摘要：近幾年來，雙碳目標(biāo)不斷推進，各行各業(yè)都在積極開展節(jié)能減排工作，以此實現(xiàn)國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，聚氨酯保溫材料因其本身的性能優(yōu)勢，在諸多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。但在實際應(yīng)用過程中，還需要對性能問題展開具體分析，以此強化應(yīng)用效果?；诖耍疚慕Y(jié)合實際案例具體分析聚氨酯保溫材料在不同行業(yè)中的應(yīng)用情況，并且結(jié)合實際案例針對材料本身的性能展開具體分析，以此實現(xiàn)保溫效果，為后續(xù)的材料制備工藝發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；保溫材料；應(yīng)用領(lǐng)域；導(dǎo)熱系數(shù)

中圖分類號：TQ323.8文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2025）02-0072-04

Practical application performance of a polyurethane energy-saving thermal insulation composite material

YU Yu，WANG Lei，HAN Ling，GAO Yingdi，WANG Yaoxi，LI Xiaojing

（Wanhua Energysav Scienceamp;Technology Group Co.，Ltd.，Yantai 264000，Shandong China）

Abstract：In recent years，the dual carbon goal has been continuously promoted，and all walks of life are actively carrying out energy conservation and emission reduction work to achieve the country’s sustainable development strategy.However，in the actual application process，it is also necessary to carry out specific analysis of performance problems to strengthen the application effect.Based on this，this paper analyzes the application of polyurethane in?sulation materials in different industries in combination with actual cases，and carries out specific analysis of the properties of the materials themselves in combination with actual cases，so as to achieve the thermal insulation ef?fect and provide reference for the subsequent development of material preparation technology.

Key words：polyurethane；insulation material；application field；thermal conductivity

聚氨酯保溫材料因其突出的環(huán)保特性、保溫效果，在不同行業(yè)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，如：建筑、冷藏、公路橋梁、石油化工等，但相應(yīng)的制備工藝存在一定的差異性，所強化的材料性能也各不相同。從宏觀角度來看，聚氨酯保溫材料的隔熱性、機械性較為突出，且化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，因而具有較強的適用性。目前較為常見的聚氨酯保溫材料有硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三類，可以通過原料配比、添加助劑等手段，進一步優(yōu)化材料的性能。

1聚氨酯保溫材料的制備工藝

聚氨酯保溫材料，主要由多元醇、異氰酸酯等原料經(jīng)過聚合反應(yīng)制得，在特定的溫度、壓力和催化劑作用下，多元醇與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，生成具有高分子量的聚氨酯。聚氨酯保溫材料最為突出的性能即為保溫性，相比較常規(guī)的礦棉、硅酸鹽等保溫材料，聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)通常在0.020～0.028 W/（m× K）之間。另外，該材料不易被酸堿腐蝕，具有良好的耐化學(xué)腐蝕性，在實際制備和應(yīng)用過程中，也不會釋放有害物質(zhì)。值得一提的是，部分原料來自可再生資源，具有較好的環(huán)保性能。在實際制備過程中，通過調(diào)整制備手段、制備原材料，可以制備出富馬酸亞鐵阻燃聚氨酯保溫復(fù)合材料、吸濕聚氨酯保溫材料、全水發(fā)泡聚氨酯保溫材料、高阻燃噴涂硬泡聚氨酯保溫材料等不同的聚氨酯保溫材料，進一步激發(fā)出特殊性能[1]。

2聚氨酯保溫材料的應(yīng)用實例

聚氨酯保溫材料，以其出色的保溫性能、化學(xué)穩(wěn)定性及廣泛的應(yīng)用適應(yīng)性，在多個領(lǐng)域中均展現(xiàn)出其不可替代的價值。

2.1建筑領(lǐng)域

隨著現(xiàn)代建筑對節(jié)能、環(huán)保和舒適性的日益重視，聚氨酯保溫材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到廣泛關(guān)注。

