浅述软质聚氨酯泡沫塑料隔热性能

     众所周知，软质聚氨酯泡沫塑料的隔热性能远不如硬质聚氨酯泡沫塑料，但在一般情况下，仍然有较好的隔热性能，常温下其导热系数在0.035~0.050W/ (m.K)。而且，这种材料的柔软性好，可以任意弯曲、任意剪裁，使用非常方便，还具有化学稳定性好、质量轻、弹性较好等优点，因此，在很多场合下，成为民用和军用的一种常用隔热、缓冲材料。 与硬质聚氨酯泡沫塑料类似，软质聚氨酯泡沫塑料的隔热性能主要用导热系数表示，其导热系数由下式各部分组成。 λ总=λ辐 +λ气 +λ固 （1） 式中 λ辐-辐射传热对软质聚氨酯泡沫塑料的传热贡献；λ气-泡孔中气体对软质聚氨酯泡沫塑料的传贡献；λ固-聚氨酯塑料固体材料对软质聚氨酯泡沫塑料的传热贡献。 在软质聚氨酯泡沫塑料中，由于泡沫材料开孔率很高（约为80%左右），泡孔中辐射传热和气体传热应为主要考虑的方面。   

    软质聚氨酯泡沫的压缩对导热系数的影响 采用测试硬质聚氨酯泡沫塑料的方法即采用一维稳态热流的双试样平板法对软质聚氨酯泡沫塑料的导热系数进行测试。与硬质泡沫塑料不同的是软质泡沫塑料轻易被压缩而变形。为了防止泡沫变形，在装配试样时，安装了限位装置，使软质聚氨酯泡沫塑料试样的压缩范围在答应的误差范围内。

    另外，对压缩率-导热系数的关系进行了测定。常温下软质聚氨酯泡沫塑料导热系数与压缩率的关系曲线（泡沫密度为20kg/m3）。 测试结果表明，压缩与导热系数的关系不是非常密切，当试样压缩20%时，导热系数变化率仅为2.6%。软质泡沫塑料被压缩后，泡孔缩小，有些泡孔孔壁甚至相贴，泡沫的固体传热增加，但同时，泡沫塑料被挤压后，辐射传热途径缩短，泡沫的辐射传热减少，两者基本上相抵，故软质泡沫塑料的导热系数基本不变。因此，在一定压缩范围内，导热系数的变化与答应的丈量误差相似。   

    温度对聚氨酯软泡导热系数的影响 软质聚氨酯泡沫塑料的导热系数与温度的关系曲线（泡沫密度为20kg/m3）。当温度变化时，软质聚氨酯泡沫塑料的导热系数变化较大，特别是在温度300K以上，该曲线的斜率远大于硬质泡沫塑料的导热系数曲线斜率，变化规律有较大区别。由于软泡开孔率高并采用了无氟发泡技术，因此在其导热系数曲线288~293K（15~20℃）未见因CFC-11冷凝而产生的最低导热系数拐点。另外在300K以上时软泡的导热系数曲线上扬较快。

    这主要是由于软质泡沫塑料的开孔率高，辐射传热占据了主要地位。辐射传热受温度影响较大，温度越高，曲线斜率越大。由此也证实了辐射传热在软质泡沫塑料中的重要作用。所以，进步泡沫塑料闭孔率，缩小泡孔直径，减少辐射传热，将会大大降低泡沫塑料的导热系数。   

    泡沫密度对其导热系数的影响 为了进一步研究软质聚氨酯泡沫塑料的隔热性能，本工作对常温下软质聚氨酯泡沫塑料的导热系数和密度的关系进行了研究。 从曲线看出，在所测试的泡沫密度范围（9~19kg/m3）内，随着密度增加，软质聚氨酯泡沫塑料的导热系数有所减小。对于硬泡来说，在一定范围内（25~35kg/m3），随密度增加，导热系数减小，隔热性能变好。

    对于软泡来说，规律性较差。这主要是由于软泡的开孔率、孔径对隔热性能影响大，产品的开孔率、孔径差别稍大，就会较大地改变隔热性能，另外我们测试的软泡密度相对较低，有一定的尺寸丈量误差。所以，测试的关系曲线规律不是非常明显，但总的趋势还是与硬泡相似。其他密度范围的导热性能变化尚待进一步研究。   

    吸水率对聚氨酯软泡导热系数的影响 软质泡沫塑料开孔率高，因此极易吸水。水是热的良导体（导热系数约1~2W/（m.K）），泡沫吸水后，泡孔被水布满，导热系数急剧上升。因此软质泡沫塑料的防水是保证其隔热性能的关键措施之一。实验还看到，当吸水饱和（饱和吸水体积分数约为15%~30%）时，导热系数的变化趋于稳定。此时其导热系数低于水的导热系数。   

    a) 在一定范围内，泡沫的隔热性能与泡沫受挤压的关系不大。   

    b) 在20kg/m3以内的密度范围，密度越大，隔热性能越好。   

    c) 软质泡沫塑料中，辐射传热占主要地位，缩小泡孔孔径，缩短辐射传热途径，可进步软泡隔热性能。   

    d) 软质聚氨酯泡沫塑料的导热系数随吸水率的增加而增加，故在使用中应防止吸水。