聚氨酯泡沫材料及其制备方法、真空绝热板及其芯材与流程

本发明涉及建筑保温材料
技术领域：
，尤其是涉及一种聚氨酯泡沫材料及其制备方法、真空绝热板及其芯材。
背景技术：
：目前，我国对外墙外保温系统的节能要求是节能75％及以上，对外墙外保温系统的防火要求是达到a级防火要求。建筑节能是实现可持续发展的需要，建筑防火是社会安全的需要，两者必须兼顾，缺一不可。真空绝热板(vip)主要由芯材、膜材以及吸气剂三个部分组成，内部芯材使得真空绝热板能够承受外部大气压力压强，膜材是为了维持真空绝热板内部的真空环境，吸气剂能够吸收渗入真空环境内的气体或水蒸汽以及真空绝热板在使用过程中内部产生的气体或水蒸汽。其中，stp超薄真空绝热板的导热系数为低于0.008w/(m.k)，其防火等级为a1级，其所用的芯材主要是超细二氧化硅粉末、硅灰以及超细纤维，超细二氧化硅粉末为无机材料，防火等级为a级。聚氨酯泡沫由于质轻、绝热、吸音、防震、耐腐蚀，也是真空绝热板(vip)所广泛使用的一种芯材。目前，作为芯材使用的聚氨酯泡沫材料的防火等级为b级，还达不到a级，一旦外面包裹的膜材破损或者是被火焰烧穿，其内部的聚氨酯泡沫，作为有机易燃材料，将会变成助燃材料，使得火灾越烧越严重。另外，真空绝热板还存在其他缺点，其主要缺点为容易破损进气失效、涨袋、拼接缝冷热桥现象严重、不可裁切以及无法穿孔锚固、芯材易吸水等等。现有的真空绝热板的结构决定了其一旦裁切或膜材破损，会导致其进气失效，真空绝热作用丧失，芯材吸水膨胀，从而使得真空绝热板的芯材与膜材分离，芯材与膜材分离后容易造成原本粘结于真空绝热板的膜材上的装饰层脱落，形成了严重的安全隐患。现有的真空绝热板的结构决定了其无法进行穿孔锚固，一旦打孔穿锚固杆，就会将膜材破损，导致其进气失效，真空绝热作用丧失，从而使得真空绝热板作为一种保温板材不能像其他保温板材那样采用锚固件直接穿透的方式锚固于建筑外墙面上，而是只能采用板间拼接锚固技术或粘贴进行安装，导致真空绝热板与其内侧的物件之间的附着力较小，导致真空绝热板与其外侧的物件之间的附着力也较小，导致整个外墙外保温系统整体松松垮垮，很容易分层，也很容易脱落，造成安全事故。因此，如何在保证聚氨酯泡沫材料的保温性能的基础上，提高聚氨酯泡沫材料的防火等级，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种聚氨酯泡沫材料。本发明的另外一个目的是提供一种聚氨酯泡沫材料的制备方法。本发明的另外一个目的是提供一种真空绝热板的芯材。本发明的另外一个目的是提供一种真空绝热板。为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：一种聚氨酯泡沫材料，由多种原料制成，所述聚氨酯泡沫材料的原料包括：6～15质量份的多元醇、0.02～0.2质量份的催化剂、1.5～2.5质量份的发泡剂、0.2～0.5质量份的开孔剂、0.02～0.1质量份的泡沫稳定剂、10～15质量份的异氰酸酯、5～10质量份的组分a、10～15质量份的组分b、10～15质量份的组分c；所述组分a为石墨、石墨烯/聚合物复合材料、二氧化硅、氧化铝、白炭黑以及石英粉中的一种、两种或多种；所述组分b为开孔玻化微珠和/或开孔珠光砂；所述组分c为空心微珠，所述空心微珠为玻璃微珠、陶瓷微珠、纳米空心微珠、玻化微珠以及氧化铝微珠中的一种、两种或多种。优选的，所述组分a的粒径为50纳米～100纳米；所述组分b和组分c的粒径均为10微米～50微米。