【关键词】 直埋式热力管道 聚氨酯 泡沫 保温
金陵拜耳聚氨酯有限公司 张 鹏
1 背 景
用聚氨酯保温的管道已经成功地在世界上应用了三十多年，硬质聚氨酯泡沫具有优秀的隔热效果，同时具有优秀的机械性能、高的抗热性能和低的吸水性，因而非常适用于管道保温，特别是直埋式热力管道。用聚氨酯保温的管道有很多种，如热力管道、石油输送管道、化工管道，各种不同的管道有不同的要求，本文所讨论的是直埋式热力管道。由于直埋式热力管道直接埋入地下，受多种因素影响、传输介质温度较高、要求服务时间长等，所以对保温用的聚氨酯泡沫有着严格的要求。
随着能源节约意识的提高，城市集中供热、热电联体必然会得到更快的发展，因而聚氨酯保温直埋式热力管道在中国会得到更好的发展。但由于目前生产厂家较多，技术工艺水平上存在很大的差异，特别是对聚氨酯发泡的技术认识水平比较低，因而生产中对泡沫质量的控制和判断上存在一些误区。
2 相关标准
欧洲在1994年颁布了EN253:1994，并在2003年修改并颁布了新版的EN253:2003“District heating pipes-Preinsulated bonded pipe systems for directly buried hot water networks-Pipe assembly of steel service pipe, polyurethane thermal insulation and outer casing of polyethylene”。中国建设部在2000年非等效采用EN253:1994标准，根据中国的具体情况制订并颁布了CJ/T114《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》。在这些标准中，都对聚氨酯泡沫及保温层性能进行了严格的规定。表1是各标准中有关聚氨酯泡沫及保温层性能的要求。
标准中对聚氨酯泡沫及保温层性能的要求，是综合考虑了区域热力管道的特点、使用状况并结合一定试验数据等制定的，保证达到此指标的聚氨酯泡沫能长期稳定地在热力管道上使用。
所以对热力管道用聚氨酯泡沫的性能是一个综合的全面的要求，不能偏面只追求一个指标，因为可能大大提高了一个物理性能指标，却影响了使用寿命等其他长期性能，造成得不偿失的结果。
3 质量认识误区
由于目前生产聚氨酯保温直埋式管道的厂家很多，各厂家的生产工艺和设备条件也不尽相同，质量控制和认识水平也不尽相同，大部分的生产厂家对聚氨酯泡沫及保温层也没有相应的检查仪器。因此在生产过程中，对泡沫及保温层的质量存在一些误区。以下是对热力管道聚氨酯泡沫及保温层质量认识的一些误区及我们的一些建议：
以管道端头泡沫的表面质量来判断泡沫质量的优劣
端头泡沫的表面质量只能算一个外观质量，不能代表也不能说明整体泡沫的质量。这一外观质量受很多因素的影响，如堵头的温度、发泡前堵头上涂的脱模剂类型等。如果堵头温度太低，则端头泡沫的表面会出现泡沫发脆或结皮较厚这两种情况。对于全水发泡的体系来说，出现泡沫粉化发脆的情况比较多，但有些聚氨酯原料，会在遇到较低温度的堵头时，结一层较厚的表皮，让泡沫外观感觉较好，硬度较大。但其实并不能反应其内部泡沫的质量，有的时候，结皮较厚的泡沫其与钢管或管皮的粘结性是比较差的，当然很难保证其长期的使用寿命。脱模剂的类型也会影响端头泡沫的表面质量，由于很多专用的硬泡脱模剂的价格都比较高，在中国的很多保温管厂都使用黄油、凡士林做脱模剂，而这些物质与聚氨酯泡沫接触后，会破坏泡沫的泡孔结构，对端头泡沫的质量是一个致命的伤害，不但影响表面质量，同时可能导致端头泡沫的收缩变形等。
对于脱模剂，我们建议使用专业脱模剂、液体或固体石蜡等不破坏泡沫性能的脱模剂。
靠手按压管道端头泡沫来判断强度，并以此来判断泡沫优劣
