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GB/T 39936-2021

GB/T 39936-2021 深冷保冷用泡沫塑料

译制单位:管道助手

中华人民共和国国 家标准

GB/T 39936-2021

深冷保冷用泡沫塑料

Cryogenic insulation foamed plastics

2021-03-09 发布
2021-10-01 实施

国 家市场监督管理总局
中国国 家标准化管理委员会
发布

 

目次

前言
1 范围
2 规范性引用文件
3 术语和定义
4 分类和标记
5 要求
6 试验方法
7 检验规则
8 标志、包装、运输和贮存
附录A(规范性附录) 低温导热系数的测定
附录B(规范性附录) 低温线膨胀系数的测定
附录C(规范性附录) 低温压缩强度的测定
附录D(规范性附录) 低温弯曲强度的测定
附录E(规范性附录) 低温尺寸稳定性的测定
附录F(规范性附录) 低温闭孔率的测定
参考文献

 

前言

本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。

本标准由中国建筑材料联合会提出。

本标准由全国绝热材料标准化技术委员会(SAC/TC 191)归口。

本标准起草单位:中国建筑材料科学研究总院有限公司、山东圣泉新材料股份有限公司、江苏德和绝热科技有限公司、上海亨斯迈聚氨酯有限公司、万华化学集团股份有限公司、陶氏化学(中国)投资有限公司、巴斯夫(中国)有限公司、北京燃气集团有限责任公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司、北京市公用事业科学研究所、中国寰球工程有限公司、中石化洛阳工程有限公司、中海油石化工程有限公司、中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司。

本标准主要起草人:王佳庆、李刚、刘庆祎、张勇、王涛、陈昆、胡春峰、李建峰、白冬军、冯文亮、周曰从、王勇、李红、张军、赵军、刘军、王静、张艳。

 

1 范围

本标准规定了深冷保冷用泡沫塑料的术语和定义、分类和标记、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

本标准适用于温度范围为-196℃~120℃的深冷保冷工程用硬质泡沫塑料,包括聚氨酯泡沫塑料、聚异氰脲酸酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和酚醛泡沫塑料。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最 新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 191 包装储运图示标志
GB/T 2918 塑料 试样状态调节和试验的标准环境
GB/T 6342 泡沫塑料和橡胶 线性尺寸的测定
GB/T 6343 泡沫塑料及橡胶 表观密度的测定
GB/T 8810 硬质泡沫塑料 吸水率的测定
GB/T 8811 硬质泡沫塑料 尺寸稳定性试验方法
GB/T 8812.1 硬质泡沫塑料 弯曲性能的测定 第1部分:基本弯曲试验
GB/T 8813 硬质泡沫塑料 压缩性能的测定
GB/T 10294 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法
GB/T 10295 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法
GB/T 10799 硬质泡沫塑料 开孔和闭孔体积百分率的测定
GB/T 17146 建筑材料水蒸气透过性能试验方法
GB/T 20672 硬质泡沫塑料 在规定负荷和温度条件下压缩蠕变的测定
GB/T 25996 绝热材料对奥氏体不锈钢外部应力腐蚀开裂的试验方法
GB/T 30595 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)板和制品
GB/T 30694 硬质酚醛泡沫制品 甲醛释放量的测定
GB/T 35453 聚氨酯硬泡保温防水复合板
GB 50264 工业设备及管道绝热工程设计规范

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

深冷保冷 cryogenic insulation
为防止低温设备和管道的冷量损失,以及防止其外表面结露、结霜或结冰而采取的绝热措施,其工作温度通常低于-40℃

3.2

深冷保冷用泡沫塑料 cryogenic insulation foamed plastics
用于深冷保冷工程的硬质泡沫塑料,具有良好的低温绝热性能和力学性能。

3.3

低温导热系数 low temperature thermal conductivity
在规定的低温条件下,材料传导热量的能力。

3.4

低温线膨胀系数 low temperature linear expansion coefficient
在规定的低温温度范围内,材料单位长度的变化量与温度变化量的比值。

4 分类和标记

4.1 分类

深冷保冷用泡沫塑料按材质分为四类:

 聚氨酯泡沫塑料,代号PU

 聚异氰脲酸酯泡沫塑料,代号PIR

 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料,代号XPS

 酚醛泡沫塑料,代号PF

4.2 标记

深冷保冷用泡沫塑料的标记由产品代号、密度等级、最 低使用温度和本标准编号组成。

示例:密度等级为60kg/m³、最 低使用温度为-196℃的聚氨酯泡沫塑料标记为:
PU 60 -196 GB/T 39936-2021

5 要求

5.1 基本要求

5.1.1 泡沫塑料应具有均匀的泡孔结构,不应有明显的空洞、裂纹和分层现象。
5.1.2 泡沫塑料的颜色应均匀一致,不应有明显的色差。
5.1.3 泡沫塑料的表面应平整,不应有影响使用的凹凸不平和损伤。

5.2 技术要求

深冷保冷用泡沫塑料的技术要求应符合表1的规定。

1 深冷保冷用泡沫塑料技术要求

项目

指标





PU

PIR

XPS

PF

密度/(kg/m³)

≥40

≥45

≥35

≥50

密度允许偏差/%

±10

±10

±10

±10

常温导热系数(25℃)/[W/(m·K)]

≤0.024

≤0.023

≤0.028

≤0.030

低温导热系数(-160℃~20℃)/[W/(m·K)]

≤0.020

≤0.019

≤0.024

≤0.026

低温线膨胀系数/[10⁻⁶/℃]

≤40

≤35

≤50

≤30

常温压缩强度/MPa

≥0.20

≥0.25

≥0.20

≥0.15

低温压缩强度(-196℃)/MPa

≥0.30

≥0.35

≥0.25

≥0.20

常温弯曲强度/MPa

≥0.25

≥0.30

≥0.25

≥0.20

低温弯曲强度(-196℃)/MPa

≥0.35

≥0.40

≥0.30

≥0.25

吸水率/%

≤3

≤2

≤1

≤4

水蒸气透过系数/[ng/(Pa·m·s)]

≤5.0

≤4.0

≤3.0

≤6.0

闭孔率/%

≥90

≥92

≥95

≥88

低温闭孔率(-196℃)/%

≥85

≥88

≥90

≥82

低温尺寸稳定性(-196℃, 48h)/%

≤1.0

≤0.8

≤1.2

≤1.5

压缩蠕变(23℃, 0.2MPa, 1000h)/%

≤2.0

≤1.5

≤2.5

≤3.0

最 低使用温度/℃

≤-196

≤-196

≤-80

≤-196

最高使用温度/℃

≥120

≥150

≥75

≥120

甲醛释放量/(mg/m³)

≤0.10

氯离子含量/(mg/kg)

≤25

≤25

≤25

≤25

5.3 特殊要求

5.3.1 当用于奥氏体不锈钢设备和管道的保冷时,泡沫塑料应符合GB/T 25996的规定,不应引起奥氏体不锈钢的外部应力腐蚀开裂。
5.3.2 当用于有防火要求的场所时,泡沫塑料的燃烧性能应符合国 家相关标准的规定。