优选的，所述多元醇为聚醚多元醇；所述催化剂包括发泡型催化剂、凝胶型催化剂以及三聚型催化剂；所述发泡型催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇；所述凝胶型催化剂为六甲基三亚乙基四胺、三亚乙基二胺、三乙胺中的一种、两种或者多种；所述三聚型催化剂为(2-羟基丙基)三甲基甲酸铵或辛季铵盐；所述发泡剂为环戊烷、异戊烷以及水中的一种、两种或者多种；所述开孔剂包括液体石蜡、聚丁二烯、二甲基聚硅氧烷、聚四氟乙烯中的至少一种；所述泡沫稳定剂为有机硅泡沫稳定剂；所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。一种上述中的任意一项所述的聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：1)按照配方将多元醇、催化剂、发泡剂、开孔剂、泡沫稳定剂混合均匀制得白料；2)按照配方将步骤1)制得的白料、组分a、组分b以及组分c混合均匀；3)将异氰酸酯加入到步骤2)混合均匀后制得的混合液体中，搅拌均匀后放入模具中依次进行发泡与熟化，完成后制得聚氨酯泡沫材料。一种真空绝热板的芯材，由上述的制备方法制备而成的聚氨酯泡沫材料制成。一种真空绝热板，包括芯材、膜材与吸气剂，所述芯材为上述的芯材。优选的，所述芯材的外表面与所述膜材的内表面通过热熔合粘结连接以形成芯膜一体结构。优选的，还包括用于锚固杆从中穿过的预埋管；所述预埋管预埋在聚氨酯泡沫材料制成的芯材中，所述预埋管的轴向长度贯穿所述芯材的厚度，所述预埋管的两个管口端面分别与相应的所述膜材的内表面热熔合密封连接。优选的，所述膜材包括分体的位于上侧的一片膜材以及位于下侧的另一片膜材，每一片膜材包括从密闭真空腔外到密闭真空腔内依次布置的玻璃纤维布、pe膜、pet膜、铝箔、pa尼龙膜；所述玻璃纤维布与pe膜热熔连接；所述pe膜与pet膜热熔连接；所述pet膜与铝箔热熔连接；所述铝箔与pa尼龙膜热熔连接。优选的，还包括用于实现真空绝热板可以裁切的预埋格栅，所述预埋格栅为其上开设有多个通孔的平面板；所述预埋格栅的厚度大于等于所述芯材的厚度，所述芯材充填于所述预埋格栅中的通孔中，相邻两个通孔中的芯材之间是分体无连接的；所述预埋格栅设置于所述膜材包裹成的密闭真空腔中，所述预埋格栅的上长宽表面与位于上侧的一片膜材的内长宽表面热熔合密封连接，所述预埋格栅的下长宽表面与位于下侧的另一片膜材的内长宽表面热熔合密封连接。本申请提供了一种聚氨酯泡沫材料，由多种原料制成，所述聚氨酯泡沫材料的原料包括：6～15质量份的多元醇、0.02～0.2质量份的催化剂、1.5～2.5质量份的发泡剂、0.2～0.5质量份的开孔剂、0.02～0.1质量份的泡沫稳定剂、10～15质量份的异氰酸酯、5～10质量份的组分a、10～15质量份的组分b、10～15质量份的组分c；所述组分a为石墨、石墨烯/聚合物复合材料、二氧化硅、氧化铝、白炭黑以及石英粉中的一种、两种或多种；所述组分b为开孔玻化微珠和/或开孔珠光砂；所述组分c为空心微珠，所述空心微珠为玻璃微珠、陶瓷微珠、纳米空心微珠、玻化微珠以及氧化铝微珠中的一种、两种或多种；本申请还提供了一种上述聚氨酯泡沫材料的制备方法；本申请通过添加组分a、组分b以及组分c这些无机材料，对原聚氨酯泡沫材料进行改性，改性后的聚氨酯泡沫材料的导热系数为0.022-0.036w/(m.k)，其防火等级为a级，防火检测结果指标符合gb/t8624的规定，防火性能达到a2级，从而在保证聚氨酯泡沫材料的保温性能的基础上，提高了聚氨酯泡沫材料的防火等级。