在前面幾節中我們分享瞭保溫材料入門、分類以及保溫材料特性的相關知識，這樣對常見的保溫材料及保溫原理有瞭初步的瞭解，那麼從本章節開始我們開始分享具體的保溫材料的內容，由於保溫材料眾多，本次分享首先從有機保溫材料開始。

如下圖所示為常見的有機保溫材料的特性及對比：

常見的有機保溫材料

從圖中可以看出，有機保溫材料性能差別較大，但是大多都是模塑發泡，而且需要預先成型，導熱系數較高，阻燃性能較差，成本也有所差別。

本章節首先介紹聚氨酯的應用，聚氨酯保溫主要是聚氨酯硬質泡沫，其可以模塑發泡成型，也可以原位發泡成型，適應各種不同形狀結構的填充成型，因此被廣泛地的應用於各種保溫器具中，如冰箱、冷櫃、管道、冷藏集裝箱、冷庫以及冷藏車等。

聚氨酯硬質泡沫簡介：

聚氨酯硬質泡沫是由異氰酸酯、多元醇、各種助劑以及發泡劑經過化學反應+物理反應制備而成，常規的多元醇和各種助劑混合在一起形成所謂的幹白料，然後與發泡劑混合形成白料，與異氰酸酯（俗稱黑料）混合在一定的模具溫度下反應而得出。

e5c02358a9d1a5909b65275f41415713聚氨酯硬泡原料及特性

除瞭黑白料之外，發泡劑也是聚氨酯硬泡的最重要的原材料，其ODP及GWP數值一直使其更新迭代的重要原因：

如下圖為常見的發泡劑：

12c55d2592f09c516f9f62372eb6d523常見發泡劑的性能

聚氨酯發泡過程：

如下圖所示：聚氨酯的發泡過程包括物理過程和化學反應過程：

3ee87f07eee4903c38a5e1d1cb7b0d47聚氨酯的發泡過程

1)將黑料以及混好發泡劑的白料混合在一起，快速攪拌；

2)攪拌完成後，反應開始放熱將發泡劑汽化，形成乳白色的泡沫；

3)乳白色的泡沫開始上漲，泡沫粘度開始增大，泡沫生長速度加快；直至泡沫不在生長，泡沫表面出現凝膠；

4)泡沫停止生長，出現拉絲後，繼續熟化，直至不沾手，後續繼續放熱熟化冷卻得到聚氨酯硬質泡沫；

因此我們需要特別關註聚氨酯反應液的三個參數：

乳白時間（CT） ：從攪拌至發白為止的時間：此參數涉及到註料時間與待填充的空間需要的灌註量的關系。

凝膠時間（GT） ：從攪拌到開始抽出纖維絲為止的時間：此參數對於聚氨酯的流動填充非常重要。

不粘時間（TFT）：從攪拌至用手觸泡沫表面不粘的時間。：此參數涉及到聚氨酯的後固化時間（脫模效率等）

在聚氨酯發泡過程中，相關參數的變化如下所示：

發泡過程中參數性能的變化

發泡過程中，隨著化學反應加速進行，反應產生的熱量也會急劇產生，從而導致發泡體系的溫度持續上升，化學反應完成後，反應溫度維持一段時間後，開始緩慢下降，曾經測試過某些泡沫反應的心溫度和表皮溫度，差距較為明顯，表皮溫度一般較穩定。

反應壓力表現與反應溫度類似。

體系的粘度上升較快，初始時為粘度較低的反應液，隨著化學反應的進行，體系粘度逐漸升高，逐漸從純液體轉化為半固態、固態，因此最後粘度較大。

流動距離與粘度具有一定的關系，初始粘度較低時，隨著反應的進行，流動距離增加，伴隨著粘度的增長，流動距離的速度減緩，直至變成固體為止。

聚氨酯泡沫

通常聚氨酯硬質泡沫為閉孔的有機泡沫，其閉孔率達到90%以上，起泡孔直徑約在um級別，泡孔類似蜂巢狀結構，其孔中為發泡劑、空氣以及二氧化碳的混合氣體組成；

聚氨酯的泡沫結構電鏡圖

聚氨酯泡沫的導熱系數有固相、氣相以及熱輻射組成，按照發泡劑的不同，其導熱系數范圍較大，關於聚氨酯的導熱系數我們在下一章節中重點介紹。

聚氨酯泡沫具有良好的流動性，能夠快速填充各種復雜結構及形狀的制品，隨著聚氨酯的化學反應的進行，其粘度增加，流動性減弱，因此在設計結構時，需要聚氨酯在失去流動性之前填充滿制品。

聚氨酯泡沫除瞭具備良好的填充性、保溫性能之外，還具有良好的粘接性，比如與制品表面的粘接，避免瞭二次用膠的困擾，如冰箱上直接聚氨酯硬泡發泡粘接內膽和外殼，但是在有些粘接性能要求較高的制品，如冷藏集裝箱上其分層較為明顯，往往需要加入膠黏劑或者環氧底漆來進一步加強粘接性。

聚氨酯硬質泡沫除瞭上述的功能外，在很多場合還需要其具備一定的強度，比如壓縮強度、拉伸強度等、因此在實際使用中往往需要聚氨酯硬泡具備一定的壓力密度，不像自由泡密度那麼松垮，其壓縮強度均有一定的要求，比如在冰箱中，其箱體發泡為一體成型，聚氨酯在其中起著支撐和連接一體的作用，使冰箱箱體能夠具有一定的強度和支撐力，但是在有些場合，也不需要聚氨酯的強度，比如噴塗聚氨酯保溫用於建築保溫時，其直接噴塗在墻體表面自由發泡，其強度較低。因此，聚氨酯的泡沫的性能要求要根據使用場景的不同，分別設計其配方性能等。

在這一章節中，我們簡要介紹聚氨酯硬泡的一些特性，針對其導熱系數組成以及改進方式等、在不同領域中的領用（比如傢電、建築、管道、冷藏集裝箱等等）以及聚氨酯制品整體熱工性能的評估等，我們在後續的章節中持續進行介紹。