6 试验方法

6.1 状态调节

除另有规定外,所有试样应在GB/T 2918规定的标准环境(温度23℃±2℃,相对湿度50%±5%)下状态调节至少24h

6.2 外观

采用目视检查,在自然光下距离试样0.5m处观察。

6.3 密度

GB/T 6343的规定执行。

6.4 常温导热系数

GB/T 10294GB/T 10295的规定执行,平均温度为25℃

6.5 低温导热系数

按附录A的规定执行,平均温度为-70℃,冷热面温度分别为20℃-160℃

6.6 低温线膨胀系数

按附录B的规定执行,温度范围为20℃~-196℃

6.7 常温压缩强度

GB/T 8813的规定执行,压缩速率为5mm/min,相对形变为10%

6.8 低温压缩强度

按附录C的规定执行,试验温度为-196℃,压缩速率为5mm/min,相对形变为10%

6.9 常温弯曲强度

GB/T 8812.1的规定执行,跨距为试样厚度的20倍,加载速率为10mm/min

6.10 低温弯曲强度

按附录D的规定执行,试验温度为-196℃,跨距为试样厚度的20倍,加载速率为10mm/min

6.11 吸水率

GB/T 8810的规定执行,浸水时间为24h

6.12 水蒸气透过系数

GB/T 17146的规定执行,试验条件为温度23℃±2℃,相对湿度差50%±5%

6.13 闭孔率

GB/T 10799的规定执行。

6.14 低温闭孔率

按附录F的规定执行,试验温度为-196℃

6.15 低温尺寸稳定性

按附录E的规定执行,试验温度为-196℃,试验时间为48h

6.16 压缩蠕变

GB/T 20672的规定执行,试验温度为23℃,压缩应力为0.2MPa,试验时间为1000h

6.17 甲醛释放量

GB/T 30694的规定执行,仅适用于酚醛泡沫塑料。

6.18 氯离子含量

GB/T 35453附录A的规定执行。

6.19 奥氏体不锈钢外部应力腐蚀开裂

GB/T 25996的规定执行。

7 检验规则

7.1 检验分类

产品检验分为出厂检验和型式检验。

7.2 出厂检验

7.2.1 出厂检验项目应包括:外观、密度、常温导热系数、常温压缩强度、吸水率、闭孔率。
7.2.2 出厂检验应逐批进行,每批应由同一原料、同一配方、同一工艺生产的同一规格的产品组成,每批数量不应超过500m³
7.2.3 抽样方案:从每批产品中随机抽取3块试样进行检验。
7.2.4 判定规则:当所有检验项目均符合本标准要求时,判定该批产品合格;当有一项指标不合格时,应加倍抽样进行复检,复检仍不合格,则判定该批产品不合格。

7.3 型式检验

7.3.1 凡有下列情况之一,应进行型式检验:
a) 新产品的试制、定型鉴定或老产品转厂生产时;
b) 正式生产后,如主要生产设备、工艺及材料的牌号及配方等有较大改变,可能影响产品性能时;
c) 产品停产1年后,恢复生产时;
d) 出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时;
e) 正常生产时,每两年应进行一次型式检验。

7.3.2 型式检验项目应包括本标准第5章规定的全部要求。
7.3.3 抽样方案:从同一批产品中随机抽取5块试样进行检验。
7.3.4 判定规则:当所有检验项目均符合本标准要求时,判定该批产品合格;当有一项指标不合格时,应加倍抽样进行复检,复检仍不合格,则判定该批产品不合格。

8 标志、包装、运输和贮存

8.1 标志

8.1.1 产品包装上应标明:
a) 产品名称、标记;
b) 生产厂名称、地址;
c) 生产日期或批号;
d) 规格、数量;
e) 本标准编号;
f) 储运图示标志,应符合GB/T 191的规定。

8.1.2 每块产品上应印有清晰的产品标记。

8.2 包装

产品应采用防潮包装,包装应牢固,能有效保护产品在运输和贮存过程中不受损坏。

8.3 运输

8.3.1 产品在运输过程中应轻装轻卸,避免碰撞、抛摔和重压。
8.3.2 产品在运输过程中应采取防潮、防雨措施,避免阳光直射。

8.4 贮存

8.4.1 产品应贮存在干燥、通风、阴凉的仓库内,远离热源和火源。
8.4.2 产品应按规格、品种分类堆放,堆放高度不应超过2m
8.4.3 产品的贮存期不应超过1年,超过贮存期的产品应重新检验,合格后方可使用。

 

附录A(规范性附录) 低温导热系数的测定

A.1 原理

采用防护热板法或热流计法,在规定的冷热面温度下测定试样的稳态热阻,计算出低温导热系数。

A.2 仪器设备

A.2.1 低温防护热板装置或低温热流计装置,温度范围应能达到-196℃~100℃,控温精度±0.1℃
A.2.2 液氮杜瓦瓶,用于提供低温冷源。
A.2.3 温度传感器,精度±0.1℃
A.2.4 数据采集系统,精度±0.1%

A.3 试样制备

A.3.1 试样尺寸应符合所用仪器的要求,通常为300mm×300mm×(20~50)mm
A.3.2 试样应平整,表面无裂纹、空洞和损伤,厚度均匀,厚度偏差不应超过±0.5mm
A.3.3 每组试验应制备2块相同的试样。

