應(yīng)用于保溫（冷藏）車的聚氨酯硬泡復(fù)合板材的工藝研究

摘 要：裝有專用設(shè)備，具備專用功能，用于承擔(dān)專門運(yùn)輸任務(wù)或?qū)ｍ?xiàng)作業(yè)的汽車稱為專用汽車，保溫車和冷藏車就屬于專用汽車中的一種。以硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為芯材，玻璃鋼為面板復(fù)合而成的“三明治”結(jié)構(gòu)的聚氨酯復(fù)合板材在保溫、冷藏車領(lǐng)域中顯示出了卓越的使用性能。該文介紹了保溫（冷藏）專用汽車的行業(yè)現(xiàn)狀，分析了用于汽車廂體的聚氨酯硬泡復(fù)合板材的組成材料及特點(diǎn)，研究了箱板各結(jié)構(gòu)層復(fù)合工藝，闡述了聚氨酯硬泡復(fù)合板材的應(yīng)用特點(diǎn)，預(yù)估了發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：保溫（冷藏）汽車 聚氨酯復(fù)合板材 復(fù)合工藝 應(yīng)用特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（b）-0059-02

1 保溫（冷藏）專用汽車行業(yè)現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)資料介紹，就廂式汽車中的一個(gè)品種——保溫（冷藏）汽車在我國(guó)貨運(yùn)汽車中占的比例僅為0.33%左右，而美國(guó)為0.8%～1%，英國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家均為2%～3%。近年來我國(guó)聚氨酯工業(yè)以接近20 %的速度快速發(fā)展，其應(yīng)用正在日益擴(kuò)展。目前我國(guó)聚氨酯泡沫塑料的應(yīng)用消費(fèi)仍以軟質(zhì)泡沫塑料為主；硬質(zhì)泡沫塑料的應(yīng)用主要在冰箱、冷柜、石油化工管道等方面，在保溫（冷藏）專用汽車的應(yīng)用尚處于起步階段。此外，目前聚氨酯材料在國(guó)內(nèi)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在坐墊、內(nèi)飾材料、緩沖抗震吸能材料等，在貨運(yùn)汽車保溫（冷藏）箱體方面的應(yīng)用尚待發(fā)展。

2 聚氨酯硬泡復(fù)合板材各組成材料及特點(diǎn)

聚氨酯硬泡復(fù)合板材的組成材料包括聚氨酯硬泡、玻璃鋼、玻璃纖維網(wǎng)格布、膠黏劑。

聚氨酯硬泡，亦稱硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，是聚氨酯的一種，屬于憎水性材料。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有超低的熱導(dǎo)率（其導(dǎo)熱系數(shù)γ僅為0.018～0.024W/m*k），軟化系數(shù)在250℃以上，保溫隔熱效果在目前市場(chǎng)上所有的保溫隔熱材料中是最好的。與其他隔熱保溫材料相比，50 mm厚的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料隔熱保溫效果相當(dāng)于80 mm厚的可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）泡沫塑料，90 mm的巖（礦）棉，100 mm厚的軟木，280 mm厚的木板和760 mm厚的混凝土。聚氨酯硬泡的密度有多種，用于保溫（冷藏）專用汽車箱體制造的聚氨酯硬泡密度一般為35～50千克/立方米，當(dāng)聚氨酯硬泡密度為40～43千克/立方米時(shí)表現(xiàn)出最好的性價(jià)比。

玻璃鋼，亦稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料（簡(jiǎn)稱FRP），它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料合成的一種復(fù)合材料。玻璃鋼有著強(qiáng)度高、耐疲勞性能好、減震性好、耐化學(xué)腐蝕、熱導(dǎo)率低等優(yōu)點(diǎn)，表1對(duì)比了玻璃鋼與其他幾種常用材料的部分性能。玻璃鋼應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，就汽車領(lǐng)域而言，目前已采用玻璃鋼制造的汽車部件有發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩、車門板、前燈罩、車頂、保險(xiǎn)杠等等，其應(yīng)用的最大優(yōu)點(diǎn)就是減輕重量，據(jù)稱與鋼相比，玻璃鋼能使很多部件減重35%左右。

