硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種絕熱防腐高分子合成材料，用作防腐保溫保冷層，它導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、強(qiáng)度高、吸水性小、絕熱、絕緣、隔音效果好、化學(xué)穩(wěn)定性能好，作為一種絕熱材料，廣泛應(yīng)用于石油、化工、運(yùn)輸、建筑、日常生活等領(lǐng)域，如輸油和輔熱水管道、油庫、貯罐、冷庫、空調(diào)、冰箱、集中供熱供汽管道等設(shè)施的保溫保冷。有數(shù)據(jù)顯示，用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫的管道比傳統(tǒng)的管道可減少熱損失35％，節(jié)約了大量能源，減少了維修費(fèi)用。另外，它還具有優(yōu)良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用壽命可達(dá)20～30年以上，使用溫度-190～120℃。

　　聚氨酯泡沫塑料有聚酯與聚醚型之分。通常聚酯在強(qiáng)度、耐溫性能等方面較聚醚型為好，但因聚酯原料成本高，所以在應(yīng)用上受到限制。

1．硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要性能

　　硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰溫度下燃燒5 s后離火，在1～2s內(nèi)自熄。耐濃度小于10％的無機(jī)酸，不耐高濃度的無機(jī)酸；耐中等濃度的堿液；耐汽油、機(jī)油，耐酮、耐酯，不耐醇。

　　各種絕熱材料性能對比見表5—1。

表5-1 各種絕熱材料性能

項(xiàng)目聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料聚苯乙烯泡沫玻璃聚氯乙然泡沫軟木

密度/kg·m-35050160～19060～70240～250

導(dǎo)熱系數(shù)/W·（m·K）-10.023～0.0260.0430.055～0.0600.0430.058

耐熱度/℃+130+75+400+80+100

耐寒度/℃-110-80-270-35 

吸水率體積/％0.20.4<0.20.3 

壓縮強(qiáng)度/MPa≥0.20.18>0.50.18 

自熄性自熄易燃不燃易燃燃燒

2． 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料原料的性質(zhì)、規(guī)格與選擇

　　硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是以多元羥基化合物和異氰酸酯為主要原料。在催化劑、發(fā)泡劑的作用下，經(jīng)加成聚合發(fā)泡而成。主要反應(yīng)力異氰酸酯與多元羥基化合物中的羥基反應(yīng)生成聚氨酯。催化劑主要有叔胺和有機(jī)錫等。發(fā)袍反應(yīng)為異氰酸酯與水反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w和脲。反應(yīng)產(chǎn)物脲及叔胺等物對此反應(yīng)有催化作用。反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w被用來發(fā)泡。但水發(fā)泡的zui大缺點(diǎn)是耗費(fèi)昂貴的異氰酸酯。也常用低沸點(diǎn)氟氯烷化合物（即F-113等），利用聚合過程中的反應(yīng)熱汽化，使物料在逐步固化前形成泡沫，發(fā)泡劑用量可根據(jù)所需泡沫體密度來決定。

　?。?）聚酯。硬質(zhì)泡沫聚氨酯所用的聚酯，其羥值通常控制在300～500之間。456聚酯指標(biāo)如下。

　?。?）Ⅲ型阻火聚醚：是三羥基含磷含氯阻火聚醚。由于分子結(jié)構(gòu)中引入了磷、氯，產(chǎn)品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚質(zhì)量指標(biāo)見表5—2。

Ⅲ型阻火授醚質(zhì)量指標(biāo) 

指標(biāo)名稱一級品二級品

外觀黃色透明稠狀液體黃色透明稠狀液體

羥值（KOH）/mg·g-1500±20485±35

酸值（KOH）/mg·g-1≤5≤5

含磷量/％≥3.9≥3.5

水分/％≤0.2≤0.4

　?。?）交聯(lián)劑N-403乙二胺聚醚?；瘜W(xué)名爾四（聚乙—羥丙基）乙二胺。其質(zhì)量指標(biāo)如下。

外觀淡黃色至棕色透明黏稠液體水分/％≤0.2

羥值（KOH）/mg·g-1770±35  

　　此交聯(lián)劑可代替部分有機(jī)胺催化劑，又可代替其他羥基聚醚。它有增進(jìn)分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，改進(jìn)泡沫固化速度，減少泡沫塑料脆性的作用。