附图说明图1为本发明的实施例提供的包括预埋管的真空绝热板的剖视结构示意图；图2为图1中的一片膜材的放大厚度向剖面结构示意图；图3为本发明的实施例提供的预埋格栅的立体结构示意图；图中：1芯材，2膜材，211位于上侧的一片膜材，212位于下侧的另一片膜材，201玻璃纤维布，202pe膜，203pet膜，204铝箔，205pa尼龙膜；3吸气剂，4预埋管；5预埋格栅，501通孔，502孔壁。具体实施方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。本申请提供了一种聚氨酯泡沫材料，由多种原料制成，所述聚氨酯泡沫材料的原料包括：6～15质量份的多元醇、0.02～0.2质量份的催化剂、1.5～2.5质量份的发泡剂、0.2～0.5质量份的开孔剂、0.02～0.1质量份的泡沫稳定剂、10～15质量份的异氰酸酯、5～10质量份的组分a、10～15质量份的组分b、10～15质量份的组分c；所述组分a为石墨、石墨烯/聚合物复合材料、二氧化硅、氧化铝、白炭黑以及石英粉中的一种、两种或多种；所述组分b为开孔玻化微珠和/或开孔珠光砂；所述组分c为空心微珠，所述空心微珠为玻璃微珠、陶瓷微珠、纳米空心微珠、玻化微珠以及氧化铝微珠中的一种、两种或多种。在本申请的一个实施例中，所述组分a的粒径为50纳米～100纳米；所述组分b和组分c的粒径均为10微米～50微米。在本申请的一个实施例中，所述多元醇为聚醚多元醇；所述催化剂包括发泡型催化剂、凝胶型催化剂以及三聚型催化剂；所述发泡型催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇；所述凝胶型催化剂为六甲基三亚乙基四胺、三亚乙基二胺、三乙胺中的一种、两种或者多种；所述三聚型催化剂为(2-羟基丙基)三甲基甲酸铵或辛季铵盐；所述发泡剂为环戊烷、异戊烷以及水中的一种、两种或者多种；所述开孔剂包括液体石蜡、聚丁二烯、二甲基聚硅氧烷、聚四氟乙烯中的至少一种；所述泡沫稳定剂为有机硅泡沫稳定剂；所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。本申请提供了一种上述中的任意一项所述的聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：1)按照配方将多元醇、催化剂、发泡剂、开孔剂、泡沫稳定剂混合均匀制得白料；2)按照配方将步骤1)制得的白料、组分a、组分b以及组分c混合均匀；3)将异氰酸酯加入到步骤2)混合均匀后制得的混合液体中，搅拌均匀后放入模具中依次进行发泡与熟化，完成后制得聚氨酯泡沫材料。在本申请的一个实施例中，步骤3)中，搅拌转速为2500-3000r/min，熟化温度为40-50℃。本发明中使用的石墨烯/聚合物复合材料是采用原位聚合法生产的石墨烯/聚合物复合材料，其制备方法是：在原位聚合法中，石墨或改性石墨首先与单体或预聚体共混，将合适的引发剂分散进去，然后调整稳定时间等参数，用热或辐射引发聚合，最终制得石墨烯/聚合物复合材料。二苯甲烷二异氰酸酯，别称二苯基甲烷二异氰酸酯，简称“mdi”，有4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯、2，4'-二苯甲烷二异氰酸酯、2，2'-二苯甲烷二异氰酸酯等异构体，是芳烃下游主要产品，广泛应用于聚氨酯弹性体，制造合成纤维、人造革、无溶剂涂料等聚氨酯材料的生产领域。