A.4 试验步骤

A.4.1 将试样安装在仪器的冷热板之间,确保试样与冷热板紧密接触,无间隙。
A.4.2 启动仪器,将热板温度控制在20℃±0.1℃,冷板温度控制在-160℃±0.1℃
A.4.3 待系统达到热平衡后,记录热板的加热功率、冷热板的温度和试样的厚度。
A.4.4 热平衡的判断标准:连续3次测量的加热功率变化不超过±1%,且冷热板温度变化不超过±0.1℃

A.5 结果计算

低温导热系数按式(A.1)计算:

[
lambda = frac{Q cdot d}{A cdot Delta T}
]

式中:
λ——低温导热系数,单位为瓦每米开尔文[W/(m·K)]
Q——热板的加热功率,单位为瓦(W)
d——试样的厚度,单位为米(m)
A——试样的传热面积,单位为平方米(m²)
ΔT——冷热板之间的温度差,单位为开尔文(K)

取两块试样试验结果的算术平均值作为最终结果,保留三位有效数字。

A.6 试验报告

试验报告应包括下列内容:
a) 试样名称、规格、标记;
b) 试验环境条件;
c) 仪器设备型号;
d) 冷热板温度;
e) 试样厚度、传热面积;
f) 加热功率;
g) 低温导热系数;
h) 试验日期、试验人员。

 

附录B(规范性附录) 低温线膨胀系数的测定

B.1 原理

将试样置于低温环境中,测量试样在不同温度下的长度变化,计算出低温线膨胀系数。

B.2 仪器设备

B.2.1 低温线膨胀仪,温度范围应能达到-196℃~100℃,控温精度±0.1℃,长度测量精度±0.1μm
B.2.2 液氮杜瓦瓶,用于提供低温冷源。
B.2.3 温度传感器,精度±0.1℃
B.2.4 数据采集系统,精度±0.1%

B.3 试样制备

B.3.1 试样尺寸为(50~100)mm×10mm×10mm,长度方向应与泡沫塑料的发泡方向一致。
B.3.2 试样应平整,表面无裂纹、空洞和损伤,尺寸偏差不应超过±0.1mm
B.3.3 每组试验应制备3块相同的试样。

B.4 试验步骤

B.4.1 将试样安装在低温线膨胀仪的试样架上,确保试样与传感器紧密接触。
B.4.2 启动仪器,将试样温度从20℃1℃/min的速率降至-196℃,然后以1℃/min的速率升至20℃
B.4.3 在降温过程中,每隔20℃记录一次试样的长度和温度。
B.4.4 重复上述步骤3次,取平均值作为试验结果。

B.5 结果计算

低温线膨胀系数按式(B.1)计算:

[
alpha = frac{Delta L}{L_0 cdot Delta T}
]

式中:
α——低温线膨胀系数,单位为每开尔文(1/K)
ΔL——试样在温度变化范围内的长度变化量,单位为米(m)
L₀——试样在20℃时的初始长度,单位为米(m)
ΔT——温度变化量,单位为开尔文(K)

取三块试样试验结果的算术平均值作为最终结果,保留两位有效数字。

B.6 试验报告

试验报告应包括下列内容:
a) 试样名称、规格、标记;
b) 试验环境条件;
c) 仪器设备型号;
d) 温度变化范围;
e) 试样初始长度;
f) 长度变化量;
g) 低温线膨胀系数;
h) 试验日期、试验人员。

 

附录C(规范性附录) 低温压缩强度的测定

C.1 原理

将试样置于低温环境中,在规定的压缩速率下对试样施加压力,测量试样在相对形变为10%时的压缩应力。

C.2 仪器设备

C.2.1 万 能材料试验机,配有低温试验箱,温度范围应能达到-196℃~100℃,控温精度±1℃,力值测量精度±1%
C.2.2 液氮杜瓦瓶,用于提供低温冷源。
C.2.3 温度传感器,精度±0.1℃
C.2.4 位移传感器,精度±0.01mm

C.3 试样制备

C.3.1 试样尺寸为50mm×50mm×50mm,压缩方向应与泡沫塑料的发泡方向一致。
C.3.2 试样应平整,表面无裂纹、空洞和损伤,尺寸偏差不应超过±0.5mm
C.3.3 每组试验应制备5块相同的试样。