玻璃纖維網(wǎng)格布是玻璃纖維的一種。玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，熔點(diǎn)680℃，沸點(diǎn)1000℃，密度 2.4～2.7g/cm3。其優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，表2列舉了玻璃纖維和其他常用材料抗拉性能的對(duì)比。玻璃纖維網(wǎng)格布以耐堿玻纖網(wǎng)布為主，它采用中無堿玻纖紗（主要成份是硅酸鹽、化學(xué)穩(wěn)定性好）經(jīng)特殊的組織結(jié)構(gòu)——紗羅組織絞織而成，后經(jīng)抗堿液、增強(qiáng)劑等高溫?zé)岫ㄐ吞幚?，從而具有良好的抗堿性、柔韌性 以及經(jīng)緯向高度抗拉力，可被廣泛用于建筑物內(nèi)外墻體 保溫、防水、抗裂等。

生產(chǎn)復(fù)合板材的膠黏劑為不飽和聚酯樹脂膠黏劑（以下簡(jiǎn)稱UPR膠黏劑），該膠黏劑是由不飽和聚酯樹脂、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、填料等組成。其原理是引發(fā)劑在促進(jìn)劑的氧化還原作用下形成高度活性的游離基，游離基促使UPR和已經(jīng)預(yù)先加入的交聯(lián)劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使膠黏劑從流態(tài)變?yōu)槟z凝態(tài)，最終固化，從而產(chǎn)生膠接作用。該反應(yīng)體系稱為氧化—還原體系，可在室溫下進(jìn)行。市場(chǎng)上銷售的UPR一般已經(jīng)加入交聯(lián)劑（一般為苯乙烯），有的也可能同時(shí)加入促進(jìn)劑，形成預(yù)促進(jìn)不飽和聚酯樹脂；引發(fā)劑通常為過氧化甲乙酮和50%鄰苯二甲酸二甲酯配制的溶液；促進(jìn)劑通常為環(huán)烷酸鈷的苯乙烯溶液，含有0.48%～5.0%的二價(jià)鈷離子。

在我們實(shí)習(xí)調(diào)研的迪科公司所采用的是分別購(gòu)買廠家配制好的UPR混合溶液（已經(jīng)加入交聯(lián)劑以及其他部分次要助劑）、過氧化甲乙酮引發(fā)劑混合溶液和環(huán)烷酸鈷促進(jìn)劑混合溶液，然后根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境采用相應(yīng)的配比進(jìn)行配置，配制時(shí)各成分用量見表3。

其中，引發(fā)劑和促進(jìn)劑的用量根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和相對(duì)濕度具體確定，當(dāng)溫度高或者相對(duì)濕度大時(shí)，用量大；相反，則用量較少。通過調(diào)節(jié)用量，從而控制其膠凝時(shí)間保持在60～90分鐘，以滿足施工要求。

3 聚氨酯硬泡復(fù)合板材結(jié)構(gòu)層及其復(fù)合工藝

聚氨酯硬泡復(fù)合板材為“三明治”式結(jié)構(gòu)，分外層、中間層和內(nèi)層，外層為玻璃鋼面板，中間層為玻璃纖維網(wǎng)格布和粘接劑（膠黏劑）的組合體，內(nèi)層為聚氨酯芯材。此外，復(fù)合板材內(nèi)部還會(huì)根據(jù)使用要求相應(yīng)的預(yù)埋少部分鐵件。復(fù)合板材中，玻璃鋼面板厚度為1.5～2mm，膠黏劑層（含玻璃纖維網(wǎng)格布）厚度為1mm左右。芯材聚氨酯的厚度因貨車功能要求（即溫度要求）、箱體大小以及廂體部位而異，芯材厚度不同，形成的復(fù)合板材厚度也各不相同。表4列舉了不同車型及不同箱體長(zhǎng)度所采用的聚氨酯復(fù)合板材的不同厚度。