　?。?）阻火劑TCER。是β-三氯乙基磷酸酯，其質(zhì)量指標(biāo)如下；

外觀無色至黃色透明液體酸值（KOH）/mg·g-1≤1.0

相對密度（15～20）1.410～1.430水分/％≤0.3

　　此阻火劑溶于醇、酮，酯、芳烴、氯仿以及*，不溶于脂肪族烴。由于分子中含磷、氯，阻燃作用較顯著。主要作為添加型阻燃劑，除增加塑料具有自熄性外，還有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工時(shí)還可降低黏度，便于施工。

　?。?）多異氰酸酯PAPIR-NCO。其質(zhì)量指標(biāo)如下。

酸值/％<0.3-NCO含量/％>29

水解氯含量/％<0.5黏度（25）/mPa·s<1000

　　多異氰酸酯PAPIR—NCO可延緩塑料反應(yīng)膠凝時(shí)間和發(fā)泡時(shí)間，有利于一步法泡沫模制。對提高塑料的耐熱性、強(qiáng)皮、耐濕性有很大好處。

管道防腐（corrosion prevention of pipes）指的是為減緩或防止管道在內(nèi)外介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用下或由微生物的代謝活動而被侵蝕和變質(zhì)的措施。

避免管道，遭受土壤、空氣和輸送介質(zhì)（石油、天然氣等）腐蝕的防護(hù)技術(shù)。輸送油、氣的管道大多處于復(fù)雜的土壤環(huán)境中，所輸送的介質(zhì)也多有腐蝕性，因而管道內(nèi)壁和外壁都可能遭到腐蝕。一旦管道被腐蝕穿孔，即造成油、氣漏失，不僅使運(yùn)輸中斷，而且會污染環(huán)境，甚至可能引起火災(zāi)，造成危害。據(jù)美國管道工業(yè)的統(tǒng)計(jì)資料，1975年由于腐蝕造成的直接損失達(dá)6億美元。因此，防止管道腐蝕是管道工程的重要內(nèi)容。 

適用范圍

　　本工藝標(biāo)準(zhǔn)適用于民用及一般工業(yè)建筑的設(shè)備、管道的防腐蝕施工操作。金屬在周圍介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用下所引起的一種破壞現(xiàn)象。按管道被腐蝕部位，可分為內(nèi)壁腐蝕和外壁腐蝕；按管道腐蝕形態(tài)，可分為全面腐蝕和局部腐蝕；按管道腐蝕機(jī)理，可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕等。 

防腐方法

　　涂層防腐 

　　用涂料均勻致密地涂敷在經(jīng)除銹的金屬管道表面上，使其與各種腐蝕性介質(zhì)隔絕，是管道防腐zui基本的方法之一。70年代以來，在極地、海洋等嚴(yán)酷環(huán)境中敷設(shè)管道，以及油品加熱輸送而使管道溫度升高等，對涂層性能提出了更多的要求。因此，管道防腐涂層越來越多地采用復(fù)合材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)。這些材料和結(jié)構(gòu)要具有良好的介電性能、物理性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能和較寬的溫度適應(yīng)范圍等。 

　　1、外壁防腐涂層：管道外壁涂層材料種類和使用條件。 

　?、趦?nèi)壁防腐涂層：為了防止管內(nèi)腐蝕、降低摩擦阻力、提高輸量而涂于管子內(nèi)壁的薄膜。常用的涂料有胺固化環(huán)氧樹脂和聚酰胺環(huán)氧樹脂，涂層厚度為 0.038～0.2毫米。為保證涂層與管壁粘結(jié)牢固，必須對管內(nèi)壁進(jìn)行表面處理。70年代以來趨向于管內(nèi)、外壁涂層選用相同的材料，以便管內(nèi)、外壁的涂敷同時(shí)進(jìn)行。 

　　③防腐保溫涂層：在中、小口徑的熱輸原油或燃料油的管道上，為了減少管道向土壤散熱，在管道外部加上保溫和防腐的復(fù)合層。常用的保溫材料是硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料，適用溫度為－185～95℃。這種材料質(zhì)地松軟，為提高其強(qiáng)度，在隔熱層外面加敷一層高密度聚乙烯層，形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，以防止地下水滲入保溫層內(nèi)。 

