【摘要】：網(wǎng)狀聚氨酯泡沫作為一種具有良好力學(xué)性能的多孔材料,逐漸成為人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪胁豢苫蛉钡墓I(yè)產(chǎn)品。閉孔聚氨酯泡沫的孔膜被網(wǎng)化去除后即可得到網(wǎng)狀聚氨酯泡沫。爆燃法作為網(wǎng)化聚氨酯泡沫的最佳方法,目前仍缺少聚氨酯泡沫熔膜過(guò)程的理論指導(dǎo)。因此本文采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,探究可燃預(yù)混氣體參數(shù)(可燃預(yù)混氣體充氣系數(shù)、氣體種類(lèi)及濃度)與聚氨酯泡沫材料參數(shù)(孔徑和薄膜厚度)對(duì)聚氨酯泡沫開(kāi)孔度的影響規(guī)律。為爆燃法網(wǎng)化聚氨酯泡沫的高效、規(guī)范化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。本文主要研究工作如下:(1)根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的網(wǎng)狀聚氨酯泡沫相關(guān)規(guī)格參數(shù),建立聚氨酯泡沫單個(gè)空腔胞體的物理模型。選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和基于焓-多孔度法的熔化-凝固模型,建立了聚氨酯泡沫熔化過(guò)程的數(shù)值計(jì)算模型。(2)根據(jù)爆燃法網(wǎng)化聚氨酯泡沫的相關(guān)生產(chǎn)工藝,設(shè)計(jì)聚氨酯泡沫網(wǎng)化實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比及分析,驗(yàn)證了聚氨酯泡沫熔化過(guò)程數(shù)值計(jì)算模型的可行性。(3)在聚氨酯泡沫熔化過(guò)程數(shù)值計(jì)算模型可行的基礎(chǔ)上,利用Fluent軟件模擬分析了可燃預(yù)混氣體特性對(duì)熔膜開(kāi)孔度的影響。通過(guò)研究不同可燃預(yù)混氣體特性參數(shù)下聚氨酯泡沫的溫度分布以及液相率分布,總結(jié)了可燃預(yù)混氣體充氣系數(shù)、氣體種類(lèi)及濃度對(duì)聚氨酯泡沫開(kāi)孔度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:可燃預(yù)混氣體充氣系數(shù)越大、可燃?xì)怏w熱值越高,聚氨酯泡沫開(kāi)孔度越大;可燃?xì)怏w濃度為其在空氣燃燒的化學(xué)當(dāng)量濃度時(shí),聚氨酯泡沫開(kāi)孔度最大。隨著可燃預(yù)混氣體充氣系數(shù)增加,聚氨酯泡沫熔化過(guò)程會(huì)出現(xiàn)三種不同的熔化現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)三種熔化現(xiàn)象的分析,得到了聚氨酯泡沫模型1~9網(wǎng)化效果最佳時(shí)所對(duì)應(yīng)的可燃預(yù)混氣體充氣系數(shù)的范圍。(4)在聚氨酯泡沫熔化過(guò)程的數(shù)值計(jì)算模型可行的基礎(chǔ)上,利用Fluent軟件模擬分析了聚氨酯泡沫孔徑及薄膜厚度對(duì)聚氨酯泡沫開(kāi)孔度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:聚氨酯泡沫孔徑越大,溫度場(chǎng)穩(wěn)定后,其外表面平均溫度越高;隨著孔徑的增加,聚氨酯泡沫空腔內(nèi)溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間也會(huì)增加。聚氨酯泡沫薄膜厚度越厚,溫度場(chǎng)穩(wěn)定后,其外表面平均溫度越低;隨著薄膜厚度增加,聚氨酯空腔胞體溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間越長(zhǎng);在可燃預(yù)混氣體一定的情況下,聚氨酯泡沫孔徑越小、薄膜厚度越大,聚氨酯泡沫越難熔化,其開(kāi)孔度越小。
【圖文】：

1）經(jīng)網(wǎng)化技術(shù)處理而成。網(wǎng)化處理后的聚氨酯泡沫的孔膜會(huì)被去除，而其網(wǎng)狀的經(jīng)絡(luò)會(huì)被保留。同網(wǎng)化處理前的聚氨酯泡沫一樣，網(wǎng)狀聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)也為五邊形十二面體。由于網(wǎng)狀聚氨酯泡沫具有力學(xué)性能好、孔隙率高、透氣性強(qiáng)、吸音性好、耐化學(xué)藥品腐蝕等特性[2]，它被廣泛用作過(guò)濾材料、吸聲材料[3]、防爆填充材料[4-5]、載體[6-7]、骨架材料等，特別是在空調(diào)及除塵系統(tǒng)中，由于網(wǎng)狀聚氨酯泡沫的多孔特性，其常被用作過(guò)濾材料；而在劇院、影院等對(duì)聲環(huán)境要求較高的公共場(chǎng)所，網(wǎng)狀聚氨酯泡沫常被用作吸聲材料，從而達(dá)到改善室內(nèi)聲環(huán)境品質(zhì)的目的。因此，隨著網(wǎng)狀聚氨酯泡沫在各行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其市場(chǎng)需求量越來(lái)越多。目前，常見(jiàn)的聚氨酯泡沫的網(wǎng)化處理技術(shù)有四種，分別為：堿液處理法、爆燃法、蒸汽水解處理法和熱空氣處理法。其中爆燃法網(wǎng)化聚氨酯泡沫工藝簡(jiǎn)單、沒(méi)有污染、操作便捷，制備出的網(wǎng)狀聚氨酯泡沫力學(xué)性能好，拉伸強(qiáng)度高，經(jīng)絡(luò)光滑[9]，因此爆燃法是四種方法中最佳的方法。其網(wǎng)化原理是利用高壓電火花引燃可燃預(yù)混氣體，利用可燃?xì)怏w燃燒釋放的熱量使聚氨酯泡沫材料的窗膜熔化，從而實(shí)現(xiàn)聚氨酯泡沫的網(wǎng)化處理。圖 1-2 為爆燃法網(wǎng)化成功的聚氨酯泡沫。

圖 1-3 爆燃法網(wǎng)化失敗的聚氨酯泡沫（2）影響聚氨酯熔膜效果的因素眾多，如：可燃預(yù)混氣體特性及聚氨酯材料特性等，由于缺少相關(guān)理論指導(dǎo)，多數(shù)廠家只能生產(chǎn)某幾種孔徑或者特定材質(zhì)的網(wǎng)狀聚氨酯泡沫，而對(duì)于市場(chǎng)需求的其他多種規(guī)格的網(wǎng)狀聚氨酯泡沫的生產(chǎn)，則需花費(fèi)較多時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)及設(shè)備調(diào)試，從而耗費(fèi)企業(yè)大量人力物力財(cái)力。可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)爆燃法生產(chǎn)網(wǎng)狀聚氨酯泡沫的技術(shù)仍不夠成熟，，缺少爆燃、熔膜等相關(guān)理論指導(dǎo)。因此，針對(duì)爆燃法網(wǎng)化聚氨酯泡沫缺乏理論支撐的問(wèn)題，本課題擬采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，探究可燃預(yù)混氣體參數(shù)（可燃 預(yù)混氣體過(guò)量系數(shù)、氣體種類(lèi)及濃度）與聚氨酯泡沫材料參數(shù)（孔徑和薄膜厚度）對(duì)聚氨酯泡沫網(wǎng)化效果的影響規(guī)律。本課題的研究成果將對(duì)爆燃法網(wǎng)化聚氨酯泡沫的高效、規(guī)范化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ328.3

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本文編號(hào)：2695282