冰箱保温层的设计

1、糙总汐 WUWEI OCCUPATIONAL COLLEGE毕业设计题目：冰箱保温层设计院（系）:专业年级:姓 名:XXX学 号:XXX扌旨导教师:XXX年 月日摘要硬质聚氨酯泡沫塑料广泛应用于建筑，石油、化工、轻工、运辅、城市供热、 制冷及食品冷藏与加工：是冰箱，冰柜、飞机机身、轮船壳体，客运车箱，活动 板房等最优良的绝热材料；还常被用做船，浮体、快艇、救捞器材的充填材料以 及易碎商品包装材料：开孔型的硬泡是良好的吸音，消声材料。聚氨酯材料可以 用于管道保温，但是管道保温材料不仅仅是聚氨酯这一种，也可以是其他的，例 如岩棉、珍珠岩等，根据不同的环境和需要选择不同的材料。聚氨酯材料是可以 回收

2、再利用的。废旧聚保温氨酯材料的再生利用方法有：粘结制再生泡沬塑料， 粉碎后热压成制品，粉碎成粉末作为生产泡沬塑料等的填料；通过醇解、胺解致水 解工艺将泡沫分解再生多元醇，再用于制泡沫塑料，等等。硬质聚氨酯泡沬塑料因其优良的隔热保温、独特的抗水渗透及化学稳定性， 加上轻质、成型方便，成为冰箱保温层不可或缺的保温材料。针对冰箱门体因硬 质聚氨酯泡沫塑料充型脱模后的变形易产生报废返修问题，本文拟采用硬质聚氨 酯泡沬塑料作为原料对冰箱保温层进行设计并通过实验的方法验证设计方案的 可行性，同时根据所测得的数据来确定优化方案，总结出合适的设计参数。关键字：保温材料；硬质聚氨酯泡沬塑料；冰箱保温层Abstr

3、actRigid po I yure thane foam i s widely used i n the const rue tion, pet ro I eum, chemi ca I in dus try, I i gh t indus try, tran spor tan d aux i I i ary, urban hea ting, refr i gerat i on and food co I d storage and process i ng: refr i gerator, freezer, the fuse I age of the a i rcraft, ship sh

4、e I I, passenger carr iage, the activities of the board and the mos t exceI Ient thermaI insuI ating mater i a I s; but a I so often used to take a boat, f I oat i ng body, a speedboat, saIvage equipment filling materials and fragi le commod i ty packaging mat erials; pass the rigid foam i s a good

5、sou nd - absorb i ng, sound deadening mat er i a I. Pol yure thane mat erial can be used in p i pe in su I a tion, but pipe i nsu I a tion mat erial i s not only polyure thane t h i s a, can a I so be ot her, such as rockwoo I, per I i te, accord i ng to the d i fferent env i ronment and the need to

6、 choose a different material Polyurethane materials can be recycIed.WastepoIyethyIene i nsuI at i on poIyurethane mater i a Iregeneration utilization methods include: binding of regenerative foam, crushed after hot press ing products, crushed into powder as f i I I er i n the produc tion of foam; t

7、hrough a I coho lysis, amine solution or hydrolysis of foam decompos i tion recycIed polyols for foam pI astic, and so on.Due to its excellent heat insulation and thermaI insuI ation, unique water penetration res i stanee and chemi caI stab ility, the rigid po I yurethane foam p I ast i c i s an i n

8、d i spensab I e therma I i nsu I at i on mater i a I for the ref r i gera tor in su I a tion layer For the ref r i gera tor door body due to the deforma tion of rigid po I yure thane foam filling after st ripping i s easy to produce Scrap & rework problem, this paper intends to adopt rigid poIyureth

9、ane foam as a raw material for refr i gerator insuI ation layer des i gn and feasibiIity through the exper imentai method to verify the design scheme, a I so according to the measured data to determine the optimization scheme, summed up the appropr i ate des i gn parametersKey words: ThermaIRefr i g