組成材料：

鋼套鋼保溫管是由輸送介質(zhì)的鋼管、防腐外套鋼管以及鋼管與外套鋼管之間填充的超細(xì)玻璃棉組合而成,也可采用石墨、硅鈣瓦管殼及填充聚氨酯泡沫復(fù)合而成。鋼套鋼（鋼套管）埋設(shè)技術(shù)是一種防水、防漏、抗?jié)B、抗壓和全封閉的埋設(shè)新技術(shù)，是直埋敷設(shè)技術(shù)在地下水位較高地區(qū)使用的一次較大突破。直埋管道的保護(hù)管的首要問題是嚴(yán)密防水的可靠性，此外要有良好的機(jī)械強(qiáng)度，鋼套管由于強(qiáng)度高采用焊接連接，防水的密封性能可靠性十分高，另外，其耐高溫性能也是其它外保護(hù)管所不能比擬的。在地下水位高的地區(qū)，為保證地下水不影響蒸汽直埋管道的正常運(yùn)行，外保護(hù)層采用堅(jiān)固、密閉的鋼管外殼。 

二、保溫結(jié)構(gòu)

　　鋼套鋼保溫管保溫結(jié)構(gòu)依據(jù)滑動方式不同分為：內(nèi)滑動式與外滑動式 

　　1、內(nèi)滑動式：保溫結(jié)構(gòu)由工作鋼管、硅酸鋁、減阻層、微孔硅酸鈣、隔熱層、不銹鋼緊固鋼帶、鋁箔反射層、聚氨酯保溫層、外套鋼管、外防腐層組成。 

　　2、外滑動式：保溫結(jié)構(gòu)由工作鋼管、玻璃棉保溫隔熱層、鋁箔反射層、不銹鋼緊固帶、滑動導(dǎo)向支架、空氣保溫層、外護(hù)鋼管、外防腐層組成。

三、結(jié)構(gòu)機(jī)理

　　1.防腐層：保護(hù)外鋼管避免腐蝕物腐蝕鋼管，延長鋼管使用壽命。 

　　2.外護(hù)鋼管: 保護(hù)保溫層免受地下水侵蝕，支撐工作管并能承受一定的外部荷載，保證工作管正常工作。 

　　3.聚氨酯泡沫層: 保證介質(zhì)溫度，保證外護(hù)管表面保持常溫。 

　　4.阻隔、反射層: 保證有機(jī)泡沫材料不進(jìn)入無機(jī)硬質(zhì)耐高溫層；反射耐高溫層部分熱量。 

　　5.無機(jī)硬質(zhì)保溫層：耐高溫，保證與有機(jī)保溫層之間的界面溫度，保證泡沫不被炭化。 

　　6.減阻層: 保證工作鋼管熱脹冷縮自由運(yùn)動。 

　　7.工作鋼管：保證輸送介質(zhì)正常流動。聚乙烯夾克管

聚乙烯外套管采用高密度聚乙烯材料制成，具有*的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的耐腐蝕性能，可以保護(hù)管材在運(yùn)輸、安裝及使用過程中避免因外界因素而造成的破壞。

制造外套管應(yīng)添加抗氧劑、紫外線穩(wěn)定劑和碳黑等。

生產(chǎn)工藝

1、上料　2、擠出　3、模具　4、冷卻　5、牽引　6、內(nèi)表面電暈處理　7、切割　8、檢驗(yàn)　9、成品

高密度聚乙烯外護(hù)管性能指標(biāo)

項(xiàng)目

測試方法

指標(biāo)

拉伸屈服強(qiáng)度

GB/T8004.2

≥19MPa

斷裂伸長率

GB/T8004.2

≥350%

密度

GB/T1033

≥940Kg/m

熔體流動速率

GB/T3682

0.5g/10min

縱向回縮率

GB/T6671.2

≤3%

*機(jī)械性能

GB/T6111

>1500h

熱穩(wěn)定性

GB/T7391

>20min

碳黑含量

GB/T3021

2.5±0.5%

電暈效果

DY試劑

≥50DYn/cm

高密度聚乙烯外護(hù)管規(guī)格表

外徑mm

標(biāo) 準(zhǔn) 型

薄壁型

對應(yīng)鋼管外徑mm

對應(yīng)保溫層厚度mm

對應(yīng)套袖mm

壁厚mm

重量Kg

允許偏差mm

壁厚mm

重量Kg

說　明　　A.聚乙烯管易老化，如露天存放宜用篷布等物遮蓋，堆放處應(yīng)遠(yuǎn)離高熱源和火源，制成保溫管后，禁止暴曬、驟冷，否則聚乙烯管易開裂，影響產(chǎn)品性能和使用壽命。