上述异氰酸酯优选的为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。本发明配方中添加组分a，主要是为了经过改性后，降低聚氨酯材料的导热系数或保持聚氨酯材料的导热系数不提高，使其达到优良的保温性能，因为石墨、石墨烯/聚合物复合材料、石墨粉、二氧化硅、氧化铝、白炭黑以及石英粉的导热系数比较低，燃烧等级为a级。本发明配方中添加组分b，主要是作为骨料，因为开孔珠光砂本身是空心的，质地轻，属于不燃材料(a级)，与聚氨酯材料混合是理想的骨料(作为支撑材料使用)。本发明配方中添加组分c，主要是为了提高本发明材料的抗压、抗拉、燃烧等级的作用，因为空心微珠具有导热系数低，抗压强度高，燃烧等级a级等优越的性能指标，与聚氨酯混合使用后，其燃烧质量损失率≥50％，达到了gb/t8624的规定。本发明中添加的组分a、组分b以及组分c这三种材料都具有导热系数低、无机不燃、抗压、抗拉强度高等优越的性能指标，弥补了聚氨酯材料的缺陷，提高了聚氨酯材料的防火性能，且保留了聚氨酯原有的低导热性能、优越的防水性能。所述聚氨酯泡沫材料的原料还包括2～8质量份的添加剂，所述添加剂为增塑剂、抗紫外线剂、稀释剂、扩链剂、阻燃剂以及颜料中的一种、两种或多种。实际上，上述多种组分不是孤立起作用，其影响是相互的，其中任何一种组分的多少均对材料的性能带来变化。每种组分具有各自独立的作用，但此组分相互组合后，组分之间相互激发，相互促进，协同作用非常明显，使材料的综合性能得到了显著提高。本申请还提供了一种真空绝热板的芯材，由上述的制备方法制备而成的聚氨酯泡沫材料制成。如图1-3所示，图中：芯材1，膜材2，位于上侧的一片膜材211，位于下侧的另一片膜材212，玻璃纤维布201，pe膜202，pet膜203，铝箔204，pa尼龙膜205；吸气剂3，预埋管4；预埋格栅5，通孔501，孔壁502。本申请还提供了一种真空绝热板，包括芯材1、膜材2与吸气剂3，所述芯材1为上述聚氨酯泡沫材料制成的芯材。上述一种真空绝热板的制备方法，包括以下依次进行的步骤：a)将聚氨酯泡沫材料裁切成芯材1，然后将芯材1在真空环境下加热，真空加热以干燥脱水、脱气等等，真空可以使得内含气体的闭孔胀裂变成开孔，提高开孔率，真空加热属于芯材在封装前的预处理，可以使得芯材封装后，真空绝热板可以长时间地保持原始较低的导热系数，其导热系数在长时间的使用过程中不发生上涨，从而提高了真空绝热板的使用寿命；b)将两片膜材叠加在一起然后将两片膜材的三边进行热熔合连接，留下一边形成开口，得到三边密封且一边开口的膜材袋；c)将真空加热完成后的芯材1与吸气剂3放入步骤b)制得的膜材袋中，然后对膜材袋进行抽真空直至真空度小于10pa，然后将膜材袋的开口边通过热熔合密封，且将芯材1的长宽表面与所述膜材袋的内表面通过热熔合粘结连接，将所述预埋管4的两个管口端面分别与所述膜材袋的两个内表面密封热熔合粘结连接，完成后制得芯膜一体真空绝热板。上述真空绝热板的制备方法中，热熔合连接，还可以称作热熔连接，为先将两个塑料件的待连接部位分别加热至熔融态，然后将两个塑料件的熔融态的待连接部位挤压在一起，保持挤压直至熔融态的塑料冷却固化，至此完成热熔合连接，中间过程中不使用胶粘剂，例如：水暖安装中，将两根pe管道的配合面紧贴在加热工具上来加热其平整的端面直至熔融，移走加热工具后，将两个熔融的端面紧靠在一起，在压力的作用下保持到接头冷却，使两段管道连接成为一个整体的操作。