10、erator i nsuI at i oni nsuI ation material; Rigid polyurethane foam;I ayer摘要2Abs trac t3一、绪论4研究背景及意狡4发展状况5研究的方法和内容6二、保温层材料与原理7材料种类和适用范围7材料保温原理和结构特点9三 保温层选取与设计10保温层设计计算10选取适当的保温层12四、保温层检验和校核14实验过程14实验结果分析15五、结论16参考文献17致 谢18、绪论研究背景及意义硬质聚氨酯泡沫材料在一个相当的时期內还是冰箱门体隔热保温层的填充 材料。发泡”是冰箱制造的关键环节之一，为切实保证冰箱发泡的品质，从而

11、保证冰箱的高保温性、长使用寿命和节能环保，企业们都组织专门的技术攻关项 目组，用大量的实验研究，经过小批试制、中批试产及大批量试流的各阶段验证， 最终克服所有困难，解决出现的各类问题。整个项目在运作过程中，通过不断与 原料供应厂家进行沟通交流，对原料配方进行优化改善，方能实现性能方面的有 利改善。整个过程经历漫长的时间、投入大量的人力物力。在市场激烈变化的今 天，这种传统的实验方法显然严重影响企业对市场的响应能力和市场竞争力。因 此，为缩短市场周期，需要一种更迅速有效的方法来取代传统的实验方法，在计 算机高速发展的今天，利用计算机来建立虚拟模型，进行充型过程的数值模拟以 及计算机辅助结构设计和

12、分析仿真，与适当的实验研究相结合，可获得优化的工 艺参数和结构参数。纵观国内外的研究，不同学科的研究者或集中在模拟充型过程，或只对成型 E聚氨酯硬泡性质展开研究，或者只针对冰箱部件的变形进行数值模拟和优化， 彼此分离，很少见到同时涉及发泡、凝固过程与脱模冷却过程的全过程研究。而 实际上硬质聚氨酯泡沫的充型过程对脱模后的变形程度的影响十分重要，在企业 生产过程中，常常会出现构件刚刚脱模不久即变形超差而报废，或出厂时变形幅 度合格，但在使用一段时间E出现大变形而不得不返修的现象。因此有必要对从 发泡、凝固、到脱模变形的全过程展开多学科融合的综合研究。利用数值模拟 和实验相结合的方法来研究冰箱用硬质

13、聚氨酯泡沫充型、脱模对冰箱部件的变形 的影响规律，从发泡工艺和结构设计两个方而研究减小变形的罠略和方法，为工 艺和结构的优化提供指导。该方法具有如下优点：1）环境友好。因为它不产生大量的实验废弃物。2）多学科优化。同时对多个关键参数进行研究，通过多学科优化设计得到 理想结果。3) 低生产成本。在理论分析的基础上，以较少的实验次数，即可获得优化 的材料及结构的参数。4) 方便新产品预研。计算机模拟技术在开发新产品时可以方便地进行。聚氨酯材料在自然环境里极难分解，即便把聚氨酯深埋于地下，需要几十 年才能分解。现在被广泛采用的方法是将其燃烧掉。但是燃烧后的废气需特殊处 理。用水来溶解其中的N02,岚

14、酸(HCN)等有毒物质，但是CN-根是剧毒物质， 需要特殊处理，以免将毒源扩散。也有学者提出裂解法，通过高温等特定条件， 将聚氨酯裂解为小分子的化学物质，再用于生产燃油等有用材料，实现废物的可 回收利用。现今已有不少科研报告和成果，但尚未应用于实际工业生产。所以， 从环境保护的意爻上来说，减少次品率和返修率即是对环保的贡献。发展状况聚氨酯泡沬充型过程数值模拟和对硬质聚氨酯泡沬材料性能的实验研究十 分热门，方法也多种多样。国外对聚氨酯泡沬充型过程的数值仿真与实验研究相 辅相成，提出了许多理论和研究方法。国內也有不少针对聚氨酯泡沬的固化程的 实验和数值仿真研究。早在二十世纪八十年代，.Rojas

