一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料及其制备方法，该深冷绝热材料由增强纤维、填料与聚氨酯硬泡发泡料反应而成，按重量份数计：增强纤维50～60份、填料0.1～20份、聚氨酯硬泡发泡料20～49.9份。所述深冷绝热材料制备方法：将增强纤维与填料按比例配制成混合物，向混合物中加入聚氨酯硬泡发泡料，充分混合后浇注，经固化成型，得到深冷绝热材料。所述深冷绝热材料整体密度80～200kg/m3，平均温度‑170℃下导热系数≤22.0mW/(m·K)，在‑170℃下压缩强度≥1.5MPa，拉伸强度≥0.6MPa，燃烧性能等级不低于GB8624‑2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中的B1级。

Cryogenic insulation material for cryogenic storage and transportation and application equipment and preparation method thereof

The invention discloses a cryogenic insulating material and a preparation method for cryogenic storage, transportation and application equipment. The cryogenic insulating material is made of reinforcing fibers, fillers and polyurethane rigid foam. The weight fraction of the cryogenic insulating material is 50-60 phr of reinforcing fibers, 0.1-20 phr of fillers and 20-49.9 phr of polyurethane rigid foam. The preparation method of the cryogenic insulation material is that the reinforcing fiber and the filler are proportionally blended into a mixture, the polyurethane rigid foaming material is added into the mixture, and the mixture is fully mixed and poured, and the cryogenic insulation material is obtained by curing and molding. The overall density of the cryogenic insulation material is 80-200 kg/m3, the thermal conductivity is less than 22.0 mW/(m.K) at an average temperature of, the compressive strength is more than 1.5 MPa at 170, the tensile strength is more than 0.6 MPa, and the combustion performance grade

【技术实现步骤摘要】
一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料及其制备方法
本专利技术属于聚氨酯复合材料领域，具体涉及一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料及其制备方法。
技术介绍
政策的扶持、技术的成熟和市场的快速增长，使得以液化天然气(LNG)为主的低温储运及应用设备持续快速发展。随着能源紧缺的日益加剧和环保要求的日益提高，国家开始大力实施节能减排政策。LNG替代柴油等传统燃料的技术成熟度较高，节能环保效果显著，具有较高的经济性和广阔的市场发展空间。由于天然气产地远离能源消耗区，往往不能得到有效利用，因此，天然气的运输、储存显得尤为重要。目前，几何容积在500m3以上的LNG储运设备一般采用普通堆积绝热技术制作，500m3以下的低温储运设备一般采用真空绝热技术设计和制造。在绝热方式上，LNG运输船、管道一般采用普通堆积绝热技术制作。普通堆积绝热是在低温容器外表面裹上绝热的材料，常用的堆积绝热材料有固体泡沫型、粉末型及纤维型等，例如聚氨酯、酚醛、聚酰亚胺等泡沫塑料及粒装的膨胀珍珠岩、二氧化硅气凝胶等。热导率最小的硬质聚氨酯泡沫塑料是深冷绝热最好的材料，然而对于低温储运及应用设备，绝热材料还需要提供足够的机械强度来保证一定的稳定性，通常使用的硬质聚氨酯泡沫具有相当高的密度，或者包含增强材料。