全水发泡聚氨酯泡沫塑料在电饭煲中的应用

2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集338全水发泡聚氨酯泡沫塑料在电饭煲中的应用刘颖熊卫红关志强(广东科龙电器股份有限公司顺德528303)摘要：将全水发泡聚氨酯泡沫塑料用于节能电饭煲的保温层。介绍了聚氨酯泡沫塑料的耐热性等性能，以及节能电饭煲的节能实验数据。这种电饭煲具有良好的节能效果。关键词：聚氨酯；全水发泡；电饭煲；节能电饭煲是一种普通家用厨房电器，在城镇居民家庭的普及率和使用频率很高。虽然电饭煲的功率一般为500～800W，耗电量不是很大，但由于其使用频繁，其耗电量也可观。因此，要求家用电器生产厂生产出节能电器产品。研究电饭煲在煮饭、保温过程中的节能降耗技术无疑具有巨大的社会效益和经济效益。硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热性能优异的保温材料。电饭煲的节能技术实际上就是提高电热能的利用率、降低保温时的耗电量。从此意义上讲，电饭煲的节能与电冰箱（蓄冷）、电热水器（蓄热）等的节能存在相似之处。因此，将电冰箱保温用的聚氨酯泡沫塑料做电饭煲保温层应该是完全可行的。科龙电器股份有限公司在聚氨酯发泡方面拥有成熟的技术。由于电饭煲通常是在高温下工作，因此要求泡沫在高温下不能释放出对人体有害的物质，并且不能出现易燃易爆等情况。现在聚氨酯发泡应用中比较安全的HCFC-141b发泡体系却存在较大气味，不能为人接受，所以，综合考虑，本试验倾向于采用全水发泡体系[1]。水发泡聚氨酯硬泡体系的臭氧消耗潜值(ODP)为零，发泡材料的环保及安全卫生性符合要求。最终决定采用消毒柜用全水发泡聚氨酯泡沫塑料作为电饭煲的保温层，希望通过此项技术的应用能够使电饭煲达到节能的目的。1实验1.1原料组合聚醚（A组分），牌号为RW8254HF，顺德容威聚氨酯保温材料厂；粗MDI（B组分），牌号44V20L，德国Bayer公司。1.2试验工艺参数本试验所采用的发泡体系为在容威聚氨酯保温材料厂原有的全水发泡体系基础上，与容威聚氨酯保温材料厂共同研究开发出来的，所作的试验均在本公司产品CFXB40-J56(220V/700W)型电饭煲上进行。原料配比（质量比）：A∶B＝1∶2A、B两组分温度：23～27℃混合：搅拌2500r/min；搅拌时间10～12s(可根据气温适当调整)。工件预热：电饭煲工件预热55～70℃（可根据环境温度适当调整）。熟化：发泡后的电饭煲要求在60～70℃环境中熟化10min，若发泡良好可无需熟化。2试验结果分析2.2.1泡沫物理性能电饭煲用全水发泡聚氨酯泡沫塑料在200℃考验5h的物理性能变化测试见表1。泡沫的密度为28～32kg/m3，压缩强度为0.148MPa(企标≥0.12MPa)。由表1数据可知，该全水发泡系统泡沫完全满足科龙电器股份有限公司的《电饭煲用聚醚组合料及产品发泡成型技术》企业标准。2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集339表1全水发泡聚氨酯泡沫的物理性能变化企业标准实测值泡沫密度（kg/m3）30±230.2压缩强度(垂直)/MPa≥0.1200.148压缩强度变化率/%≤5－1.3失重率/%≤64.6线性尺寸变化率/%长≤20宽≤2－0.46高≤2－0.41注：压缩强度变化率、失重率及线性尺寸变化率的试验条件是200℃5h。2.2耐温性能2.2.1耐高温性能为确保在高温下材料不受影响，本试验测试了电饭煲内锅灶在工作状态下不同部位的温度分布及泡沫耐热温度上限。测试部位见图1。图1电饭煲在工作状态下温度测试示意图在煲水状态下，A点(取发热盘上任意一点)温度为108℃，B点(取内锅灶上任意一点)为86℃,煲饭状态下A点温度为141℃，电饭煲内锅灶上的过热保护器最高设定温度为165℃，而本系统是在消毒柜用全水发泡聚氨酯的基础上进行改进工作开发的，泡沫的耐热温度上限为200℃、5h，因此，本系统完全满足安全要求。高温老化试验是检测电饭煲耐热性能重要指标之一。全水发泡聚氨酯材料在高温下5h后的导热系数见表2。表2全水发泡聚氨酯泡沫的导热系数变化试验条件常温180℃200℃导热系数/mW•(m•K)-133.8333.5933.45导热系数变化率/%－－0.7－1.1表2数据说明，聚氨酯全水发泡体系的泡沫经高温老化后，导热系数变化很小。同时将电饭煲经过180℃、5h的敞开式老化试验，聚氨酯泡沫材料变黄，但未变形、未脱层，而塑料件（中环）则严重熔融变形。