为了解决现有技术中的真空绝热板的芯材与膜材无法为一体的问题，在本申请的一个实施例中，所述芯材1的外表面与所述膜材2的内表面通过热熔合粘结连接以形成芯膜一体结构；此处，芯材1是聚氨酯材质，膜材2的内表面也是聚合物膜，二者都是同类的聚合物材质，二者可以加热加压熔合在一起，热熔连接后二者之间具有较高的连接力，使得芯材1与膜材2成为一体，使得即使真空绝热板的膜材破损，导致其进气失效后，膜材还是与芯材牢固地粘结在一起，二者不会分离，不分层，从而解决了原来破损后，芯材吸水膨胀，芯材与膜材分离，容易造成原本粘结于真空绝热板的膜材上的装饰层脱落的问题，提高了安全系数。为了解决现有技术中的真空绝热板的无法穿孔锚固的问题，在本申请的一个实施例中，上述的真空绝热板还包括用于锚固杆从中插入的预埋管4；所述预埋管4预埋在聚氨酯泡沫材料制成的芯材1中，所述预埋管4的轴向长度贯穿所述芯材1的厚度，所述预埋管4的两个管口端面分别与相应的所述膜材2的内表面热熔合密封连接；如此设计，预先把预埋管4固定在模具中，然后将异氰酸酯加入到步骤2)混合均匀后制得的混合液体中，搅拌均匀后放入模具中依次进行发泡与熟化，完成后即制得内部预埋着上述预埋管4的聚氨酯泡沫材料，然后再裁切成芯材；优选的，预埋管4的材质为聚乙烯pe材质，因为该聚乙烯pe的熔点很低、强度高、耐腐蚀、易生产、且易与膜材热熔连接；真空绝热板制好以后，预埋管4的两个管口都是被膜材2给封闭的(如图1所示)，现场锚固的时候，将锚固杆直接插入穿透该预埋管4，封住预埋管4的管口的膜材2被尖锐的锚固杆扎破，然后锚固杆的内端固定内插在建筑墙体中或者是固定在龙骨上，从而实现了真空绝热板的穿孔锚固，提高了真空绝热板与建筑墙体或龙骨之间的连接强度，避免了分层，减少了脱落的事故，提高了安全性。在本申请的一个实施例中，所述膜材2包括分体的位于上侧的一片膜材211以及位于下侧的另一片膜材212，每一片膜材包括从密闭真空腔外到密闭真空腔内依次布置的玻璃纤维布201、pe膜202、pet膜203、铝箔204、pa尼龙膜205；所述玻璃纤维布201与pe膜202热熔连接；所述pe膜202与pet膜203热熔连接；所述pet膜203与铝箔204热熔连接；所述铝箔204与pa尼龙膜205热熔连接；上述玻璃纤维布201的厚度为0.5-1.5mm，pe膜202的厚度为15-25μm，pet膜203的厚度为38-45μm，铝箔204的厚度为240-260μm，pa尼龙膜205的厚度为38-45μm；此处的热熔连接，为将玻璃纤维布201、pe膜202、pet膜203、铝箔204以及pa尼龙膜205通过热压成型连接在一起，期间加热加压，保持挤压直至冷却固化，至此完成热熔合连接，是靠塑料膜自身在上述热压过程中，受加热加压，然后保持挤压直至冷却固化，产生的粘接性将玻璃纤维布201、pe膜202、pet膜203、铝箔204、pa尼龙膜205连接成一体膜，中间过程中不使用胶粘剂。现有的真空绝热板的结构决定了其一旦裁切，会导致其进气失效，真空绝热作用丧失。为此，为了实现真空绝热板可以裁切，在本申请的一个实施例中，上述的真空绝热板还包括用于实现真空绝热板可以裁切的预埋格栅5，所述预埋格栅5为其上开设有多个通孔501的平面板；所述预埋格栅5的厚度大于等于所述芯材1的厚度，所述芯材1充填于所述预埋格栅5中的通孔501中，相邻两个通孔501中的芯材1之间是分体无连接的；所述预埋格栅5设置于所述膜材2包裹成的密闭真空腔中，所述预埋格栅5的上长宽表面与位于上侧的一片膜材211的内长宽表面热熔合密封连接，所述预埋格栅5的下长宽表面与位于下侧的另一片膜材212的内长宽表面热熔合密封