此外聚氨酯是易燃材料，用在氧气冷凝或发生泄漏的地方是危险的，因此一般需要通过增强改性来满足使用要求。专利EP1698649公开了一种用于液化天然气运输船的绝热聚氨酯泡沫的制备，采用水作为发泡剂，材料的热导率较高，并且在一定的纤维时间下反应混合物的发泡速度快，使得玻璃纤维毡很难均匀分布。专利CN101578312B公开一种用于液化天然气罐绝热的水发泡硬质泡沫，包含增强玻璃纤维毡，泡沫必须非常缓慢和均匀地发泡以进一步促进玻璃纤维毡在硬质聚氨酯泡沫中均匀分布。生产效率低，工艺实现难度大。专利201610089464.3公开了一种高阻燃型玻纤增强硬质聚氨酯超低温保温材料，采用6～8层连续玻纤毡，连续玻纤毡的表面含有0.5～1.5％的偶联剂，玻璃纤维的表观密度为400～450g/m2。玻璃纤维毡很难均匀分布，难以工业化生产。而专利CN101235128A、CN101191010A公开的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，以及专利CN101781395A公开的短玻纤粉末增强的聚氨酯保温材料不用于超低温环境下的保冷。因此，当前需要研究开发一种机械强度高、低导热、阻燃的深冷绝热材料，满足低温储运及应用设备的应用要求。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种机械强度高、低导热、阻燃的低温储运及应用设备用深冷绝热材料及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案如下：一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料，是由增强纤维、填料与聚氨酯硬泡发泡料反应而成，包括以下重量份数的原料：增强纤维50～60份、填料0.1～20份、聚氨酯硬泡发泡料20～49.9份；所述增强纤维为长度为5～10mm的纤维短切丝；所述填料为粒径为80～3000目的无机粒子；所述聚氨酯硬泡发泡料包括重量比为100:(120～180)的组分A和组分B；所述组分A包括多元醇100份、催化剂1.5～5.0份、发泡剂2～30份、水1.5～3.0份、阻燃剂10～30份和泡沫稳定剂0.5～4.0份；所述组分B为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。利用长度为5～10mm的短切纤维在基体内的无规则流动形成无定向分布，优化材料内的孔隙结构和数量，从而提高材料的强度，保证低温下的稳定性。无机填料的加入可以使材料的强度进一步提高。若纤维和无机填料过多添加会降低材料内聚力，易出现粉碎、开裂等问题，在上述限定的范围之内，纤维主要起承载作用，由于取向不同形成网状结构束缚聚氨酯硬泡基体，而填料无机粒子可以起到润滑的作用，另外相对无机粒子，纤维较为粗长，在其填充不到的区域，粒子可以填充，形成尺寸互补、功能互补，达到较好的协同效果，在所得材料达到高强度的同时，还可以提高材料的阻燃性能。增强纤维的品种对材料的机械强度影响很大，上述深冷绝热材料中的增强纤维优选为玻璃纤维或碳纤维中的一种。玻璃纤维和碳纤维强度大，使用玻璃纤维或碳纤维作为增强纤维，可以同时提高材料的压缩强度和拉伸强度，保证材料具有更好的机械稳定性。为了降低无机粒子对聚氨酯液体原料的吸附作用，实现无机粒子的均匀分散，从而发挥增强作用，所述无机粒子的粒径为80～3000目。当无机粒子的粒径较大，低于80目时，在基体内不能与纤维同时均匀分散，容易产生缺陷，从而降低绝热材料的物理机械性能。而如果粒径高于3000目，颗粒间作用太强，无机粒子容易团聚，不利于材料强度的进一步提高。本专利技术中，对聚氨酯硬泡发泡料几乎不吸附的无机粒子，选择粒径较小的材料；而对聚氨酯硬泡发泡料吸附多的无机粒子，选择粒径适当大一些的材料。优选地，所述无机粒子选自二氧化钛、二氧化硅、三氧化二锑、可膨胀石墨、红磷、硼砂、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙、碳化硅、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、膨胀珍珠岩、玻化微珠、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠中的任意一种或二种以上以任意比例组成的混合物。具体实例为：二氧化硅如石英砂、硅砂、硅粉、硅微粉；碳化硅如莫桑石、金刚砂；硫酸盐如重晶石粉、石膏粉、废石膏粉、明矾石粉；碳酸盐如石灰粉、灰钙粉、贝壳粉、大理石粉、方解石粉、白云石粉、白垩粉；硅酸盐如透辉石粉、透闪石粉、硅灰石粉、角闪石粉、滑石粉、云母粉、长石粉、霞石粉、沸石粉、蛭石粉、方柱石粉、凹凸棒土、海泡石粉、伊利石粉、累托石粉、蛇纹石粉、玄武石粉、安石粉、花岗石粉、麦饭石粉、松脂岩粉、浮石粉、凝灰岩粉、火山灰、火山渣、高岭土、蒙脱土、膨润土、伊来石、皂石粉、埃洛石粉、莫来石粉；磷酸盐如磷酸铵、磷酸氢铵、聚磷酸铵。