第一，外墻保溫系統(tǒng)。高層建筑的外墻保溫是節(jié)能建筑的重要組成部分。在北京的某高層住宅樓外墻保溫工程中，采用了5 cm厚的聚氨酯保溫材料。經(jīng)過一個冬季的連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)溫度波動范圍非常小。這一優(yōu)異的性能主要歸因于聚氨酯保溫材料的低導(dǎo)熱系數(shù)和良好的耐候性[2]。以高阻燃噴涂硬泡聚氨酯保溫材料為例，在實際制備過程中，選用聚醚多元醇（配比45～50%）、MDI（配比35～40%）催化劑（配比0.5～1%）、阻燃劑（配比10～15%）、發(fā)泡劑（配比1.5～2.5%）等原材料。同時，制備的該保溫材料具有：密度57 kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)0.022 W/（m× K）、壓縮性能（形變10%）320 kPa、不透水性（0.2 MPa、30 min、無結(jié)皮）、尺寸穩(wěn)定性（70℃、45 h）0.8%、閉孔率96%、吸水率0.6%、拉伸粘結(jié)強度（與水泥砂漿，常溫）0.45 MPa、氧指數(shù)30.5%，經(jīng)阻燃測試，該材料的燃燒等級達到了B1級，具有良好的阻燃性能。

第二，屋頂保溫系統(tǒng)。屋頂作為建筑屋一個重要部分，其保溫效果直接關(guān)系到建筑的整體能耗。在上海某商業(yè)綜合體的屋頂保溫工程中，采用了聚氨酯噴涂工藝，形成了連續(xù)、無縫的保溫層。這種噴涂方法不僅提高了施工效率，而且有效降低了屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)，達到了顯著的節(jié)能效果[3]。比如：在屋頂保溫系統(tǒng)中可以采用改性聚氨酯屋面保溫材料，這種保溫材料可以采用多亞甲基多苯基多異氰酸酯，聚酯多元醇為主要原料，以廢棄的聚酯瓶回收料醇解后的產(chǎn)物為改性劑進行制備。實際性能檢測結(jié)果顯示：該保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.022 W/（m×K），比傳統(tǒng)保溫材料性能更優(yōu)。同時，經(jīng)過阻燃測試，材料的燃燒等級達到B1級，其他各項性能符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，改性劑的加入使得材料具有更好的耐候性和抗老化性能[4]。

第三，地暖保溫系統(tǒng)。在寒冷地區(qū)，地暖系統(tǒng)的保溫效果對于室內(nèi)溫度的舒適性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。東北某獨棟別墅社區(qū)建筑中的地暖保溫工程采用了2 cm厚的聚氨酯保溫板。這種材料不僅具有優(yōu)異的保溫性能，而且能夠承受地暖管道的重量和壓力，確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行[5-6]。以聚氨酯-復(fù)合纖維防火地暖保溫材料為例，其原材料包括聚氨酯、復(fù)合纖維、脫硫石膏粉、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、乙基環(huán)己烷甲亞氨酸酯、細(xì)砂、鋁礬土、蛭石粉、磺酸鈣、水泥渣、防火劑、聚磷酸銨鉀、水。其制備的防火保溫材料具有性能：密度37 kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)0.019 W/m× K、抗壓強度2.6 kg/cm2、閉口孔率95%、吸水率2.7%、軟化點277℃。

2.2冷藏設(shè)備與交通運輸

冷藏設(shè)備和交通運輸領(lǐng)域?qū)Ρ夭牧系囊髽O為嚴(yán)格，而聚氨酯保溫材料憑借其出色的性能在這些領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

第一，冷庫保溫。食品冷庫需要保持恒定的低溫環(huán)境，以確保食品的新鮮和安全。在廣州某食品冷庫的保溫工程中，采用了10 cm厚的聚氨酯夾芯板作為圍護結(jié)構(gòu)。這種夾芯板具有出色的隔熱性能和耐低溫性能，確保了冷庫內(nèi)部的溫度穩(wěn)定[7]。

第二，車輛保溫。冷藏車在運行過程中需要保持良好的保溫效果，以確保貨物的質(zhì)量和安全。在某冷藏車的保溫改造項目中，車廂內(nèi)壁粘貼了1.5 cm厚的聚氨酯保溫材料。這種材料不僅質(zhì)量輕、易粘貼，而且具有優(yōu)異的保溫性能，顯著提高了冷藏車的運輸效率和質(zhì)量[8]。采用低碳聚氨酯泡沫組合物作為保溫材料的電動汽車在保溫性能上表現(xiàn)出色，可以將車廂內(nèi)溫度波動控制在最小范圍內(nèi)，也進一步降低了車輛的能耗和碳排放，能夠最大程度提高汽車本身的環(huán)保性能[9]。