这一观点存在二个误区：一是用手按压的感觉判断强度，二是以强度来判断泡沫优劣。
我们首先分析“用手按压的感觉判断强度”为何不正确。
（1）手按压端头泡沫感觉的是泡沫的“轴向强度”，不是标准中要求的"径向强度"。
（2）端头泡沫与堵头接触，不同的聚氨酯体系在发泡时与堵头及脱模剂接触后产生的结皮也不同，所以在用手按压时感觉到的强度并不一定是实际内部泡沫的强度，而是结皮的硬度。
（3）泡沫强度是指在泡沫形变10%过程中测得的最大压缩应力，EN253和CJ/T 114中对测试方法有严格的规定。用手按压感觉硬的泡沫，可能泡沫在压缩形变10%过程中的最大压缩应力却小于手按压感觉软的泡沫。
我们再分析“以强度判断泡沫优劣”为何不正确。
（1）我们前面已经谈到过，管道保温中要求聚氨酯有优秀的综合性能，而不仅仅只是一个强度，因此“以强度判断泡沫优劣”是偏面的、不正确的。只要工艺参数正确，密度达到60kg/m3以上，EN253和CJ/T 114中要求压缩强度达到0.3MPa以上的要求是很容易达到的。
（2）泡沫的强度只是代表了泡沫的机械性能，强度高的泡沫，并不能保证其他性能一定优秀。有的时候可能恰恰相反，强度越高，则泡沫刚性越强，可能会影响长期的使用寿命等性能。特别值得一提的是，对于聚氨酯原料供应商来说，在开发配方时要单纯提高泡沫的压缩强度，是一件很容易的事，同时也可能马上得到测试结果，但对于管道泡沫所要求的其他性能，如使用寿命、蠕变性能、剪切强度等，需要大量的长时间的试验测试才能得到结论。
泡沫越细，吸水率越低
如果是同一种聚氨酯原料且加工工艺相同，则这样的判断是正确的。因为对同一种原料，泡沫越细表明异氰酸酯与多元醇在发泡过程中混合越均匀，泡沫的闭孔率会提高，同时泡孔的直径也会变小，所以吸水率会降低。
如果是两种不同的原料，则这样的判断就是不恰当的。因为对于不同的原料，即使混合效果相同，泡沫的闭孔率也会有所不同，泡沫细腻与否，并不能代表闭孔率的大小，也就不能代表泡沫吸水率的好坏。
把泡沫放在高温烘箱(120℃或以上)里，测其尺寸稳定性来判断其长期寿命
在区域热力管道的标准EN253及CJ/T 114标准中，要求管道的保温层的长期使用寿命最低达到120℃，30年。如何理解这一要求呢？其实在标准中它是对保温管道整体的要求，这里的120℃是保温管内传输的介质的温度，要求保温层能在此条件下至少连续工作30年。
在这一条件下，保温层的聚氨酯泡沫实际上是单面与高温的内管接触，由于聚氨酯优秀的保温性能，保温层的外表面及切面上的温度还是在较低的温度，同时由于聚氨酯泡沫保温层由外护管保护，隔绝了与空气和水分的接触，避免了氧化或水分的侵蚀。所以泡沫的各项性能并不会受太大的影响。而如果把泡沫切成长方体放在高温烘箱里，则泡沫的六个面都会受到高温和空气的影响，这与泡沫在管道使用时的情况完全不相同，在这样的条件下，聚氨酯泡沫肯定会变形或因氧化导致泡沫结构破坏。
EN253及CJ/T114标准中，对长期使用寿命（泡沫的耐热性能）的测试不是也不包括将泡沫放在高温烘箱里，测其尺寸变化率的方法。因而这一观点也是错误的。
4 总 结
硬质聚氨酯泡沫做为优秀的保温材料，已经成功地应用在很多领域，如家电(冰箱)、冷藏集装箱、保温管道、建筑等。在不同的领域中，对聚氨酯泡沫的要求各不相同，即使在同一个领域，也会因产品的应用不同，而对聚氨酯泡沫的要求有所差异。
聚氨酯保温直埋式热力管道作为一个特殊的行业，它对聚氨酯泡沫保温层有自己特殊的要求，所以这些要求都包括在欧洲标准EN253:2003或CJ/T 114-2000中。因而对聚氨酯泡沫质量的测试和判断就有了依据。只有依据这两个标准才能正确评价聚氨酯泡沫的优劣，那些依据外观、手感等判断优劣的方法都是偏面的、不准确。