优选地，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇中的任意一种或二种以上以任意比例组成的混合物，其中，聚醚多元醇是由起始剂和氧化烯烃反应制备而成的，氧化烯烃选自氧化丙烯和/或氧化乙烯；聚酯多元醇选自脂肪族聚酯多元醇和/或芳香族聚酯多元醇。所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的异氰酸酯基NCO的质量分数为30～32％，如巴斯夫公司的M20S、M50，万华化学的PM-200、PM-400，锦湖三井的M200等型号的多苯基多亚甲基多异氰酸酯。优选地，所述发泡剂为HCFC-141b、HFC-245fa、HFC-365mfc、戊烷、水或二氧化碳中的一种或几种。优选地，所述阻燃剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸二苯基异辛酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯、甲基膦酸二甲酯、三羟甲基氧化膦、三聚氰胺中的至少一种。催化剂使用由现有技术已知的催化剂，例如三乙醇胺、二甲基环己胺、三亚乙基二胺、三乙烯二胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、1,3,5-三(二甲氨基丙基)对称六氢三嗪、羧酸盐、季铵盐、二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡或异辛酸钾-二丙二醇等溶液中的任意一种或两种以上的混合物。所述泡沫稳定剂是本领域中所用的有机硅泡沫稳定剂，可使用AK8805、AK8811、AK8830、B8460、B8481、B8486、NiaxL-5440等。本领域技术人员还可根据需要添本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料，其特征在于，是由增强纤维、填料与聚氨酯硬泡发泡料反应而成，包括以下重量份数的原料：增强纤维50～60份、填料0.1～20份、聚氨酯硬泡发泡料20～49.9份；所述增强纤维为长度为5～10mm的纤维短切丝；所述填料为粒径为80～3000目的无机粒子；所述聚氨酯硬泡发泡料包括重量比为100:(120～180)的组分A和组分B；所述组分A包括多元醇100份、催化剂1.5～5.0份、发泡剂2～30份、水1.5～3.0份、阻燃剂10～30份和泡沫稳定剂0.5～4.0份；所述组分B为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。

【技术特征摘要】
1.一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料，其特征在于，是由增强纤维、填料与聚氨酯硬泡发泡料反应而成，包括以下重量份数的原料：增强纤维50～60份、填料0.1～20份、聚氨酯硬泡发泡料20～49.9份；所述增强纤维为长度为5～10mm的纤维短切丝；所述填料为粒径为80～3000目的无机粒子；所述聚氨酯硬泡发泡料包括重量比为100:(120～180)的组分A和组分B；所述组分A包括多元醇100份、催化剂1.5～5.0份、发泡剂2～30份、水1.5～3.0份、阻燃剂10～30份和泡沫稳定剂0.5～4.0份；所述组分B为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的低温储运及应用设备用深冷绝热材料，其特征在于：所述增强纤维为玻璃纤维或碳纤维中的一种。3.根据权利要求1所述的低温储运及应用设备用深冷绝热材料，其特征在于：所述无机粒子为二氧化钛、二氧化硅、三氧化二锑、可膨胀石墨、红磷、硼砂、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙、碳化硅、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、膨胀珍珠岩、玻化微珠、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠中的任意一种或二种以上以任意比例组成的混合物。4.根据权利要求1所述的低温储运及应用设备用深冷绝热材料，其特征在于：所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇中的任意一种或二种以上以任意比...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海顺，韦华，傅振华，祝丽娟，诸爱东，邢小刚，黄建华，
申请(专利权)人：南京红宝丽新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32