2.3石油、化工管道與設(shè)備

石油、化工行業(yè)的管道和設(shè)備經(jīng)常處于高溫、高壓和腐蝕性環(huán)境中，對保溫材料的要求非常高[10，11]。在某石油化工廠的管道保溫工程中，采用了2～3 cm厚的聚氨酯保溫材料進行噴涂施工，憑借其卓越的耐化學(xué)腐蝕性和機械性能，能最大程度降低管道和設(shè)備的表面溫度，進而減少能源損失。另外，在特定應(yīng)用場景，也可以采用聚氨酯保溫管包覆聚乙烯護套，以進一步優(yōu)化管道的性能。生產(chǎn)制備過程中，需要根據(jù)具體情況進行分析。以上述項目為例，該項目中的管道長約1 000 m，直徑DN200 mm，輸送介質(zhì)溫度為250℃。在管道外壁上噴涂聚氨酯保溫層，并擠出包覆聚乙烯護套層。聚乙烯護套層厚度均勻，無氣泡、裂紋等缺陷，耐化學(xué)腐蝕和耐磨損性能優(yōu)異。不僅能夠有效地減少熱量損失和能源浪費，提高輸送效率，還能夠抵抗化工環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)和機械磨損，延長管道使用壽命，同時降低維護成本和安全風(fēng)險[12]。

2.4公路隧道

在隧道等特殊性工程中也可以采用聚氨酯保溫材料。以某施工項目為例，該隧道全長3 000 m，地處嚴(yán)寒地帶，冬季最低氣溫可達-30℃。為確保隧道內(nèi)部溫度穩(wěn)定，提高行車安全，決定采用噴涂聚氨酯保溫材料進行保溫施工。按照設(shè)定的噴涂厚度和速度，噴涂厚度一般為2～3 cm，噴涂速度控制在1～2 kg/min，噴槍移動速度0.5 m/s。噴涂過程中要保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸龋虼?，在施工過程中要保持環(huán)境溫度≥-10℃，相對濕度≤85%，起泡時間在1～2 s，固化25～40 s，該噴涂方式可以有效避免生熱多，防水板鼓包等問題的出現(xiàn)，尤其是前兩層噴的厚度大于10 mm后聚氨酯保溫材料也不容易脫落，確保材料充分反應(yīng)并形成良好的保溫層。施工后的性能指標(biāo)：閉孔率98.9%、泡孔孔徑50μm、密度45 kg/m3、尺寸穩(wěn)定性（-30℃，48 h）-0.3%、導(dǎo)熱系數(shù)0.022W/（m× K）、抗壓強度157 kPa、阻燃等級BI、產(chǎn)煙等級S1、煙氣毒性等級t0。

3聚氨酯保溫材料的性能試驗分析

3.1試驗原料與設(shè)備

工業(yè)級聚醚多元醇，密度1.1 g/cm3，羥值56mgKOH/g，純度99.5%的MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）等，借助高速攪拌器、恒溫烘箱、噴涂設(shè)備、電子天平（精度0.01 g）、導(dǎo)熱系數(shù)測量儀、熱重分析儀等設(shè)備完成試驗[13]。

先將所有原料在恒溫烘箱中預(yù)熱至40℃，以去除水分和其他揮發(fā)性成分。按照特定的配比，聚醚多元醇：MDI為1∶2，發(fā)泡劑為總量的2.5%，催化劑為0.5%，阻燃劑為10%，在高速攪拌器中將原料混合均勻，確保每種成分充分分散，并且避免出現(xiàn)局部濃度過高或過低的情況。將混合好的原料迅速倒入預(yù)熱的模具中，并在恒溫烘箱中進行發(fā)泡反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在80℃，時間10 min。發(fā)泡完成后，將材料在恒溫烘箱中繼續(xù)保溫2 h，以確保完全固化。從模具中取出固化后的聚氨酯保溫材料，進行修整、切割等后處理，得到所需形狀和尺寸的樣品[14]。

3.2試驗流程

試驗設(shè)計采用控制變量法，以研究不同原料配比、反應(yīng)溫度和時間對聚氨酯保溫材料性能的影響。按照上述制備方法進行混合和發(fā)泡，制備多個樣品，每個樣品具有不同的原料配比、反應(yīng)溫度和時間。進而對所有樣品進行導(dǎo)熱系數(shù)、阻燃性能、密度等性能的測試，對測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，找出性能最佳的原料配比和工藝條件。使用導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，按照ASTM E1530標(biāo)準(zhǔn)方法進行測量。每個樣品至少測量3次，取平均值作為最終結(jié)果。采用UL-94可燃性試驗方法，評估樣品的阻燃等級。觀察樣品在明火下的燃燒行為，記錄燃燒時間和燃燒長度。使用電子天平測量樣品的質(zhì)量，并計算其體積密度。每個樣品至少測量3次，取平均值作為最終結(jié)果。使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)，以評估其泡孔形態(tài)和分布。通過熱重分析儀對樣品進行熱穩(wěn)定性測試，記錄在不同溫度下的質(zhì)量損失情況，以評估材料的熱穩(wěn)定性能[15]。