连接；如此设计，预先把预埋格栅5固定在模具中，然后将异氰酸酯加入到步骤2)混合均匀后制得的混合液体中，搅拌均匀后放入模具中依次进行发泡与熟化，完成后即制得内部预埋着上述预埋格栅5的聚氨酯泡沫材料，所述聚氨酯泡沫材料充填于所述预埋格栅5中的通孔501中，相邻两个通孔中的聚氨酯泡沫材料之间是分体无连接的，然后再裁切制成芯材1；此处，由于所述预埋格栅5的厚度大于等于所述芯材1的厚度，所述芯材1充填于所述预埋格栅5中的通孔501中，相邻两个通孔501中的芯材之间是分体无连接的，预埋格栅5中的每一个通孔501的周向的孔壁502的上表面与位于上侧的一片膜材211的内长宽表面热熔合密封连接，预埋格栅5中的每一个通孔的周向的孔壁502的下表面与位于下侧的另一片膜材212的内长宽表面热熔合密封连接，如此设计，使得预埋格栅中的每个通孔501的孔壁502、通孔501中的芯材1以及与通孔501的孔壁502热熔密封连接的膜材2，构成一个个小真空绝热板，多个小真空绝热板相互之间均是独立的，某个独立的小真空绝热板破损失效后，都不会破坏其他独立小真空绝热板的真空绝热性；从而使得该真空绝热板可以在预埋格栅中的某个通孔中打孔，该小真空绝热板被打孔穿透后，不会破坏其他独立小真空绝热板的真空绝热性，从而使得该真空绝热板可以打孔插入锚固杆，进行打孔锚固安装；从而使得该真空绝热板可以沿着预埋格栅中的某几个通孔的孔壁裁切，可以直线裁切，也可以曲线裁切，沿着格栅中的通孔的孔壁裁切，且裁切线沿着孔壁的厚度的中线，可以不破坏任何一个小真空绝热板的真空密封性，从而使得该真空绝热板可以进行裁切，裁切成不同的形状，适应施工现场不同形状的安装面需要；优选的，预埋格栅5为硬pvc塑料材质或硬pe塑料材质。本发明对上述中未提及的原料、化合物、处理设备、工艺步骤及工艺参数等常规技术手段没有限制，采用本
技术领域：
内技术人员熟知的即可。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。实施例1一种聚氨酯泡沫材料，由多种原料制成，所述聚氨酯泡沫材料的原料包括：白料、11kg的异氰酸酯、5kg的二氧化硅、10kg的开孔珠光砂、10kg的空心的陶瓷微珠、5kg的稀释剂；所述白料的原料包括：6.5kg的聚醚多元醇、0.03kg的催化剂、1.5kg的发泡剂、0.30kg的开孔剂、0.1kg的泡沫稳定剂。本实施例1中的上述的聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：1)按照配方将多元醇、催化剂、发泡剂、开孔剂、泡沫稳定剂混合均匀制得白料；2)按照配方将步骤1)制得的白料、组分a、组分b以及组分c混合均匀；3)将异氰酸酯加入到步骤2)混合均匀后制得的混合液体中，搅拌均匀后放入模具中依次进行发泡与熟化，完成后制得聚氨酯泡沫材料；步骤3)中，搅拌转速为2500-3000r/min，熟化温度为40-50℃。一种真空绝热板的芯材，由本实施例1中的制备方法制备而成的聚氨酯泡沫材料制成。一种真空绝热板，包括芯材、膜材与吸气剂，所述芯材为本实施例1中上述的芯材。表1实施例1制备的真空绝热板的性能检测结果项目性能结果表面密度/kg/m340-60压缩强度/10％，mpa≥0.08抗拉强度/mpa≥0.10导热系数/w/(m.k)0.010吸水率/％≤0.5尺寸稳定性/％≤0.3燃烧等级a级(a2级)以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。当前第1页12