应用于保温（冷藏）车的聚氨酯硬泡复合板材的工艺研究
时间：2020-12-29 00:03:42 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：装有专用设备，具备专用功能，用于承担专门运输任务或专项作业的汽车称为专用汽车，保温车和冷藏车就属于专用汽车中的一种。以硬质聚氨酯泡沫塑料为芯材，玻璃钢为面板复合而成的“三明治”结构的聚氨酯复合板材在保温、冷藏车领域中显示出了卓越的使用性能。该文介绍了保温（冷藏）专用汽车的行业现状，分析了用于汽车厢体的聚氨酯硬泡复合板材的组成材料及特点，研究了箱板各结构层复合工艺，阐述了聚氨酯硬泡复合板材的应用特点，预估了发展前景。
关键词：保温（冷藏）汽车 聚氨酯复合板材 复合工艺 应用特点
中图分类号：TU551 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（b）-0059-02
1 保温（冷藏）专用汽车行业现状
据有关资料介绍，就厢式汽车中的一个品种——保温（冷藏）汽车在我国货运汽车中占的比例仅为0.33%左右，而美国为0.8%～1%，英国、德国等发达国家均为2%～3%。近年来我国聚氨酯工业以接近20 %的速度快速发展，其应用正在日益扩展。目前我国聚氨酯泡沫塑料的应用消费仍以软质泡沫塑料为主；硬质泡沫塑料的应用主要在冰箱、冷柜、石油化工管道等方面，在保温（冷藏）专用汽车的应用尚处于起步阶段。此外，目前聚氨酯材料在国内汽车领域的应用主要集中在坐垫、内饰材料、缓冲抗震吸能材料等，在货运汽车保温（冷藏）箱体方面的应用尚待发展。
2 聚氨酯硬泡复合板材各组成材料及特点
聚氨酯硬泡复合板材的组成材料包括聚氨酯硬泡、玻璃钢、玻璃纤维网格布、胶黏剂。
聚氨酯硬泡，亦称硬质聚氨酯泡沫塑料，是聚氨酯的一种，属于憎水性材料。硬质聚氨酯泡沫塑料具有超低的热导率（其导热系数γ仅为0.018～0.024W/m*k），软化系数在250℃以上，保温隔热效果在目前市场上所有的保温隔热材料中是最好的。与其他隔热保温材料相比，50 mm厚的硬质聚氨酯泡沫塑料隔热保温效果相当于80 mm厚的可发性聚苯乙烯（EPS）泡沫塑料，90 mm的岩（矿）棉，100 mm厚的软木，280 mm厚的木板和760 mm厚的混凝土。聚氨酯硬泡的密度有多种，用于保温（冷藏）专用汽车箱体制造的聚氨酯硬泡密度一般为35～50千克/立方米，当聚氨酯硬泡密度为40～43千克/立方米时表现出最好的性价比。
玻璃钢，亦称玻璃纤维增强塑料（简称FRP），它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料合成的一种复合材料。玻璃钢有着强度高、耐疲劳性能好、减震性好、耐化学腐蚀、热导率低等优点，表1对比了玻璃钢与其他几种常用材料的部分性能。玻璃钢应用领域十分广阔，就汽车领域而言，目前已采用玻璃钢制造的汽车部件有发动机机罩、车门板、前灯罩、车顶、保险杠等等，其应用的最大优点就是减轻重量，据称与钢相比，玻璃钢能使很多部件减重35%左右。
玻璃纤维网格布是玻璃纤维的一种。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，熔点680℃，沸点1000℃，密度 2.4～2.7g/cm3。其优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，表2列举了玻璃纤维和其他常用材料抗拉性能的对比。玻璃纤维网格布以耐碱玻纤网布为主，它采用中无碱玻纤纱（主要成份是硅酸盐、化学稳定性好）经特殊的组织结构——纱罗组织绞织而成，后经抗碱液、增强剂等高温热定型处理，从而具有良好的抗碱性、柔韧性 以及经纬向高度抗拉力，可被广泛用于建筑物内外墙体 保温、防水、抗裂等。