15、et al (1982)对聚氨酯自由发泡过程进 行了初步的数值模拟研究，仿真与实验结果有一定差距o Moris Amon eta (11986, 1984)研究了泡沫泡孔膨胀的数学模型及考虑传热、凝固的低压构造泡沬膨胀过 程的分析。A. Arefmanesh et al (1990)利用数值模拟方法研究泡沬成长并且 预测聚合物泡沫泡孔尺寸的分布。九十年代中期，.Baser et a (11994a, 1994b) 建立了比较全面的凝胶反应和发泡反应的数学模型，其数值模拟和实验结果吻合 得较好。近年来，R. Tesser et al (2004,2003,1999)首先建立了改进的 Flory-

16、Huggins模型来描述物理发泡剂的溶解度，同时通过实验验证，证实此模 型可以严格地描述坏戊烷发泡剂在聚氨酯混合液中的溶解度，并实现了对聚氨酯 泡沬发泡过程的数值仿真。Dongjin Seo et al (2005, 2003)使用有限体积法 实现了常粘度、常密度及变密度的膨胀牛顿流体的数值模拟，并据此实现了简单 几何模型的聚氨酯泡沫充型过程的模拟。研究的方法和内容冰箱保温层厚度是设计的重点，关键是产品的成本与性能，而保温层的设计 需要考虑的因素包括： 不同的市场和不同的能耗要求； 产品的不同风格和设计特点； 市场对发泡料的限制条件； 产品成本的综合对比选择； 产品的市场要求：全球性、区域性、

17、特殊客户： 产品的未来发展考虑。冰箱保温层厚度是设计的重点，在设计中总会与不同部门发生冲突，当然要 求的厚度越萍越好，这样成本低，容积大，但由于技术的能力有限制的，在能耗 达到一定的水平时，厚度也不是可以薄到想要的程度，因此在厚度的设计方面存 在选择是否合理的问题。目前冰箱箱体都采用硬质聚氨脂整体发泡作绝热层，其绝热性能好，适于流 水线大批量生产，发泡后的箱体内外壳被粘接成刚性整体，结构坚固，内外壳厚 度可以适当降低，无须对箱体做防潮处理，年久也不会吸湿而使热导率增大。电冰箱绝大多数为立式结构。箱体结构的发展过程，大致分为四个阶段：50 年代以前主要是厚壁箱体（厚度为6065mm） ; 60年

18、代是萍壁箱体（厚度303 5mm）; 70年代是薄壁双温双门；80年代以后世界上趋于采用中等壁厚箱体（厚度 为4045mm）,并以箱背式冷凝器的三门三温或双门双温自然对流冷却（即直冷 式）冰箱为主。随着良好隔热性能的隔热材料的应用，箱体壁厚的减薄，箱体重 量进一步减轻并增大了冰箱的内容积。聚氨酯经历了 70多年的发展，成为世界上六大合成材料之一，其综合性能 出众，而且几乎能用高分子材料的所有加工方法来成型，所以应用广泛，发展十 分迅速。近30年来，世界聚氨酯工业的发展已成为化学工业中增长最快的行业， 而中国则是推进世界聚氨酯工业发展的重要力量（杨建军2008）。二、保温层材料与原理材料种类和适

19、用范围早期的冰箱通常使用海绵.石棉等作为保温材料，但这类材料隔热能力并不 高，易造成热量流失，导致冰箱能耗偏高，并且由于不防水，在使用过程中保温 性能逐渐丧失。图 冰箱用保温隔热材料发展历史航年代至今近年新的替代产品开始出现聚氨雷 PU其中芯材可用二氧化圧pu.灘干等八十年代，聚氨酯发泡走上历史舞台，较前一代的产品，其导热系数更低且 使用周期较长，很快取代了之前的产品，得到广泛应用。1、气凝胶由硅凝胶、甲醇、水和少量氢氧化氨混合成，不会燃烧，不含破坏大气臭氧 层的物质，是一种理想的的新颖绝热材料，其导热系数仅相当于目前冰箱所用的 普通聚氨酯绝热材料的12分之一，可以很好地阻绝热度传递，实现节能

