CN106364803A - 一种超低温生物医疗储藏箱及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低温生物医疗储藏箱及其制作方法，其特征在于：采用特制聚氨酯发泡体系、采用一体化异形真空绝热板、采用双枪头注料方式完成制作；特制聚氨酯体系是针对超低温环境，在组合聚醚中加入物理性质的混合型发泡剂以及发泡助剂，降低发泡泡沫的泡沫直孔，从而降低泡沫的热传导效应，提高聚氨酯发泡的保温性能；一体化异形VIP板是为了减少VIP板边缘漏冷效应，同时增加VIP板的面积；双枪头注料有利于生产效率的提升，同时可以提高发泡原料在箱体/门体里的流动性，有利于保温性能的提升。本发明可以提高深冷冰箱的保温性能、提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于超低温存储设备领域，具体涉及一种保温性能良好的深冷冰箱。
背景技术
超低温生物医疗储藏箱(即深冷冰箱)是通过制冷系统将箱体内温度降到N℃(N＜-60)，并稳定维持在N℃±5℃的储存箱。其通过聚氨酯发泡体系及异形真空绝热板(VIP板)的共同作用，维持箱内温度的稳定性，保存冷量。随着科技的进步，全球对于生物、医疗、材料等领域的探索越来越深入。深冷冰箱作为一种超低温存储设备，对于科研及医疗等行业变得越来越不可缺少，需求量也越来越大。
目前深冷冰箱大部分还是采用传统家用冰箱聚氨酯发泡体系、单枪头注料方式进行制作。没有针对超低温使用要求，对聚氨酯发泡体系进行改进，导致目前深冷冰箱的保温性能较差、生产效率较低。
因此，提高深冷冰箱的保温性能和生产效率势在必行。
发明内容
本发明为解决上述现有技术所存在的不足之处，提供一种保温性能良好的超低温生物医疗储藏箱及其制作方式。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明的超低温生物医疗储藏箱，其特点在于：所述超低温生物医疗储藏箱包括壳体和内胆，在所述壳体和内胆中间设置有发泡层，所述发泡层由聚氨酯发泡体系通过后背双枪头注料方式制作而成；
所述聚氨酯发泡体系的各原料按质量份的构成为：
所述第一发泡剂为发泡剂HFO-1233ZD(以下简称LBA)、发泡剂HFC-245fa(以下简称245fa)或发泡剂HFO-1336mmz-Z(以下简称FEA-1100)；所述第二发泡剂为发泡剂HFC-134a。
所述组合聚醚的官能度为3-6，室温下粘度为4000-6000mPa·s；所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯，异氰酸根含量30-35％，室温下粘度为200-400mPa·s。
在所述壳体的至少一面和内胆之间设置有一体化异形真空绝热板(VIP板)，在所述绝热板中间开设有用于避让障碍物的通孔。一体化异形真空绝热板优选设置在深冷冰箱背面。
上述超低温生物医疗储藏箱的制作方法，包括如下步骤：
1)在物料温度15～25℃条件下，将组合聚醚、第一发泡剂、第二发泡剂和氟化液发泡助剂PF-5056按配比混合，得到混合白料；
在物料温度15～25℃条件下，将异氰酸酯搅拌均匀，得到黑料；
2)设置双枪头注料系统，包括两个独立的白料罐、一个共用的黑料罐和两个独立的注料枪头，两个白料罐分别通过白料管道连接于两个注料枪头，所述黑料罐通过两个黑料管道分别连接于两个注料枪头；在所述白料管道和所述黑料管道上设置有阀门；
3)在物料温度15～25℃条件下，将混和白料加入到两个白料罐中，将黑料加入到黑料罐中，通过控制阀门，使混合白料和黑料在两个注料枪头中混合并同时注入储藏箱的壳体和内胆中间，两个注料枪头采用同样的注料时间和注料速度；
4)超低温生物医疗储藏箱箱体模具温度控制在40～55℃，发泡原料在模具中填充系数α为1.5～1.8，经过180s～600s固化后，脱模，即在壳体和内胆中间形成发泡层。
本发明的超低温生物医疗储藏箱主要有以下三个特点：
特制聚氨酯发泡体系：由于超低温的环境(-60℃以下)，一般发泡剂会在发泡泡沫的闭孔里形成负压，处于液体状态。此时，发泡剂在气态情况下所带来的保温效果将会大幅度降低，因此单纯采用高性能发泡剂(如245fa等第四代发泡剂)带来的效果将会微乎其微，出于成本、效果以及现场控制等综合考虑，本发明采用发泡剂LBA、245fa和FEA-1100的至少一种与HFC-134a构成混合发泡剂，并提高混合发泡剂在白料中的配比，可以有效提高聚氨酯硬泡泡孔的总体数量，从而降低发泡泡沫热传导效应，有利于聚氨酯硬泡的保温性能；同时在组合聚醚和混合发泡剂中添加了氟化液发泡助剂，该助剂通过物理交联作用，可以大幅度缩小发泡泡沫的孔径，大大提高单位面积发泡泡沫的泡孔数量，大幅度降低热传导效应，并且不会随着温度的降低，导致保温效果降低，从而大大提高聚氨酯硬泡在超低温环境下的保温性能。