生产复合板材的胶黏剂为不饱和聚酯树脂胶黏剂（以下简称UPR胶黏剂），该胶黏剂是由不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、促进剂、填料等组成。其原理是引发剂在促进剂的氧化还原作用下形成高度活性的游离基，游离基促使UPR和已经预先加入的交联剂发生交联反应，使胶黏剂从流态变为胶凝态，最终固化，从而产生胶接作用。该反应体系称为氧化—还原体系，可在室温下进行。市场上销售的UPR一般已经加入交联剂（一般为苯乙烯），有的也可能同时加入促进剂，形成预促进不饱和聚酯树脂；引发剂通常为过氧化甲乙酮和50%邻苯二甲酸二甲酯配制的溶液；促进剂通常为环烷酸钴的苯乙烯溶液，含有0.48%～5.0%的二价钴离子。
在我们实习调研的迪科公司所采用的是分别购买厂家配制好的UPR混合溶液（已经加入交联剂以及其他部分次要助剂）、过氧化甲乙酮引发剂混合溶液和环烷酸钴促进剂混合溶液，然后根据施工现场实际环境采用相应的配比进行配置，配制时各成分用量见表3。
其中，引发剂和促进剂的用量根据施工现场的温度和相对湿度具体确定，当温度高或者相对湿度大时，用量大；相反，则用量较少。通过调节用量，从而控制其胶凝时间保持在60～90分钟，以满足施工要求。
3 聚氨酯硬泡复合板材结构层及其复合工艺
聚氨酯硬泡复合板材为“三明治”式结构，分外层、中间层和内层，外层为玻璃钢面板，中间层为玻璃纤维网格布和粘接剂（胶黏剂）的组合体，内层为聚氨酯芯材。此外，复合板材内部还会根据使用要求相应的预埋少部分铁件。复合板材中，玻璃钢面板厚度为1.5～2mm，胶黏剂层（含玻璃纤维网格布）厚度为1mm左右。芯材聚氨酯的厚度因货车功能要求（即温度要求）、箱体大小以及厢体部位而异，芯材厚度不同，形成的复合板材厚度也各不相同。表4列举了不同车型及不同箱体长度所采用的聚氨酯复合板材的不同厚度。
备注：厢体底部复合板材结构一面采用钢板，另一面采用玻璃钢，使用时面板为钢板一侧与货车底盘钢架接触并固定，其余部位的复合板材两面面板均为玻璃钢。
聚氨酯硬泡复合板材的复合工艺有垂直复合法、块料切割粘结法（亦称真空粘结法）等。迪科公司采用的方法为块料切割粘结法，其具体工艺流程如下：1）清理真空台，量好粘接所需尺寸并贴好塑料膜；2）把粘接时所需的玻璃钢单板（外层面板）撕掉保护膜，并清理板上杂务、灰尘等（使用减压吸除粉尘的方法较为有效），放置在已经贴好的尺寸内；3）把玻璃钢外层面板贴附在模具上，有毛毡的一面铺设一层玻璃纤维方格布，并保证方格布的平整；4）把已经调好的粘接树脂用料槽均匀的淋洒在玻璃钢单板上，用压辊把气泡清除；5）把拼接好的板材放置在已经涂好粘接树脂的玻璃钢单板上，按相应图纸要求放好预埋铁之后，在上面铺设一层玻璃纤维方格布，并再次淋洒粘接树脂；6）铺上玻璃钢内层单板，盖上连接片和真空毯；7）开启真空泵进行真空加压，使各层材料粘接形成一个整体，即得到聚氨酯硬泡复合板材。这种复合方法的优点有生产装置及手续简单、改变板材形状与尺寸均较为方便与经济，缺点是有废料生成，从而浪费塑料坯料。
4 聚氨酯复合板材在专用车领域的应用特点及前景
通过复合工艺的聚氨酯复合板材在专用车领域具有如下特点。
（1）重量轻：厢板内外蒙皮玻璃钢及聚氨酯隔热层均为轻质材料，有效的减轻了车体自重，利于用户节能降耗，降低运营成本。
（2）强度高：全塑全封闭的复合厢板使厢体整体具有极高的强度。
（3）保温性好：采用硬质聚氨酯泡沫为隔热材料，保温材料稳定性高、在厢板内部不产生二次熟化、厢体不变形。
（4）达到相同保温效果所需的材料厚度小：聚氨酯硬泡有着极低的导热系数，这使得它达到与同行材料（如聚苯乙烯）相同保温效果时所需的厚度降低。
据外媒报道，2015年全球聚氨酯泡沫市场需求将达到约9.6亿吨。与国外聚氨酯应用领域相比，我国聚氨酯应用蕴藏着巨大的发展潜力。建筑和汽车行业是国外聚氨酯应用的两大主要领域，而我国聚氨酯在这两个领域的应用还处于发展初期。根据IAL调研机构的数据，建材和汽车在全球聚氨酯应用领域中分别占据了17%和15%的份额，而我国则都不足5%。随着人们生活水平的提高，对于保温（冷藏）运输的认可度越来越高，聚氨酯硬泡作为该应用领域中最有效的常规保温隔热材料，将发挥更大的作用，前景将会更加光明。
参考文献
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