20、扩容的 效果。不过虽然气凝胶是性能最优良的隔热材料，但是价格昂贵，主要应用于航 空航天领域。A新型冰箱用保温材料的特点真空绝热板（VIP板）气凝胶产品构成各种芯材真空封装在镀铝的聚酯/聚乙 烯薄膜內，芯材种类众多，早期使用二 氧化硅，现以聚氨酯、玻璃纤维等为主硅凝胶、甲醇、水和少量氢氧化氨混合成特点节能的同时在没有增加外形尺寸的条件下增加了食物储存空间不会燃烧，不含破坏大气臭氧层的物质，价格昂贵导热性能优于聚氨酯发泡导热系数仅相当于目前冰箱 所用的普通聚氨酯绝热材料的12分之一使用情况占据了日本70%的市场，同时欧美也有广泛使用海尔宇航变频冰箱、航空航天领域相较于使用聚氨酯发泡的保温材料，真空

21、绝热板优良的隔热性能有利于节省更多的电量，其厚度较聚氨酯发泡大幅降低，可进一步释放有效容积20-30%。2、真空绝热板（VIP板）20世纪80年代初，日本冰箱制造商首先将平而真空绝热板应用于商业化产品。由板/泡沫合成体提供的优异绝热性能（可以节约电能约25%左右）使得 日本制造商研发的市场冰箱具有较薄的保温层。这种结构在没有增加外形尺寸的 条件下增加了食物储存空间，因而在空间意识浓厚的日本社会具有极大的竞争优 势。在日本家用冰箱的保温层中，约70%使用了 VIP板。图 真空绝热板的构造示意图目前，国内冰箱的保温材料主要是硬质聚氨酯发泡，但其由于含有氟化物， 会破坏臭氧层，存在被限制使用的风险。

22、实际上近年来，欧美等发达国家已经开 始使用新型环保产品逐步取代聚氨酯，其中VIP板是目前性价比最高的冰箱用 保温材料。材料保温原理和结构特点（1）粘接性能好。硬质聚氨酷是一种结构致密的微孔泡沫体，与钢材、混凝 土、砖石、木材、玻璃等硬质建筑材料有良好的粘接性能，具有不宜脱离主体、 导热性能差的特性，特点是抗压、与基层粘结牢固。（2）不透水。硬质聚氨醋通 过适量添如多种助剂速成微孔发泡体，闭孔率达92%以上，自结皮光洁。因此， 具有很高的水蒸气渗透阻和良好的不透水性。在施工中采用喷涂成型技术，按照 设计保温层的厚度喷涂聚氨醋，成为无接缝壳体，形成完整的不透水层，从根本 上杜绝了雨水渗透沿缝隙渗人

23、保温层的可能性。另外，粘结强度可超过泡沬体本 身的撕裂强度，不会与基层脱离，避免了水沿层间渗漏。用硬质聚氨醋做成水盆、 水箱盛200mm深的水能长期不渗漏；25mm厚的硬质板在一面割去自结皮，使其承 受5m水柱高水压的作用，经过一年多的试验，没有发生渗漏现象，切开观察斷 面，水侵人的厚度仅为经分析此深度是硬质板表而切削力作用的开孔深 度。 （3）导热率低。热导率与材料内部孔隙构造有密切关系。硬质聚氨醋材 料是结构致密、封闭的非连通孔隙，材料的孔隙率较大，几乎没有对流作用的影 响，所以导热率小。（4）力学性能好。硬质聚氨酷表观密度小、比强度高、延伸 率大、抗冲击性好、不开裂、适应基材变形能力强。

24、其表观密度为35-40kg/m3, 抗压强度在之间，伸长率在10%-4%之间。（5）耐化学腐蚀性强。硬质聚氨AL在 苯、汽油等一般化学溶剂和稀浓度的酸、碱、盐溶液等环境的作用下具有良好的 化学稳定性，也不会发生霉变和腐烂。（6）耐热性能高。硬质聚氨醋在-50C的低 温下，体积收缩率小于1%,而且不会发生变脆和开裂等现象；在120C高温条件 下，体积和强度无明显变化；在1509较高温度下，聚合体不会发生降解，因此 可用于高温和一般低温条件。（7）单位自重轻。表观密度小，成型后的硬质聚氨 酷材料自重为1-2kg/m2（厚30-50mm）;特别适用于轻型大跨度、薄売结构的建筑 物和长距离石油输送管线