由此可见，所采用的聚氨酯泡沫塑料耐高温老化性能良好，优于其它塑料件。2.2.2低温可靠性试验将聚氨酯泡沫保温材料的电饭煲放入－20℃的条件下冷冻3天后，在室温下恢复30min，发现电饭煲的聚氨酯泡沫材料保温层表面基本上没有明显变化，也未见泡沫与金属件之间发生脱离现象。可见，2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集340聚氨酯全水发泡体系泡沫在低温下未有明显收缩，与电饭煲的金属件的粘接性也较好。2.3产品安全性测试断开电饭煲熔断器电路，让电饭煲连续通电，发现在通电后8min时聚氨酯泡沫与内锅罩接触面温度升到185℃，电饭煲塑料件及泡沫外形无变化；9min时，泡沫与内锅罩接触面温度达200℃，此时，电饭煲塑料件衬盖变形，中环融化，泡沫外形则无变化；到13min时，聚氨酯泡沫与内锅罩接触面温度已达240℃，则只有与内锅罩接触处发生炭化现象，但未燃烧。由此试验结果说明，聚氨酯泡沫在电饭煲正常和非正常工作状态下不会产生明显变形、失重及起火现象，较为安全，且耐热性优于电饭煲上采用的塑料件。2.4节能电饭煲的保温性能2.4.1热效率、保温能耗与传统的电饭煲相比，用聚氨酯泡沫做电饭煲的保温层，能有效地阻止煮饭过程中的传导及热辐射，并与煲盖的密封圈一起，形成一个密封的、均匀的热场，因此能更有效地提高电饭煲产品的热效率，降低保温能耗，节约了电能。用聚氨酯泡沫做保温层的节能电饭煲的热效率、4h保温能耗的测试结果见表3。表3节能电饭煲热效率及保温能耗标准值测试值热效率/%≥7586.4耗电量(保温4h)/W·h≤700注：检测标准参照GB12021.6－89《自动电饭锅效率、保温电耗限定量及测试方法》，以上数据由国家日用电器质量监督检测中心提供。从表3可看出，保温节能电饭煲的热效率及保温能耗完全合格。2.4.2升温与降温速度用功率均约为703W的电饭煲做升降温试验，将4.0L、温度为13.8℃的水加热到100℃，所需的时间以及电饭煲外壳温度见表4。在电饭煲中100℃的水冷至不同温度所需要的时间见表5。表4煮水升温时间及温度的测试升温时间/min外壳温度/℃无保温层28.339.6加保温层23.235.9表5电饭煲的降温时间(min)温度/℃未加保温层加保温层9063.366.980102.2110.370153.3171.360217.2250.3由表4、表5的结果可以看出，采用加聚氨酯保温层的电饭煲具有一定的保温性能，因此可明显地缩短煮饭时间，节省电能。3结束语科龙公司的节能电饭煲在电饭煲外壳与内锅罩之间采用环保的聚氨酯全水发泡，提高了产品的强度，有明显的节能效果，可减少了热量损失，加快煮饭速度；另一方面，电饭煲保温阶段加热次数明显减少，水分散失量大大减少，使电饭煲长时间保温，同时兼顾米饭的口感，给今天人们快节奏的生活带来极大2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集341方便。参考文献1宋聪梅,童俊,罗振扬.全水发泡聚氨酯硬质泡沫塑料的研制.见:深圳聚氨酯国际会议论文集.2002.137～139TheApplicationofAll-waterBlownPolyurethaneFoamintheElectricCookerLiuYingXiongWeihongGuanZhiqiang(GuangdongKelonElectricalHoldingCo.Ltd，GuangdongShunde528303)Abstract:Anall-waterblownrigidpolyurethanefoamisusedastheinsulationmaterialofenergy-savedelectriccooker.Theproperties,especiallyheat-resistanceofthepolyurethanefoam,andtheenergy-saveexperimentaldataoftheelectriccookerareintroduced.Thefoam-insulatedelectriccookerhasgoodenergysavingeffect.Keywords:polyurethane;rigidfoam;all-waterfoaming;electriccooker;energysaving作者简介：刘颖女，1973年生，化工工程师，1996年毕业于成都科技大学，从事聚氨酯发泡技术开发及现场生产管理工作。