3.3試驗結(jié)果與分析

為了全面評估聚氨酯保溫材料的性能，應(yīng)結(jié)合實際應(yīng)用案例和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)對其物理、化學(xué)、熱學(xué)、機械和電學(xué)性能進行全面探究[16]。

第一，物理性能分析。試驗數(shù)據(jù)顯示，聚氨酯保溫材料的密度較低，通常在0.4～0.6 g/cm3之間，同時具有較高的孔隙率，這使得材料在保持輕質(zhì)的同時具有良好的保溫效果。在實際試驗過程中，測量不同樣品的密度，發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)泡劑用量的增加，樣品密度逐漸降低，而保溫性能則相應(yīng)提高。這表明，通過調(diào)整發(fā)泡劑用量可以在一定程度上優(yōu)化聚氨酯保溫材料的性能。通過優(yōu)化原料配比和工藝條件可以制備出具有均勻、細(xì)密泡孔結(jié)構(gòu)的聚氨酯保溫材料從而進一步提高其保溫性能。同時該材料還具有良好的熱穩(wěn)定性能夠在高溫環(huán)境下保持較好的性能穩(wěn)定性[17]。

導(dǎo)熱系數(shù)是衡量保溫材料性能的重要指標(biāo)。試驗結(jié)果表明，聚氨酯保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.025 W/（m× K），這一數(shù)值遠低于傳統(tǒng)保溫材料，顯示出優(yōu)異的保溫性能。以導(dǎo)熱系數(shù)為例，不同原料配比和反應(yīng)條件下的樣品導(dǎo)熱系數(shù)如表1所示。

從表1可知，提高反應(yīng)溫度或延長反應(yīng)時間均能有效降低聚氨酯保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，提高其保溫性能。同時，適當(dāng)增加發(fā)泡劑的用量也有助于降低導(dǎo)熱系數(shù)。在濕度較高的環(huán)境下，保溫材料的吸水性是一個關(guān)鍵指標(biāo)。經(jīng)過24 h的浸水試驗，聚氨酯保溫材料的吸水率低于2%，表現(xiàn)出良好的耐水性。聚氨酯保溫材料在保持輕質(zhì)的同時，具有較高的抗壓和抗拉強度[18]。試驗數(shù)據(jù)顯示，其抗壓強度可達0.2～0.4 MPa，抗拉強度在0.1～0.3 MPa之間，能夠滿足實際應(yīng)用中的力學(xué)性能要求。

第二，化學(xué)性能分析。聚氨酯保溫材料在多種化學(xué)溶劑中均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，不易被腐蝕。例如，在酸、堿、鹽等溶液中浸泡24 h后，其質(zhì)量和性能均無明顯變化。經(jīng)過長時間的紫外線照射和高溫老化試驗，聚氨酯保溫材料仍然保持良好的物理和化學(xué)性能，顯示出優(yōu)異的耐老化性能。聚氨酯保溫材料在生產(chǎn)和使用過程中不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，對環(huán)境友好。同時，其廢棄物可回收利用，符合當(dāng)前環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求[19]。

第三，熱性能分析。在高溫環(huán)境下，聚氨酯保溫材料能夠保持良好的穩(wěn)定性，不易分解或變形。實驗數(shù)據(jù)顯示，其在200℃以下無明顯質(zhì)量損失和性能變化。聚氨酯保溫材料具有自熄性，即離開火源后能夠自動熄滅。同時，其燃燒時產(chǎn)生的煙霧和有毒氣體較少，有利于人員疏散和火災(zāi)救援。按照UL-94可燃性試驗方法對樣品進行了測試，結(jié)果顯示，在添加了10%阻燃劑的條件下，所有樣品均達到了V-0級阻燃標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)出良好的阻燃性能。