25、，减小了自身重量，给规模化施工和现场施工提供了极 大的方便。（8）施工速度快。硬质聚氨醋采用浇注发泡和喷涂发泡等成型技术， 工艺、设备简单、操作方便，尤其适合形状复杂、管道纵横的基层表而施工。例 如，硬质聚氨酷屋而施工时不需要大型吊装设备，一套设备每日在良好条件下可 完成1000m2左右建筑物的防水保温工作量。（9）工程质量好，使用寿命长。优异 的不透水、绝热、轻质高强、耐化学腐蚀等特性奠定了优质工程的基础，从根本 上解决了当前房屋建设中最突出的屋面渗漏问题和维修频繁的矛盾。三保温层选取与设计保温层设计计算立式冰箱箱体，首先根据内容积确定宽深比例，一般选为正方形或矩形，其 比例不超过1:,双侧

26、门柜式箱体的宽深比为仁左右。总体高度以放置稳定和 箱内储放食品方便为原则。设计箱体的绝热层时，可预先参照国内外冰箱的有关资料设定其厚度，如表 所示为某冰箱的绝热层厚度。表冰箱的绝热层厚度冷冻室顶层厚度冷冻室顶层厚度冷冻室背而厚度冷冻室门体厚度冷冻室底而厚度冷藏室顶层厚度冷藏室侧而厚度冷藏室背而厚度冷藏室门体厚度冷藏室底而厚度但采用了其他冰箱的厚度时h,需要对厚度进行校核计算，校核的依据就是不能出现凝露。校核计算首先是要计算出箱体表面温度。如果箱体外表面温度匕低于露点 温度，则会在箱表面上发生凝露现象，因此箱体表面温度匕必须高于露点温度 td,最低限度twC+tdo在达到稳定传热状态后的表面温度

27、匕可以由下式计算：=t（儿2）（3T）“0式中：匕一箱体外表而温度，单位为C;衣一箱外空气温度，单位为C;右2箱内空气温度，单位为C；a,箱外空气对箱体外表而的表而传热系数，单位为W/;传热系数，单位力W/.按照国家标准的规定，电冰箱在进行凝露试验时，规定亚温带型（SN）、温带 型（N）和亚热带型（ST）、热带型（T）冰箱的露点温度分别为19C C和27C C。在箱体表面温度高于霭点温度的前提下，计算箱体的漏热量并用下式校 验绝热层的厚度兄人（心 人2）式中：箱外壁温度，单位为C;七“一箱內壁温度，单位为c；入一热导率，单位为w/,各种绝热层热导率可见；A-传热而积，单位为n?。校验计算所得的

28、厚度在设定厚度的基础上，进行修正，反复计算，直到合理 为止。选取适当的保温层冰箱保温层厚度是设计的重点，关键是产品的成本与性能，而保温层的设计 需要考虑的因素包括： 不同的市场和不同的能耗要求； 产品的不同风格和设计特点： 市场对发泡料的限制条件； 产品成本的综合对比选择； 产品的市场要求：全球性、区域性、特殊客户； 产品的未来发展考虑。冰箱保温层厚度是设计的重点，在设计中总会与不同部门发生冲突，当然要 求的厚度越薄越好，这样成本低，容积大，但由于技术的能力有限制的，在能耗 达到一定的水平时，厚度也不是可以薄到想要的程度，因此在厚度的设计方面存 在选择是否合理的问题。目前冰箱箱体都采用硬质聚氨

29、脂整体发泡作绝热层，其绝热性能好，适于流 水线大批量生产，发泡后的箱体内外壳被粘接成刚性整体，结构坚固，内外壳厚 度可以适当降低，无须对箱体做防潮处理，年久也不会吸湿而使热导率增大。电冰箱绝大多数为立式结构。箱体结构的发展过程，大致分为四个阶段：50 年代以前主要是厚壁箱体（厚度为6065mm）; 60年代是萍壁箱体（厚度303 5mm）; 70年代是薄壁双温双门；80年代以后世界上趋于采用中等壁厚箱体（厚度 为4045mm）,并以箱背式冷凝器的三门三温或双门双温自然对流冷却（即直冷 式）冰箱为主。随着良好隔热性能的隔热材料的应用，箱体壁厚的减薄，箱体重 量进一步减轻并增大了冰箱的内容积。某冰