采用双枪头注料方式：其是针对深冷冰箱注料量过大，传统单枪头注料时间过慢的现象做出的改进措施。由于发泡料的灌注量是一定的，双枪头注料时间比单枪头注料时间要缩短一半，从而提升生产效率，提升发泡原料在箱体/门体中的流动性。发泡原料流动性的提升有利于聚氨酯发泡泡沫的保温效果；同时由于注料时间的缩短，可以在设计聚氨酯发泡配方的时候降低发泡原料的拉丝时间，发泡原料拉丝时间的缩短，有利于聚氨酯发泡泡沫的保温性能。双枪头注料方式是采用两个独立的注料系统，两个注料系统用一个控制体系进行相互关联动作，在进行注料动作时，两个枪头采用同样的注料时间和同样的注料速度，同时完成注料；在不需要进行双枪头注料动作时，两个枪头可以分别独立进行单枪注料。因此，采用双枪头注料不但可以提高生产效率，而且可以有效提高聚氨酯发泡泡沫的保温性能。
采用一体化异形VIP板：由于在箱体/门体发泡过程中，难免遇到不可避让的管道或线路等障碍物，之前采用的方法是安装两块小的VIP板(如图2(a)所示)，两块小VIP板之间是不可避让的管道或线路等障碍物。众所周知，同等材料制作的VIP板，面积越大、边缘越少，其保温性能越高；反之，保温性能越差。本发明采用的是一个整体的VIP板(如图2(b)所示)，中间开孔用来避让管道或线路等障碍物。相比于现有的方案，本发明扩大了VIP板的面积，同时减少了VIP板边缘漏冷效应，提升了VIP板在发泡层中的保温效果，进一步提升发泡箱体/门体的整体保温性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明的超低温生物医疗储藏箱采用特制聚氨酯发泡体系、采用一体化异形真空绝热板、采用双枪头注料方式完成制作，有效改善了深冷冰箱的保温性能、提高了生产效率。
2、本发明通过对聚氨酯发泡体系的优化改进，提高了深冷冰箱聚氨酯硬泡的保温性能；通过采用双枪头注料方式，提高了生产效率，同时有利于聚氨酯硬泡的保温性能；通过采用一体化异形VIP板，减少了VIP板边缘漏冷效应，提升了发泡箱体/门体的整体保温性能。
附图说明
图1为本发明超低温生物医疗储藏箱的后背(剖面)示意图；
图2为本发明超低温生物医疗储藏箱中一体化异形VIP板的示意图，其中(a)为原来的结构状态，(b)为本发明的结构状态；
图3为本发明后背双枪头注料方式的示意图(剖面)；
图中标号：1为发泡层，2为VIP板，2a为通孔，3为双枪头注料口位置，4为不可避让的障碍物，5为白料罐，5a为白料管道，6为黑料罐，6a为黑料管道，7为注料枪头，8为阀门。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
下述实施例所用组合聚醚是由巴斯夫聚氨酯特种产品(中国)有限公司提供，牌号为CH2030/151，其官能度为4.5，室温下粘度为5500mPa·s；所用黑料多亚甲基多苯基异氰酸酯为家用冰箱通用黑料，由巴斯夫聚氨酯特种产品(中国)有限公司提供，牌号为M20S，异氰酸根含量为35％，室温下粘度为300mPa·s。
实施例1
本实施例的超低温生物医疗储藏箱，包括壳体和内胆，如图1所示，在壳体和内胆中间设置有发泡层，发泡层由聚氨酯发泡体系通过双枪头注料方式制作而成；
聚氨酯发泡体系的各原料按质量份的构成为：
如图2所示，在壳体和内胆之间还设置有一体化异形VIP板2，在VIP板中间开设有用于避让不可避让的障碍物4的通孔2a。
上述超低温生物医疗储藏箱的制作方法，包括如下步骤：
1)在物料温度20℃条件下，将组合聚醚、发泡剂LBA、发泡剂HFC-134a和氟化液发泡助剂PF-5056按配比混合，得到混合白料；
在物料温度20℃条件下，将异氰酸酯搅拌均匀，得到黑料；
2)如图3所示，设置双枪头注料系统，包括两个独立的白料罐5和一个共用的黑料罐6，两个白料罐分别通过白料管道5a连接于两个独立的注料枪头7，黑料罐6通过两个黑料管道6a分别连接于两个注料枪头7；在白料管道和黑料管道上设置有阀门8；
3)在物料温度20℃条件下，将混和白料加入到两个白料罐中，将黑料加入到黑料罐中，通过控制阀门，使混合白料和黑料在两个注料枪头中混合并同时注入储藏箱的壳体和内胆中间，两个注料枪头采用同样的注料时间和注料速度；
