚醚的工艺性能和泡沫性能两方面考虑，我们认为太阳热水器标准的的发泡工艺应具备以下条件：３．１温度：在发泡成型过程中，原料温度与环境温度的高低及恒定与否直接影响太阳热水器的质量，环境温度以２０－３０℃为宜。

原料温度可控制在２０－３０℃范围或稍高一些。

温度较低时，发泡反应进行缓慢，泡沫固化时间长。

温度高，则发泡反应进行快，泡沫固化时间短。

温度过高或过低，都不易得到高质量的产品。

３．２模具：黑料与白料的反应是一个放热反应，放出的热量使发泡剂（例如Ｆ－１１、１４１Ｂ）汽化而形成泡沫。

模具温度的高低直接影响反应热移走的速
度。

模具温度低，反应热移走快，发泡倍数小，制品密度大，表皮厚，模具温度高则相反。

为制得高质量的制品，一般情况下，模具温度控制４０－４５℃。

在实际生产过程中，应根据需要选择合适的温度，并尽量予以恒定。

为了保证聚氨酯发泡反应的充分进行，发泡前应将外壳、内胆、模具作预热处理。

如何保持箱体尺寸、外观形状不变形，历来是个受人关注的问题，模具是一个很重要的因素，聚氨酯硬泡发泡原理是：反应热使发泡剂汽化，发泡体系体积膨胀。

这种膨胀作用将导致泡沫体系的内压升高。

聚氨酯在发泡过程中产生的压力为０．５－１．０ｋｇ／ｃｍ２，箱体在承受发泡压力时，易发生变形，这需要有内外模具来承载压力，模具应具备足够的强度。

根据太阳热水器构造的实际情况，可用内胆充气使内胆承载一定的压力。

３．３发泡设备：聚氨酯发泡时，黑料和白料在发泡机混合室内停留的时间是很短的，一般几分之一仅几秒，混合效率是一个很重要的因素。

黑料和白料混合均匀，泡沫的泡孔细腻、均匀、保温效果好。

为了确保混合效果，聚氨酯发泡时应使用高压发泡机，并且一次过量填充，过填充率一般为１０－１５％，有利于消除拉丝之后形成的不良泡沫。

３．４开模时间：温度是影响热水器开模的重要因素。

温度包括环境温度和模具温度。

温度高，开模时间短。

太阳热水器发泡后一般１２分钟左右开模，在实际生产过程中可根据温度、过填充量、保温层厚度适当延长或缩短开模时间。

３．５后熟化：熟化是指泡沫固化后，在一定温度下放置的过程，目的是让化学反应进行完全，达到良好的性能。

开模后的太阳热水器应在温度３０℃以上的环境中进行熟化。

熟化温度越高，所需时间越短。

待泡沫完全熟化后再移至温度较低的地方（如成品库）。

为了保证产品质量和泡沫性能，建议各生产厂家建立太阳能熟化区。

随着经济的发展，市场对产品的品质要求将更为严格。

我国的太阳热水器行业将如何应对这一局势呢？首先，技术创新是关键。

有资料显示，预计今后我国的太阳热水器在发展方向上将由以提高劳动效率为主向高性能、长寿命推进。

其次，规范行业、提高产品的产业化程度也是一个重要方面。

国家经贸委出台的《２０００－２０１５年新能源和可再生能源产业发展》中，就明确规定了将规范太阳热水器市场作为一项主要任务。

目前，国家经贸委及有关部门正在组织力量，争取在２００２年底前基本建成太阳热水器标准化体系及国家级太阳产品质量检测和认证系统．我们期待着太阳热水器业内企业建立现代企业的运行和发展机制，创立更多的中国太阳热水器的知名企业和驰名商标。