30、箱设计要求：（1）使用环境条件：冰箱周围环境温度ta二32C,相对湿度e二75%。（2）箱内温度，采用标准温度，冷藏室温度5C,冷冻室温度T8C。（3）箱内容积总168L,冷藏室100L,冷冻室68L,人们的生活习惯是经常 用冷藏箱而少用冷冻箱，因此将冷冻箱设置在下层。（4）冰箱制冷方式为直冷，节流元件为毛细管，其他配件根据需要自行配置。 设计：1. 箱体保温层采用硬质聚氨酯泡沬。2、箱体尺寸参考其他相似尺寸的冰箱确定，相关尺寸和结构如图所示（图中尺寸单位：cm）。3、首先校核这种尺寸选择是否满足凝霜条件箱体外表面凝露校核分冷冻室和冷藏室进行。(1)冷冻室凝露校核冷冻室绝热层厚度最薄处在压缩机

31、室处和门侧，由于压缩机散热导致压缩机室内 温度高于环境温度一般不会出现凝霭，因此，凝露校核计算时选取厚度最小的门 侧。凝露校核计算公式为3-1,因此，首先要确定相关参数：环境温度匕为32 C, 箱内空气温度t2为-18Co另外，对于相关传热系数的规定：当室内风速为/s时，j可取(m2 -K); 箱内空气为自然对流(直冷式)时，j可取(m2 - K):双门双温问冷式电冰箱， 由于箱内风速较大，其a?可取I723W/ (m2K)。这里选取室內a F W/ (m2K), 隔热层绝热系数W/(mK),室外对流换热系数j取11W/(m2K),则K =二 W/ (m2 K)1 O 1+ + a. A a、

32、则外表而温度几=/土（/匚）=32 竺 x（32 + 18） = 308Cax 11高于国家标准的规定的凝露温度。（2）冷藏室凝露校核冷藏室最萍的地方仍然是门侧，因此，计算方法同冷冻室，可计算出外表面 温度为人=耳_&_） = 32 _迺*（32_5）二七G11同样高于国家标准规定的凝露温度。一般情况下，如果箱体尺寸参考了市场上产品的尺寸，则一般不存在凝專问 题，但最好进行一下凝露校核。四、保温层检验和校核实验过程用木条和聚氨酯泡沬粘成一个简易的保温层，根据设计好的硬质聚氨酯保温 层，设定初始温度都20度，起始温度是18度，将温度计放在保温层内，密封开 始制冷10分钟，打开，看温度计温度，算出

33、温度变化量，记录在表格内。表聚氨58泡沫保温层测定结果材料初始温度（度）变化温度（度）制冷时间（分）聚氨酯泡沬1810然后更换保温棉，用木条和保温棉粘成一个简易的保温层，根据设计好的保 温棉保温层，设定初始温度都20度，起始温度是18度，将温度计放在保温层内， 密封开始制冷10分钟，打开，看温度计温度，算出温度变化量，记录在表格内。表保温棉保温层测定结果材料初始温度（度）变化温度（度）制冷吋间（分）保温棉1810现在综合对比所获得的数据。表两种材料测定结果的对比材料初始温度（度）变化温度（度）制冷时间（分）聚氨酯泡沬1810保温棉1810从以上两个表格中可以看出聚氨酯泡沬材料之称的保温层的温度

34、变化是要大于保温棉制成的保温层的，从而说明聚氨酯泡沫材料的保温性能更好。实验结果分析作为一种出色的保温材料，硬质聚氨酯泡沫塑料在冰箱隔热层中的应用几乎 占据着不可替代的地位，因此，冰箱制造业是聚氨酯泡沫的一个重要应用领域。 冰箱工业已渐渐成为中国家电制造业中首先在全球市场强势堀起的产品领域。因 此对于冰箱工业，研究聚氨酯硬泡材料的特性，进而科学、合理、正确使用聚氨 酯硬泡材料是提高冰箱质量、降低成本和保护环境，为全球消费者提供质量过关、 绿色节能环保、并且高水准的产品，引领着全球电冰箱产品的消费革命和发展趋 势所必不可少的。聚氨酯可以制成橡胶、塑料、涂料、粘合剂、纤维等多种材料，其中聚氨酯 泡