B.運(yùn)輸和穿管過程中，應(yīng)避免野蠻裝卸，掛鉤過細(xì)、過硬、用力過猛，否則易造成聚乙烯管摔壞、劃傷或撕裂。

C.管材壁厚可調(diào)整，壁厚、顏色可按用戶要求生產(chǎn)，因管材壁厚不同，保溫層厚度為約數(shù)，應(yīng)按實(shí)際厚度計(jì)算。

D.與管材配套的支架、塑料塞、兩頭法蘭盤，焊條、焊槍、熱縮帶等齊全。

E.表中的允許偏差是按CJ/114-2000行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的。

計(jì)算公式為：外徑≤400mm時(shí)，上下偏差之和=0.1×公稱壁厚+0.2

外徑≥400mm時(shí)，上下偏差之和=0.15×公稱壁厚+0.2黑夾克保溫管管材包括螺旋鋼管，直縫鋼管和無縫鋼管。外層為黑色聚乙烯材料的叫做黑夾克保溫管。用高壓發(fā)泡機(jī)在鋼管與外護(hù)層之間形成的空腔中一次性注入硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料原液而成，再用聚乙烯進(jìn)行鋼管表面的處理，形成zui外層的保護(hù)層。聚乙烯外殼直埋保溫管高密度聚乙烯保溫管直埋式預(yù)制保溫管由輸送介質(zhì)的鋼管、聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層和高密度聚已烯外套管緊密結(jié)合而成，直埋保溫管主要用于城鎮(zhèn)集中供熱管網(wǎng)，石油輸送管線，高寒地區(qū)輸水管線及產(chǎn)區(qū)工業(yè)管道工程。由于聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層緊密地粘結(jié)在鋼管外皮，隔絕了空氣和水的滲入，能起到良好的防腐作用。同時(shí)它的發(fā)泡孔都是閉合的，吸水性很小。高密度聚乙烯外殼、玻璃鋼外殼均具有良好的防腐、絕緣和機(jī)械性能。黃夾克保溫管原材主要包括有縫鋼管和無縫鋼管。黃夾克聚氨酯保溫鋼管常用的保溫材料是硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料，適用溫度為－185～120℃。這種材料質(zhì)地松軟，為提高其強(qiáng)度，在隔熱層外面加敷一層高密度聚乙烯層，形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，以防止地下水滲入保溫層內(nèi)。黃夾克保溫管結(jié)構(gòu)主要包括工作鋼管層，聚氨酯保溫層和高密度聚乙烯保護(hù)層。其中zui外面的一層由預(yù)制成一定壁厚的黑色或黃色聚乙烯塑料材料覆蓋。黑色的稱之為黑夾克保溫管，黃色的稱之為黃夾克保溫管。其作用一是保護(hù)聚氨酯保溫層免遭機(jī)械硬物破壞，二是防腐、防水。高密度聚乙烯聚氨酯發(fā)泡保溫鋼管執(zhí)行：SY/T114-2000和SY/T115-2001標(biāo)準(zhǔn)。

4． 施工方法

　　目前硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在防腐蝕和絕熱工程上應(yīng)用的施工方法有3種：預(yù)制泡沫塑料法、直接噴涂法、一次罐注成型法。

　?。?）預(yù)制泡沫塑料法。以胎模成型為塊材或半圓形泡沫塑料。塊材或半圓形泡沫塑料的縫隙可用直接噴涂法封閉，形成防腐蝕保溫保冷絕熱層。預(yù)制板材和預(yù)制管殼規(guī)格見表5—8、表5—9。

表5-8 預(yù)制板材規(guī)格/mm

長度寬度厚度

2000

2000

15001000

500

60030～80

30～80

30～80

表5-9 預(yù)制管殼規(guī)格/mm

內(nèi)徑壁厚長度備注

45

108

159

219

273

325

426

730

840

1000

2200

790050～80

50

50

50

50

50

30～50

35

80

80

100

30500

500

500

500

500

500

1000

1000

700

700

700

870由兩塊拼接成圓筒

　?。?）直接噴涂法。是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料現(xiàn)場施工、修補(bǔ)技術(shù)的主要方法，這種方法不受工作面外形尺寸、幾何形狀的限制，不用模具，制品厚度可根據(jù)實(shí)際需要任意調(diào)節(jié)，可連續(xù)成型；效率高。

　　①噴涂機(jī)械硬質(zhì)泡抹塑料直接噴涂的噴涂機(jī)由幾部分組成：A、B組分物料貯箱，A、B組分泵，電加熱系統(tǒng)，濾氣減壓系統(tǒng)和噴槍。

