聚氨脂发泡工艺对溶液罐保温效果的影响

吴正平

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

聚氨脂发泡工艺对溶液罐保温效果的影响

吴正平

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

本文就德兴铜矿运输部汽车修理厂日常维修过程中摸索出的利用手工对聚氨酯进行发泡的手工发泡法进行了较详细的阐述，并就手工发泡法对聚氨脂发泡工艺过程中几个主要参数的变化与溶液罐保温效果的关系进行了认真的探讨。方法成功应用于该矿混装炸药车水相溶液罐在汽修厂进行大、中修理后，重新铺设保温材料的汽修工艺中。

聚氨脂发泡；工艺参数； 溶液罐；保温效果

1 引言

德兴铜矿采矿采用乳化炸药进行爆破，乳化炸药由混装炸药车水相、油相材料现场配制，然而，采矿爆破装药作业因现场作业环境差、道路颠簸等因素，炸药车的水相溶液罐常常会造成破损裂缝、甚至泄漏，需要将原保温层除去后实施修补，并经过磁力探伤检查和带压试验后，方可铺设新的保温层。然而，重新铺设保温层，就要求我们必须熟练掌握聚氨脂发泡技术、准确把握发泡工艺各相关参数，以提高混装炸药车水相溶液罐维修质量，确保矿山混装炸药车的安全运行及乳化炸药生产质量的提高。

2 水相溶液罐简介

混装炸药车制药制药系统由氧化剂料箱、调密液料箱、电磁阀、流量计、乳化器、溶液泵、MONO泵、燃油泵、油相罐、水相溶液罐等组成。其中，水相溶液罐是炸药车的关键料箱，它的作用是盛装地面站水相半成品硝酸铵溶液，由车载到各施爆点，以备现场混制炸药及灌装［1］。

3 提出问题

3.1 保温对象

目前，德兴铜矿的炸药车溶液罐有两种规格，分别为10吨级和15吨级，外形呈长方体形状，相对于其它发泡模具而言，保温对象的确是一个庞然大物，发泡工艺要求高，施工难度大。

3.2 水相溶液罐的适应环境及技术要求

硝酸铵的溶解度与水溶液的温度成正比。硝酸铵在地面站熔化罐中的熔化过程，也是一个放热过程，从安全角度考虑，水相制备系统中，无论是地面站熔化罐，还是炸药车水相溶液罐，都一定要采取完善的保温措施，尤其是水相溶液罐，其保温不得有死角，特别是罐体底部的保温效果一定要好。罐体保温效果不好，容易使硝酸铵溶液析晶，造成底部水相输送管道堵塞，不利于乳化炸药的正常生产，甚至损坏溶液泵、乳化器［2］。因此，在重新选取及铺设溶液罐保温材料时，应尽可能考虑如下技术要求：

（1）对聚氨脂发泡料体系，要求具有优异的流动性、粘接性和脱模性。

（2）对所生成的泡沫具有良好的保温性、强度、低温尺寸稳定性。

4 聚氨脂发泡工艺

4.1 目前，国内常用聚氨脂发泡工艺分为如下四种［3］

（1）预聚体法。

预聚体法发泡工艺是将聚醚多元醇（白料）和二异氰酸酯（黑料）先制成预聚体，然后在预聚体中加入水、催化剂、表面活性剂、其他添加剂等在高速搅拌下混合进行发泡，固化后在一定温度下熟化即可。

（2）半预聚体法。

半预聚体法的发泡工艺是将部分聚醚多元醇（白料）和二异氰酸酯（黑料）先制成预聚体，然后将另一部分的聚醚或聚酯多元醇和二异氰酸酯、水、催化剂、表面活性剂、其他添加剂等加入，在高速搅拌下混合进行发泡。

（3）一步发泡工艺。

将聚醚或聚酯多元醇（白料）和多异氰酸酯（黑料）、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂、其他添加剂等原料一步加入，在高速搅拌下混合后进行发泡。一步发泡工艺是目前普遍采用的工艺［4］。

（4）手工发泡法，相比上述三种发泡工艺来讲，手工发泡法是最简便的发泡工艺，将所有原料准确称量后，置于一个容器中，然后立即将这些原料混合均匀，注入模具或需要充填泡沫塑料的空间中即可。由于汽车修理厂主要作业项目是以修理各类汽车为主，而修理炸药车溶液罐以及给溶液罐铺设保温层只是附带的临时性修理项目，一年之内，累计次数不多，形不成一定的规模，因此，比较适用于手工发泡法。

4.2 手工发泡法工艺流程

（1）发泡准备阶段。

准备各种容器、量具、衡具、搅拌用工具、加注漏斗等；→根据溶液罐浇注空间，准备好足够的聚醚多元醇（白料）、二异氰酸脂（黑料）及各类添加剂、催化剂、活性剂；→清洗溶液罐外表面积保温层结合面，除去污垢。

