在提高聚氨酯硬泡的絕熱性能方面,更換導熱系數更高的發泡劑是一種方法,但在復雜的發泡反應中,只有這些還遠遠不夠,還需要設備、工藝與之相配合才能達到預期的效果。
混合發泡是主流
放眼中國冰箱市場,多元混合發泡已經成為的主流技術,其中,又以“HFC-245fa+環戊烷+聚醚三元”混合發泡技術為主流。據業內人士分析,環戊烷價格低,但是絕熱性能不夠好,HFC-245fa絕熱性能優異,但是不夠環保,而且價格偏高。如果將環戊烷和HFC-245fa以一定的比例混合,不但能提高整個發泡體系的絕熱性能,而且成本更低,對冰箱企業而言,是一舉兩得的好事。因此,自該技術問世以來,受到了越來越多企業的追捧。
隨著HFC-245fa被列入歐洲等禁止使用產品的目錄,更加環保的第四代發泡劑開始取代它的地位。由于價格高,第四代發泡劑也以混合發泡的方式存在,即“第四代發泡劑+環戊烷+聚醚”的三元混合發泡體系。據霍尼韋爾相關負責人介紹,現在已經逐步有企業用LBA代替HFC-245fa,還有一些嘗試使用。
發泡反應涉及多種原料,包括白料、黑料等,為了均勻發泡,需要高壓發泡機預混,然后經槍頭高壓混合。與單元發泡相比,多元混合發泡因增加了其他發泡劑,預混裝置也需做出調整。
潤英聚合是早參與混合發泡技術開發的公司,公司在混合發泡技術方面已經相當成熟。據新加坡潤英聚合有限公司中國區域銷售經理張豫夫介紹,不同發泡劑的物理和化學性質不同、所占比例不同,需要對發泡設備進行特別設計。例如3組份預混HFC-245fa沸點低,環戊烷沸點高,二者之間本身是矛盾的,這需要預混設備將二者有機結合起來。要保證和控制粗聚醚,HFC-245fa和環戊烷的流量穩定性,就要對設備系統配置進行特別的設計。此外,潤英的發泡設備的預混裝置可以幫助企業實現四元混合發泡,甚至五元混合發泡,例如,HFC-245fa+HFC-365mfc+HFC-134a1227ea+LBA+聚醚。值得一提的是,目前,該五元混合發泡技術已經在新加坡注冊,在中國和美國也已經通過審核。
作為中國冰箱市場發泡設備大的供應商——康隆,在中國冰箱市場占有80%的市場份額,在亞太市場的占比也在50%左右,可以提供各種多元混合發泡設備都。然而,康隆公司上海代表處首席代表兼業務經理周正平認為,并不是混合的發泡劑種類越多,聚氨酯硬泡的絕熱性能就越好,經過試驗驗證和市場測驗,目前來看“HFC-245fa+環戊烷+聚醚”三元混合發泡技術為經濟、適用。
微孔發泡“新”起
伴隨冰箱新能效標準于2016年10月1日正式開始實施,這意味著冰箱廠必須進一步優化提升其保溫材料的絕熱性能。
科思創認為,冰箱保溫材料中應用多的是環戊烷聚氨酯發泡體系,在設計合理的冰箱上使用微孔發泡技術,環戊烷聚氨酯泡沫的絕熱性能將在目前傳統技術的水平上提升5%。據悉,科思創于2013年在德國總部開始研發微孔發泡技術,希望通過減小泡沫孔徑,降低保溫系數。
2014年開始,科思創開始與多個歐洲家電主流品牌合作共同開發這項技術。通過試驗與生產,成功驗證了微孔發泡擁有更快的生產效率、更低的熱傳導系數,而且在同等或更優的性能前提下,能夠實現更低的填充密度,進一步優化注料量。對于家電企業來說,切換微孔發泡技術不需要任何額外設備投資,不需要調整生產線,不增加成本。
在中國,微孔發泡技術同樣得到了認可。據科思創相關負責人介紹,2016年,微孔發泡技術在海爾冰箱上已經投產。此外,還有很多家電品牌都有意與科思創共同開發應用該技術。他舉例說:“對年產量為50萬臺的中型冰箱生產線,每年能節約上百萬元。對冰箱生產企業而言,可謂‘魚和熊掌'兼得。”
真空、減壓發泡推進受阻
事實上,不管是混合發泡技術,還是微孔發泡技術,著力點都在提高聚氨酯硬泡的絕熱性能上。與這些技術相比,真空發泡技術和減壓發泡技術則不僅可以提高絕熱性能,生產效率也大幅提高。
真空發泡技術由意大利康隆公司和陶氏化學聯合開發的,可將冰箱能效水平提高5%~10%,具有脫膜快、泡沫細膩等優點,而且可節約3%的原料,生產效率可以提高50%~60%。周正平告訴《電器》記者,目前,世界上已經有5條真空發泡生產線,分別為海爾青島、海爾重慶、海爾俄羅斯、海爾泰國和合肥美菱。在海爾青島,一條真空發泡生產線每天可生產2500臺冰箱,可使保溫層的泡沫更均勻,還可實現快速塑化,生產效率明顯提高。
由于真空發泡技術對設備精度和模具要求很高,使用成本很高,一些中型和小型企業無法接受,因此很難大范圍推廣開來。
周正平說:“今年,我們和陶氏聯合在海爾、海信等冰箱廠舉辦了研討會,介紹我們的真空發泡工藝,并進行探討,希望對工藝進行改進,降低成本,讓更多的企業選用這一工藝。今后,我們還會繼續舉辦這樣的研討會。”
減壓發泡技術與真空發泡技術的原理有些相似,都是通過降低壓強增加聚氨酯泡沫的流動性,以達到發泡更均勻的目的。紅寶麗研究院副院長邢益輝告訴《電器》記者,減壓發泡技術對用戶有非常嚴格的要求,需要對使用者進行全方位的培訓,包括設備培訓、操作培訓等,因此只有規模很大的企業才會投入使用。目前,海爾有一條減壓發泡生產線,美菱也有一條減壓發泡生產線,但是一直沒有投入使用。目前,對于這一技術,紅寶麗已經不作為重點推廣項目,等待技術有進一步的突破之后繼續推廣。
潤英開發了一種加氣裝置,通過在白料里加入惰性氣體將原料粘度降低,提高原料的流動性。張豫夫介紹說:“該裝置有多個優點,例如,精確計量加入的惰性氣體;提高原料流動性;提高混合效果,使泡沫更加細膩、均勻;提高整體產品密度均勻度;節約原料成本。值得關注的是,該技術在汽車行業已經開始應用,現在計劃在全水發泡體系進行試驗。