4)储藏箱模具温度控制在45℃，发泡原料在模具中填充系数α为1.6，经过300s固化后，脱模，即在壳体和内胆中间形成发泡层。
待发泡箱体冷却至室温后，将硬质聚氨酯泡沫取出，并测试其相关性能，结果见表1。
实施例2
本实施例的超低温生物医疗储藏箱，包括壳体和内胆，如图1所示，在壳体和内胆中间设置有发泡层，发泡层由聚氨酯发泡体系通过双枪头注料方式制作而成；
聚氨酯发泡体系的各原料按质量份的构成为：
如图2所示，在壳体和内胆之间还设置有一体化异形VIP板2，在VIP板中间开设有用于避让不可避让的障碍物4的通孔2a。
上述超低温生物医疗储藏箱的制作方法，包括如下步骤：
1)在物料温度20℃条件下，将组合聚醚、发泡剂245fa、发泡剂HFC-134a和氟化液发泡助剂PF-5056按配比混合，得到混合白料；
在物料温度20℃条件下，将异氰酸酯搅拌均匀，得到黑料；
2)如图3所示，设置双枪头注料系统，包括两个独立的白料罐5和一个共用的黑料罐6，两个白料罐分别通过白料管道5a连接于两个独立的注料枪头7，黑料罐6通过两个黑料管道6a分别连接于两个注料枪头7；在白料管道和黑料管道上设置有阀门8；
3)在物料温度20℃条件下，将混和白料加入到两个白料罐中，将黑料加入到黑料罐中，通过控制阀门，使混合白料和黑料在两个注料枪头中混合并同时注入储藏箱的壳体和内胆中间，两个注料枪头采用同样的注料时间和注料速度；
4)储藏箱模具温度控制在45℃，发泡原料在模具中填充系数α为1.6，经过300s固化后，脱模，即在壳体和内胆中间形成发泡层。
待发泡箱体冷却至室温后，将硬质聚氨酯泡沫取出，并测试其相关性能，结果见表1。
实施例3
本实施例的超低温生物医疗储藏箱，包括壳体和内胆，如图1所示，在壳体和内胆中间设置有发泡层，发泡层由聚氨酯发泡体系通过双枪头注料方式制作而成；
聚氨酯发泡体系的各原料按质量份的构成为：
如图2所示，在壳体和内胆之间还设置有一体化异形VIP板2，在VIP板中间开设有用于避让不可避让的障碍物4的通孔2a。
上述超低温生物医疗储藏箱的制作方法，包括如下步骤：
1)在物料温度20℃条件下，将组合聚醚、发泡剂FEA-1100、发泡剂HFC-134a和氟化液发泡助剂PF-5056按配比混合，得到混合白料；
在物料温度20℃条件下，将异氰酸酯搅拌均匀，得到黑料；
2)如图3所示，设置双枪头注料系统，包括两个独立的白料罐5和一个共用的黑料罐6，两个白料罐分别通过白料管道5a连接于两个独立的注料枪头7，黑料罐6通过两个黑料管道6a分别连接于两个注料枪头7；在白料管道和黑料管道上设置有阀门8；
3)在物料温度20℃条件下，将混和白料加入到两个白料罐中，将黑料加入到黑料罐中，通过控制阀门，使混合白料和黑料在两个注料枪头中混合并同时注入储藏箱的壳体和内胆中间，两个注料枪头采用同样的注料时间和注料速度；
4)储藏箱模具温度控制在45℃，发泡原料在模具中填充系数α为1.6，经过300s固化后，脱模，即在壳体和内胆中间形成发泡层。
待发泡箱体冷却至室温后，将硬质聚氨酯泡沫取出，并测试其相关性能，结果见表1。
对比例
本实施例的超低温生物医疗储藏箱，包括壳体和内胆，如图1所示，在壳体和内胆中间设置有发泡层，发泡层由聚氨酯发泡体系通过双枪头注料方式制作而成；
聚氨酯发泡体系的各原料按质量份的构成为：
组合聚醚 100份；
环戊烷 13份；
异氰酸酯 144份；
如图2所示，在壳体和内胆之间还设置有一体化异形VIP板2，在VIP板中间开设有用于避让不可避让的障碍物4的通孔2a。
上述超低温生物医疗储藏箱的制作方法，包括如下步骤：
1)在物料温度20℃条件下，将组合聚醚和环戊烷发泡剂按配比混合，得到混合白料；
在物料温度20℃条件下，将异氰酸酯搅拌均匀，得到黑料；
2)如图3所示，设置双枪头注料系统，包括两个独立的白料罐5和一个共用的黑料罐6，两个白料罐分别通过白料管道5a连接于两个独立的注料枪头7，黑料罐6通过两个黑料管道6a分别连接于两个注料枪头7；在白料管道和黑料管道上设置有阀门8；
3)在物料温度20℃条件下，将混和白料加入到两个白料罐中，将黑料加入到黑料罐中，通过控制阀门，使混合白料和黑料在两个注料枪头中混合并同时注入储藏箱的壳体和内胆中间，两个注料枪头采用同样的注料时间和注料速度；
4)储藏箱模具温度控制在45℃，发泡原料在模具中填充系数α为1.6，经过300s固化后，脱模，即在壳体和内胆中间形成发泡层。