　　JG-3型噴涂機(jī)工作程序如圖5—1所示。

　　JG-3型噴涂發(fā)泡機(jī)由1臺三相交流電動機(jī)帶動，經(jīng)變速機(jī)變速箱帶動2臺HV3／68型環(huán)形活塞式計(jì)量泵作順時(shí)針同步運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)量泵A、B按定比各自輸送組分液料、經(jīng)耐壓管輸送到噴槍，在壓縮空氣的作用下，A、B兩組分液體在噴搶混合室內(nèi)相互混合，然后以高速霧狀噴涂至工作面，待發(fā)泡、固化，形成一定密度和一定厚度的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料涂層。

　　JG-3型噴涂機(jī)之變速箱配有兩種轉(zhuǎn)速，可任選一種。不同轉(zhuǎn)速獲得噴涂量也不同，JG—3型噴涂機(jī)轉(zhuǎn)速與噴涂量關(guān)系見表5—10。

表5-10 JG-3型噴涂機(jī)轉(zhuǎn)速與噴涂量

轉(zhuǎn)速/r·min-1475715

噴涂量/L·min-11～282～48

　?、趪娡坎僮?按配方配料A組分和B組分，分別倒入A、B物料貯槽。噴涂用空氣壓力0．3～0．4MPa。被噴涂物面溫度40～50℃，加速涂層的熟化，提高黏結(jié)力。噴槍對準(zhǔn)物面，稍帶有一點(diǎn)角度，離物面300～500mm距離，噴槍移動速度0．5～O．8 m／min。

　　③噴涂層技術(shù)控制

　　a．乳化時(shí)間 乳化時(shí)間太短，槍口要堵塞；時(shí)間太長物料要流失或滴落。

　　b．初凝時(shí)間 物料初凝可用手測試，以不粘手計(jì)時(shí)。一般控制在10～12 s間，時(shí)間長了要影響施工進(jìn)度；時(shí)間短了待第二次

噴上時(shí)，其表面已有固化層，將產(chǎn)生間隔層，以致影響到導(dǎo)熱系數(shù)。

　　c．霧化風(fēng)壓 膠液在噴槍內(nèi)混合系通過壓縮空氣在混合器內(nèi)攪拌霧化，一般控制風(fēng)壓0．4～0．6MPa。

　　直接噴涂的缺點(diǎn)是表面不光滑，并呈麻面狀。當(dāng)噴涂管道時(shí)，物料損失約10％。

　?。?）一次灌注成型法。灌注發(fā)泡是聚氨酯泡抹塑料在模腔內(nèi)成型的主要方法。一次性灌注物料流動性好，發(fā)泡時(shí)充滿模腔各個(gè)部位，省工、省料、制品光滑，質(zhì)量好。

　　灌注發(fā)泡是用灌注發(fā)泡機(jī)進(jìn)行的常用JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)系低壓循環(huán)型。JG—1型灌注發(fā)泡機(jī)規(guī)格與能力見表5—11。

表5-11 JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)規(guī)格與能力

時(shí)間規(guī)格

JG-1-10JG-1-20JG-1-30JG-1-40JG-1-60

1s

25s

60s60～170ml

1.65～4.15L

4～10L130～330ml

3.35～8.35L

8～20L0.2～0.5L

5～12.5L

12～30L0.3～0.7L

6.65～16.7L

16～40L0.4～1L

10～25L

24～60L

　　JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)參數(shù)如下。灌注攪拌頭，電動4000 r／min。定量輸送泵，HV系列環(huán)形活塞泵。原液灌，A、B各100L。溶劑中洗、強(qiáng)風(fēng)吹掃，按程序自動操作。原液補(bǔ)充，電動泵輸送。原液攪拌混合，電動錨式攪拌器。注入定時(shí)器，1～40 s。注劑罐，20L。原液溫度調(diào)節(jié)，電加熱、水泵循環(huán)、恒溫自空。外表尺寸，2m×1．3 m±2．3m。全機(jī)總重，1 t。

　　JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)工作程序示意如圖5-2所示。一次灌注成型法模具如圖5-3所示。

　　摸具設(shè)計(jì)實(shí)例。例如輸油管系螺旋卷管，其外徑φ529 mm，焊縫高出壁2．5 mm，需絕熱層厚50 mm，則模具直徑D=529+50×2+2.5×2=634 mm；長度=1000 mm；模具壁厚，1～2 mm碳鋼；加強(qiáng)筋，30×4角鐵；阻頭高度50mm。