35、沐塑料是众多聚氨酯合成材料中的主要种类之一。硬质聚氨酯泡沫塑料（聚氨 酯硬泡）具有优异的力学性能、电学性能、保温性能、耐化学品性能和声学性能， 特别是具有卓越的绝热性能。它的主要特征是多孔性，密度低，比强度高，而且 其密度、企度、硬度等均可以随着原料配方的不同而改变，再加上其成型如工十 分方便，因此在建筑绝热材料、工业储罐、冰箱冰柜的隔热保温层、冷藏运输以 及仿木家具制造、输送管道绝热等诸多领域获得越来越广泛的应用（国家环保总 局2002） o在新能源领域，聚氨酯复合材料能够制成风机叶片，填补了环氧树 脂复合材料的不足。发展太阳能事业中聚氨酯材料同样也不可或缺，例如太阳能 光伏组件的背板和垫板

36、都使用了聚氨酯材料，太阳能电池板采用的新材料为热塑 性聚氨酯萍膜（北京今日兴远 2011）。五、结论本文采用FLUENT软件，根据聚氨酯泡沫化学反应的原料体系，建立聚氨酯 材料发泡过程中的数学模型，建立计算聚氨酯泡沫发泡过程化学反应程度的标量 方程，建立计算化学反应放热与物理发泡剂蒸发吸热的能量方程，并通过二次开 发程序实现材料参数的定艾以及控制方程源项参数的定狡。在二维矩形区域内放 入 的聚氨酯混合液，将泡沫的膨胀过程简化为非定常层流流动过程，并模拟聚 氨酯泡沬发泡的膨胀流动过程。化学反应与膨胀流动无关，温度变化主要由化学 反应放热和物理发泡剂蒸发吸热产生，因此也与膨胀流动无关。将化学反应程

37、度 与流动过程分开计算，化学及应在4550秒左右可以认为结束。当化学及应趋 于结束时，水组分转换率为0.,龛基组分的转换率为。聚氨酯混合液膨胀40s 后，其密度降至约30kg/m,混合液内最高温度上升至C,后期交联反应100s时 温度升高至C,化学反应高度放热。采用高度游标卡尺和光学精密平台搭配，将冰箱门三个顶点垫平，测量门体 立柱的变形量，得到两个门体的最大变形量分别为 和。测量门体内聚氨酯样 品的密度约为m,导热系数约为（mK）,比热容约为（kgK）。利用ABAQUS软 件分别对门体充型用的聚氨酯泡沬层和门体组件组合而成的门体结构进行脱模 冷却过程的温度场、热变形分析。聚氨酯泡沬层在冷却4

38、小时后内部的最高温 度为C,门体结构冷却4小时最高温度为C,两者结果几乎相同，可见门 体外壳构件对门体脱模冷却的温度场影响不大。整块的聚氨酯材料的脱模冷却热 变形趋势呈中间向门内侧凸起，而门体的变形呈现中间向门外侧凸起，与实际测 量的变形趋势相符，说明门体的外壳结构严重影响门体的变形。仿真结果与测量 结果的差异说明是仿真模型的简化，材料物性参数等方而的因素所致，其中门体 中作为装饰门而板的5mm厚的钢化玻璃板为主要影响因子。当聚氨酯泡沬不受 外壳限制时，其收缩变形十分明显。而考虑外壳之后，其收缩变形受到抑制。由 于门面板的5mm钢化玻璃有效抵制了附近的变形，而门内胆的白色HIPS板则 不能很好的抵制內侧的收缩趋势，因此变形呈中间收缩的趋势。参考文献1 陈鼎南.2007.聚氨酯浇注设备及制品成型工艺M.北京：化学工业出版 社.2 方禹声，朱吕民.2005.聚氨酯泡沫塑料M.北京：化学工业出版社.3 傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华.2005.物理化学（第五版 上）M.北京： 高等教育出版社（南京大学化学化工学院