（2）发泡阶段。

先将白料组份称量好放入搅拌容器中→再将黑料组份（按白料∶黑料＝1∶1.05的比例）称量好放入另一个容器中→用一根适当的木棍放入装有白料的容器中慢慢搅拌白料→一边搅拌一边将黑料匀速慢慢倒入装有白料的容器中，直至倒完为止→以每分钟约60圈的速度顺时针方向搅拌五分钟→以同样的速度逆时针方向搅拌五分钟→此后不断以相同的速度与相反的方向交替搅拌，直至容器内的混合料均匀发白为止。

（3）泡沫材料加注及固化阶段。

将溶液罐表面加热至43℃左右（冬季）并在有条件的情况下尽可能保持恒温状态→将已搅拌均匀的聚氨脂保温材料慢慢地倒入溶液罐保温槽的空间内→持续时间一般不超过10min且不应间断加注。

4.3 手工发泡法工艺基本反应特性

料温：20℃；

乳白时间：10～18s；

抽丝时间：60～90s；

不粘时间：75～110s；

固化时间：≤7min；

自由泡密度：22～25kg/m3。

4.4 箱体泡沫基本物理性能

箱体泡沫密度：30～38kg/m3；

压缩强度：≥160kPa（垂直方向）；

导热系数：≤0.022W/mk；

尺寸稳定性（-30℃，48h）：≤1%。

5 聚氨脂发泡工艺参数对溶液罐保温效果的影响

聚氨酯发泡工艺涉及化学、机械、流体、电气控制等学科,其工艺复杂,参数繁多。在实际发泡过程中，操作人员很难把握，,一般都是根据操作人员的经验控制,经常导致发泡过程不稳定、,产品报废甚至返工现象。为此,我们根据历年来溶液罐发泡工艺的成败案例，通过总结、对比、分析，我们认为，聚氨脂发泡工艺中，部分主要参数与溶液罐保温效果存在下列关系和规律：

5.1 环境温度对溶液罐保温效果的影响

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溶液罐的保温效果。一般来讲，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，泡沫硬化时间长。温度高，则发泡反应进行快，泡沫硬化时间短。温度过高或过低，都不易得到高质量的保温效果［5］。

5.2 溶液罐罐体的预热温度对保温效果的影响

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。黑料与白料的反应是一个放热反应，放出的热量使发泡济汽化而形成泡沫。罐体温度的高低直接影响反应热移走的速度。罐体温度低，反应热移走快，发泡倍数小，泡沫制品密度大，表皮厚。罐体温度一般控制在40～45℃为宜。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，发泡前应将罐体作预热处理［6］。

5.3 黑料和白料的搅拌质量对溶液罐保温效果的影响

使用手工发泡工艺法制作的保温材料，对发泡过程的搅拌质量要求很高，也可以说是发泡成败的关键。黑料和白料的搅拌质量高，混合料则均匀接触，生成泡沫的泡孔就细腻、均匀、保温效果好；否则，保温效果就较差。为了确保混合效果，聚氨酯手工发泡时应尽可能使用搅拌机进行搅拌。

6 结束语

水相溶液罐的保温效果直接影响水相溶液性能及炸药车计量，进而影响到该矿乳化炸药的生产质量，如何进一步优化聚氨脂发泡工艺参数、保证发泡质量，需要我们在今后的实际工作中，不断地总结完善。

［1］蒋文斌, 邹柏华. BCHR-15型混装炸药车的研制与应用[J]. 金能科技, 2009(4).

［2］王国利, 李子强, 刘涛, 等. 露天矿用混装乳化炸药车技术[J]. 有色金属(矿山部分), 2001(6):45-47.

［3］王松. 聚氨酯泡沫孔结构控制研究[D]. 长沙:国防科技大学研究生院, 2002.

［4］方禹声, 朱吕民. 聚氨酯泡沫原料[M]. 北京: 化学工业出版社, 1995.

［5］丁旭. 通过DOE对聚氨酯发泡工艺性能分析与参数优化[J]. 化学工程与装备, 2009(5):5-7.

［6］刘运学, 牛晚杨, 范兆荣, 等. 新型聚氨酯保温材料的研制[J]. 新型建筑材料, 2010(8):58-60.

The Effect of Polyurethane Foaming Process on the Solution Tank Heat Preservation

WU Zheng-ping
（Jiangxi Copper Corporation Dexing Copper Mine, Dexing, Jiangxi 334224, China）

This paper expounds the hand-foamed polyurethane foaming which was worked out by the auto repair shop of transportation department at Dexing Copper Mine during routine maintenance. The relationship between the main parameters change in polyurethane foaming process caused by hand-foaming and the heat preservation effect of solution tank hand-foaming has been seriously discussed. This method was successfully applied to the heat insulating material re-laying of auto repair process after the major maintenance and medium maintenance of the aqueous solution tank of the mixed explosive car at mine auto repair shop.

polyurethane foaming；process parameter；solution tank；heat preservation effect

U469.6

A

1009-3842（2015）01-0048-03

2014-11-10

吴正平（1965-），男，江西乐平人，主要从事设备管理工作。E-mail: jxdxtkwzp@163.com