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如何评估聚氨酯硬泡的保温性能?
聚氨酯硬泡作为导热系数好、成本合适的保温材料,被广泛地应用于制冷器具、冷库、热水器等行业中。为了提升这些器具的保温性能、降低热负荷,聚氨酯的保温性能直观重要。
在日常评估聚氨酯硬泡的保温性能,往往只是通过测试聚氨酯硬泡本身的导热系数来评估聚氨酯保温性能的好坏,而导热系数的测量是选择标准的聚氨酯块按照热流计法测试,而标准的聚氨酯块的选取和切割都有很大的随机性。
聚氨酯泡沫块及导热系数用热流计测试示意图
而对于聚氨酯保温性能来说,聚氨酯的保温性能不光受导热系数的影响,还受产品的形状、聚氨酯的密度、结皮、气泡、流动性等等影响,为了更加客观地评价聚氨酯的保温性能,结合实际产品或者组建保温箱体通过反向漏热来评价更符合实际,目前反向漏热应该用于制冷器具,包括冰箱、冷柜、集装箱等。 反向漏热测试是指在目标间室中通过加热装置维持间室内部的温度与外部环境的温差,待达到平衡后,所消耗的电量就是此间室的热负荷,也就是保温材料的整体的保温性能。具体来说,将间室置于一个能够制冷或者制热的冷库中,然后再间室内部放置加热器以及温度传感器,设置内外温差,当内外达到平衡后,单位时间消耗的电量是固定的,然后通过热负荷的公式计算出保温材料的传热系数,而此时的传热系数是聚氨酯硬泡最直观的保温性能评价参数。
如下待测间室内部的布局图,左侧为间室产品放置图,右侧图中放置的中间物件为加热器,加热器的功率可根据间室内部的温度要求自动调节,壁面贴附的为温度传感器。
反向漏热测试过程图
针对内外热量传递的情况,通过温度场仿真如下:图中中间部分为加热器工作状态,加热器工作时,温度较高,然后通过风机将内部间室搅动起来,内部温度更加均匀。
反向漏热测试温度场分示意图
当内外温差接近稳定时或者说热流密度接近稳定时,此时认为间室内外达到漏热稳定状态,如下图所示,此时记录内外温度的差值以及加热器和风机单位时间内消耗的功率。
热流密度随时间的变化图
根据热力学传热公式:Q = KA△T,其中K为传热系数,A为传热面积,△T为内外温差。
Q为加热器和风机单位时间内消耗的功率,A可以通过测量间室的尺寸来计算出传热面积,△T为温度传感器记录的温度,那么就可以得到传热系数K:
K = Q/A△T
传热系数K虽然包含了内外对流换热系数、保温层厚度等等信息,但是针对同一器具或者间室来说评价不同聚氨酯发泡体系的保温性能有可比的意义,当然也可以根据公式换算出最终的聚氨酯的整体的导热系数。
聚氨酯的导热系数虽然能够大部分体现聚氨酯的保温性能,但是在实际产品应用中,要根据最终的产品来客观的评价聚氨酯的保温性能。也许导热系数好的聚氨酯体系不一定在最终制品上就能体现出最佳的保温性能,除此之外,在考虑配方时,一定要考虑工艺条件、制品的结构等等,同时考虑提升聚氨酯的保温性能时,也不用仅仅的考虑提升导热系数,可能改善工艺条件或者结构也会有较好的保温性能的提升。