待发泡箱体冷却至室温后，将硬质聚氨酯泡沫取出，并测试其相关性能，结果见表1。
表1
| 参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| 黑白料料比 | 1.16:1 | 1.16:1 | 1.16:1 | 1.27:1 |
| LBA份数 | 30 | / | / | / |
| 245fa份数 | / | 30 | / | / |
| FEA-1100份数 | / | / | 30 | |
| 环戊烷份数 | / | / | / | 13 |
| HFC-134a份数 | 2 | 2 | 2 | / |
| 氟化液发泡助剂PF-5056 | 2 | 2 | 2 | / |
| 物料温度℃ | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 模具温度℃ | 45 | 45 | 45 | 45 |
| 填充系数α | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
| 固化时间s | 300 | 300 | 300 | 300 |
| 平均芯密度kg/m3 | 31.4 | 31.6 | 32.0 | 38.6 |
| 平均导热系数10℃mW/mK | 17.2 | 17.2 | 17.1 | 20.3 |
| 平均导热系数-30℃mW/mK | 16.2 | 15.9 | 15.9 | 18.8 |
| 平均导热系数-80℃mW/mK | 13.8 | 13.5 | 13.6 | 15.2 |
| 平均压缩强度kpa垂直方向⊥/水平方向∥ | 191/170 | 193/171 | 188/168 | 183/155 |
| 体积收缩率-70℃24h％ | 0.43 | 0.42 | 0.43 | 0.62 |
从上表可以得出采用本发明的聚氨酯发泡体系及生产工艺，聚氨酯泡沫性能优良，比原聚氨酯发泡体系有非常明显的提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，例如只用权利要求书上的某一个或两个，将双枪头后背注料替换成双枪头底部注料等。
Claims (4)
1.一种超低温生物医疗储藏箱，其特征在于：所述超低温生物医疗储藏箱包括壳体和内胆，在所述壳体和内胆中间设置有发泡层，所述发泡层由聚氨酯发泡体系通过双枪头注料方式制作而成；
所述聚氨酯发泡体系的各原料按质量份的构成为：
所述第一发泡剂为发泡剂HFO-1233ZD、发泡剂HFC-245fa或发泡剂HFO-1336mmz-Z；所述第二发泡剂为发泡剂HFC-134a。
2.根据权利要求1所述的超低温生物医疗储藏箱，其特征在于：所述组合聚醚的官能度为3-6，室温下粘度为4000-6000mPa·s；
所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯，异氰酸根含量30-35％，室温下粘度为200-400mPa·s。
3.根据权利要求1所述的超低温生物医疗储藏箱，其特征在于：在所述壳体的至少一面和内胆之间设置有一体化真空绝热板，在所述绝热板中间开设有用于避让障碍物的通孔。
4.一种权利要求1～3中任意一项所述超低温生物医疗储藏箱的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在物料温度15～25℃条件下，将组合聚醚、第一发泡剂、第二发泡剂和氟化液发泡助剂PF-5056按配比混合，得到混合白料；
在物料温度15～25℃条件下，将异氰酸酯搅拌均匀，得到黑料；
2)设置双枪头注料系统，包括两个独立的白料罐、一个共用的黑料罐和两个独立的注料枪头，两个白料罐分别通过白料管道连接于两个注料枪头，所述黑料罐通过两个黑料管道分别连接于两个注料枪头；在所述白料管道和所述黑料管道上设置有阀门；
3)在物料温度15～25℃条件下，将混和白料加入到两个白料罐中，将黑料加入到黑料罐中，通过控制阀门，使混合白料和黑料在两个注料枪头中混合并同时注入储藏箱的壳体和内胆中间，两个注料枪头采用同样的注料时间和注料速度；
4)超低温生物医疗储藏箱箱体模具温度控制在40～55℃，发泡原料在模具中填充系数α为1.5～1.8，经过180s～600s固化后，脱模，即在壳体和内胆中间形成发泡层。
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