第四，機械性能分析。聚氨酯保溫材料具有一定的硬度和韌性，能夠在受到外力作用時保持一定的形狀和尺寸穩(wěn)定性[20]。經(jīng)過磨損試驗機的長時間磨損測試，聚氨酯保溫材料表面無明顯磨損痕跡，顯示出良好的耐磨性。聚氨酯保溫材料與多種基材具有良好的粘接性能，能夠保證在使用過程中不易脫落或開裂。

第五，電性能分析。聚氨酯保溫材料具有良好的電絕緣性能，其體積電阻率和表面電阻率均達到較高水平，適用于需要電絕緣的場合。通過抗靜電性能測試發(fā)現(xiàn)，聚氨酯保溫材料具有一定的抗靜電能力，能夠減少靜電積累和放電現(xiàn)象的發(fā)生。

4結(jié)語

聚氨酯保溫材料具有良好的保溫性能、阻燃性能和熱穩(wěn)定性，適用于多種場合。在未來的研究中，可以進一步優(yōu)化原料配比和工藝條件，探索更高性能的聚氨酯保溫材料制備技術(shù)，以滿足不斷增長的市場需求和更高的安全標(biāo)準(zhǔn)。

【參考文獻】

[1]李江燕.節(jié)能高分子材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展[J].合成樹脂及塑料，2023，40（6）：67-70.

[2]唐勝中，陳江峰，王全奇.寧波地區(qū)外墻外保溫材料研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2023（21）：166-168.

[3]何平，黃澤忠，阮浩達，等.廢棄熱固性聚氨酯再生保溫板的制備及性能[J].塑料，2023，52（5）：41-45.

[4]范文奇，李歡.異型結(jié)構(gòu)混凝土噴涂聚氨酯硬泡保溫施工技術(shù)[J].云南水力發(fā)電，2023，39（10）：49-52.

[5]陳于文，鐘傳均，田貴川，等.建筑外墻保溫材料研究綜述[J].四川建材，2023，49（10）：1-3.

[6]管浩村，陳希磊.富馬酸亞鐵阻燃聚氨酯保溫材料的火災(zāi)安全性能[J].青島科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，44（5）：58-65.

[7]吾爾來西·吾提庫爾.聚苯板防凍脹措施在凍土區(qū)灌溉渠道的實際應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2023，51（9）：101-104.

[8]張萌.聚氨酯保溫材料研究進展[J].合成樹脂及塑料，2023，40（4）：72-75.

[9]王如會.建筑外墻用保溫苯板膠粘接強度分析[J].粘接，2023，50（8）：53-56.

[10]胡新笛.油田管道防腐保溫技術(shù)的應(yīng)用[J].全面腐蝕控制，2023，37（3）：162-164.

[11]馬曉鳴，袁靜，賀曉帥.一種適用裝配式建筑的新型聚丙烯/煤矸石保溫材料性能試驗[J].粘接，2023，50（5）：57-60.

[12]蔣小鈺.新型保溫材料在給水管道中的應(yīng)用與施工[J].造紙裝備及材料，2022，51（10）：167-169.

[13]鄭先達.新型保溫材料在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（10）：170-172.

[14]李一波，萬露露.陰角夾角構(gòu)型對聚氨酯保溫材料火蔓延影響試驗探究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2022，41（10）：1401-1404.

[15]王濤.新型保溫粘膠材料在建筑節(jié)能中的優(yōu)勢及應(yīng)用現(xiàn)狀綜合評價[J].粘接，2023，50（5）：91-94

[16]王后密，劉超，明鋒.吸濕聚氨酯保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)模型研究[J].長江科學(xué)院院報，2023，40（8）：157-162.

[17]楊晨，羅建華，任銀霞，等.全水發(fā)泡聚氨酯保溫材料的制備及其在混凝土壩的防護應(yīng)用研究[J].中國膠粘劑，2022，31（8）：32-38.

[18]祁偉民，李芳，屈繼強，等.No.96-L03+型標(biāo)準(zhǔn)絕緣箱自動制造技術(shù)[J].船舶與海洋工程，2022，38（3）：60-65.

[19]關(guān)召帥，劉超，鄭聲濤，等.含水率對寒區(qū)隧道保溫材料導(dǎo)熱性能的影響[J].青海交通科技，2022，34（3）：146-150.

[20]介鵬飛，熊志峰，厲竹原，等.夏熱冬冷地區(qū)建筑墻體經(jīng)濟保溫厚度優(yōu)化[J].節(jié)能，2022，41（4）：1-3.

（責(zé)任編輯：張玉平）