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聚氨酯硬泡作为保温性能较高、成本较低，成为性价比非常合适的保温材料，被广泛地应用于冰箱、冷库、冷柜、热水器等领域中。

由于聚氨酯硬泡最重要的功能就是提供保温，那么聚氨酯的保温性能对待保温的器具的热负荷起到至关重要的作用。

根据热力学第二定律，热量是从温度高的地方传递到温度低的地方，如下所示为热量传递的方式：

热量传递的示意图

热量首先从温度高的区域通过层流与传热避免进行热对流换热，然后热量通过热传导传过传热壁面，传热壁面将热量传递到冷热体的避免，最后热量通过层流的方式与冷流体进行换热，从而完成传递过程。

根据热力学的公式：

其中Q为热负荷，K为传热系数，A为传热面积，△T为内外温差

从公式中可以看出，传热系数为保温材料和内外对流换热系数的热阻的除数。其中A和△T难以改变，为了降低Q，只能改善传热系数K。

笔者曾经计算过冷藏箱（内部温度为4℃，外部温度为25℃）下，对流换热系数和泡沫的导热系数的热阻占比：

可以看到，泡沫的保温性能对整体的热负荷影响达到95%，其中保温的导热系数和厚度是量大影响因素。

那么我们考虑的是如果在保温厚度l不变情况，如何提升泡沫的导热系数？在这里说的不仅仅是通过泡沫的导热系数，而是泡沫的综合导热系数？为什么这么说呢？

笔者曾经做过试验和理论测试，对于一个冷藏箱来说，按照热流计法测出来聚氨酯硬泡的泡沫导热系数λ，然后通过反向漏热法测出来Q，在通过上述公式反推出泡沫的综合导热系数K，大概泡沫的综合导热系数K会比聚氨酯泡沫的导热系数λ高30%以上。

热流计法测试导热系数

那为什么会出现如此情况呢？那就要从聚氨酯泡沫发泡过程来看了。

聚氨酯泡沫发泡过程

在聚氨酯硬泡发泡过程中，聚氨酯自身发泡反应放热是其发泡的内生动力，推动聚氨酯的快速流动和填充，但是发泡壁面的粘滞力、排气速度、流动距离以及填充厚度都会对泡沫的流动产生较大的影响。最终影响出来的泡沫表现为：

1.气泡和结皮、密度分布

在形成的聚氨酯硬泡泡沫中，在泡沫表面容易形成结皮（密度非常高的泡沫，导热系数较高）和气泡，这些都会减薄保温层的厚度，起不到应有的保温效果，属于发泡比较大的缺陷。

气泡和结皮对保温层的影响

另外密度差或者说密度分布对泡沫的保温影响也较大，如下图所示：可以看到密度的不同，泡沫自身的导热系数也会差别较大，而在实际的待发泡的产品中，难以避免会有结构变化的地方会导致泡沫密度分散较大。

密度与导热系数的关系

2.泡孔的各项异性

在聚氨酯的发泡填充过程中，泡沫的生长方向对泡沫的导热系数影响较大，因泡沫的泡孔很容易被拉伸，一般形成的是椭圆形，其水平和垂直的导热系数差别较大，因此在设计注料时要保证传热面和聚氨酯泡沫生产方向属于垂直的，此时导热系数最低。

泡沫生长方向与导热系数关系

从以上分析可以得出，之所以泡沫的综合导热系数K会比聚氨酯泡沫的导热系数λ高30%，主要是由于泡沫存在的结皮、气泡、密度分布以及泡沫的生长方向对最终的泡沫保温影响导致的。

那么如何进行改善这些’缺陷’，提升性能呢？

当然除了从配方上进行调整，这里着重介绍从工艺以及结构设计中改善这些。

1. 对于结皮改善：良好的结皮有利于泡沫与被发泡物体表面的粘接，但是过厚的结皮反而粘接性差、保温性能不好，笔者曾经做过不同的材质壁面对发泡的影响，壁面的材质和表面对结皮影响较大；除此之外，模温和待发泡物体的温度对结皮影响也较大，因此在日常生产中应严格关注此温度。

2. 对于气泡改善：首先是改善配方的流动和填充速度，气泡大多是因为聚氨酯的启发和流动速度快于待发泡物体的排气速度，导致裹气或者聚氨酯泡沫的启发过快，造成裹气等引起，除了改善配方以外，待发泡物体的排气设置，末尾填充位置的设置或者辅助排气设置对结果影响都非常大。

3. 填充方向：一般根据被发泡物体的传热方向，设置合适和合理的聚氨酯注料孔和方式，尽量保温在聚氨酯的流动方向与传热方向垂直，此时导热系数才最优。

当然除了以上方式以外，因为被发泡物体结构的复杂性，泡沫流道厚度的多变、泡沫填充的先后顺序带来的流动性、粘度、填充性的变化，辅助注料、辅助排气都是非常好的技术方案。

具体产品还需要具体分析，好的发泡流动方案应该是泡沫自由舒展以最好的状态填充被发泡的物体，从而展现出最佳的保温性能。