備注：廂體底部復(fù)合板材結(jié)構(gòu)一面采用鋼板，另一面采用玻璃鋼，使用時(shí)面板為鋼板一側(cè)與貨車底盤鋼架接觸并固定，其余部位的復(fù)合板材兩面面板均為玻璃鋼。

聚氨酯硬泡復(fù)合板材的復(fù)合工藝有垂直復(fù)合法、塊料切割粘結(jié)法（亦稱真空粘結(jié)法）等。迪科公司采用的方法為塊料切割粘結(jié)法，其具體工藝流程如下：1）清理真空臺(tái)，量好粘接所需尺寸并貼好塑料膜；2）把粘接時(shí)所需的玻璃鋼單板（外層面板）撕掉保護(hù)膜，并清理板上雜務(wù)、灰塵等（使用減壓吸除粉塵的方法較為有效），放置在已經(jīng)貼好的尺寸內(nèi)；3）把玻璃鋼外層面板貼附在模具上，有毛氈的一面鋪設(shè)一層玻璃纖維方格布，并保證方格布的平整；4）把已經(jīng)調(diào)好的粘接樹脂用料槽均勻的淋灑在玻璃鋼單板上，用壓輥把氣泡清除；5）把拼接好的板材放置在已經(jīng)涂好粘接樹脂的玻璃鋼單板上，按相應(yīng)圖紙要求放好預(yù)埋鐵之后，在上面鋪設(shè)一層玻璃纖維方格布，并再次淋灑粘接樹脂；6）鋪上玻璃鋼內(nèi)層單板，蓋上連接片和真空毯；7）開啟真空泵進(jìn)行真空加壓，使各層材料粘接形成一個(gè)整體，即得到聚氨酯硬泡復(fù)合板材。這種復(fù)合方法的優(yōu)點(diǎn)有生產(chǎn)裝置及手續(xù)簡(jiǎn)單、改變板材形狀與尺寸均較為方便與經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是有廢料生成，從而浪費(fèi)塑料坯料。

4 聚氨酯復(fù)合板材在專用車領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)及前景

通過復(fù)合工藝的聚氨酯復(fù)合板材在專用車領(lǐng)域具有如下特點(diǎn)。

（1）重量輕：廂板內(nèi)外蒙皮玻璃鋼及聚氨酯隔熱層均為輕質(zhì)材料，有效的減輕了車體自重，利于用戶節(jié)能降耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。

（2）強(qiáng)度高：全塑全封閉的復(fù)合廂板使廂體整體具有極高的強(qiáng)度。

（3）保溫性好：采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫為隔熱材料，保溫材料穩(wěn)定性高、在廂板內(nèi)部不產(chǎn)生二次熟化、廂體不變形。

（4）達(dá)到相同保溫效果所需的材料厚度?。壕郯滨ビ才萦兄鴺O低的導(dǎo)熱系數(shù)，這使得它達(dá)到與同行材料（如聚苯乙烯）相同保溫效果時(shí)所需的厚度降低。

據(jù)外媒報(bào)道，2015年全球聚氨酯泡沫市場(chǎng)需求將達(dá)到約9.6億噸。與國(guó)外聚氨酯應(yīng)用領(lǐng)域相比，我國(guó)聚氨酯應(yīng)用蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?。建筑和汽車行業(yè)是國(guó)外聚氨酯應(yīng)用的兩大主要領(lǐng)域，而我國(guó)聚氨酯在這兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于發(fā)展初期。根據(jù)IAL調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，建材和汽車在全球聚氨酯應(yīng)用領(lǐng)域中分別占據(jù)了17%和15%的份額，而我國(guó)則都不足5%。隨著人們生活水平的提高，對(duì)于保溫（冷藏）運(yùn)輸?shù)恼J(rèn)可度越來越高，聚氨酯硬泡作為該應(yīng)用領(lǐng)域中最有效的常規(guī)保溫隔熱材料，將發(fā)揮更大的作用，前景將會(huì)更加光明。

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