C.4 试验步骤

C.4.1 将试样安装在万 能材料试验机的上下压板之间,确保试样与压板紧密接触,无间隙。
C.4.2 启动低温试验箱,将试样温度降至-196℃±1℃,并保持30min,使试样温度均匀。
C.4.3 5mm/min的压缩速率对试样施加压力,直至试样的相对形变为10%
C.4.4 记录试样在相对形变为10%时的压缩力。

C.5 结果计算

低温压缩强度按式(C.1)计算:

[
sigma = frac{F}{A}
]

式中:
σ——低温压缩强度,单位为兆帕(MPa)
F——试样在相对形变为10%时的压缩力,单位为牛(N)
A——试样的横截面积,单位为平方毫米(mm²)

取五块试样试验结果的算术平均值作为最终结果,保留两位有效数字。

C.6 试验报告

试验报告应包括下列内容:
a) 试样名称、规格、标记;
b) 试验环境条件;
c) 仪器设备型号;
d) 试验温度;
e) 试样尺寸、横截面积;
f) 压缩力;
g) 低温压缩强度;
h) 试验日期、试验人员。

 

附录D(规范性附录) 低温弯曲强度的测定

D.1 原理

将试样置于低温环境中,在规定的跨距和加载速率下对试样施加三点弯曲载荷,测量试样断裂时的最大弯曲应力。

D.2 仪器设备

D.2.1 万 能材料试验机,配有低温试验箱,温度范围应能达到-196℃~100℃,控温精度±1℃,力值测量精度±1%
D.2.2 液氮杜瓦瓶,用于提供低温冷源。
D.2.3 温度传感器,精度±0.1℃
D.2.4 位移传感器,精度±0.01mm

D.3 试样制备

D.3.1 试样尺寸为120mm×15mm×10mm,长度方向应与泡沫塑料的发泡方向一致。
D.3.2 试样应平整,表面无裂纹、空洞和损伤,尺寸偏差不应超过±0.1mm
D.3.3 每组试验应制备5块相同的试样。

D.4 试验步骤

D.4.1 将试样安装在三点弯曲夹具上,跨距为试样厚度的20倍,即200mm
D.4.2 启动低温试验箱,将试样温度降至-196℃±1℃,并保持30min,使试样温度均匀。
D.4.3 10mm/min的加载速率对试样施加弯曲载荷,直至试样断裂。
D.4.4 记录试样断裂时的最大弯曲力。

D.5 结果计算

低温弯曲强度按式(D.1)计算:

[
sigma_f = frac{3 cdot F cdot L}{2 cdot b cdot h^2}
]

式中:
σ_f——低温弯曲强度,单位为兆帕(MPa)
F——试样断裂时的最大弯曲力,单位为牛(N)
L——跨距,单位为毫米(mm)
b——试样的宽度,单位为毫米(mm)
h——试样的厚度,单位为毫米(mm)

取五块试样试验结果的算术平均值作为最终结果,保留两位有效数字。

D.6 试验报告

试验报告应包括下列内容:
a) 试样名称、规格、标记;
b) 试验环境条件;
c) 仪器设备型号;
d) 试验温度;
e) 试样尺寸、跨距;
f) 最大弯曲力;
g) 低温弯曲强度;
h) 试验日期、试验人员。

 

附录E(规范性附录) 低温尺寸稳定性的测定

E.1 原理

将试样置于低温环境中,在规定的温度和时间下处理后,测量试样的尺寸变化,计算出低温尺寸变化率。

E.2 仪器设备

E.2.1 低温试验箱,温度范围应能达到-196℃~100℃,控温精度±1℃
E.2.2 液氮杜瓦瓶,用于提供低温冷源。
E.2.3 游标卡尺,精度0.02mm

E.3 试样制备

E.3.1 试样尺寸为100mm×100mm×25mm
E.3.2 试样应平整,表面无裂纹、空洞和损伤,尺寸偏差不应超过±0.5mm
E.3.3 每组试验应制备3块相同的试样。

E.4 试验步骤

E.4.1 测量并记录试样在20℃时的初始长度、宽度和厚度,每个尺寸测量3点,取平均值。
E.4.2 将试样放入低温试验箱中,将温度降至-196℃±1℃,并保持48h
E.4.3 到达规定时间后,取出试样,在标准环境下放置24h,使试样温度恢复至室温。
E.4.4 再次测量并记录试样的长度、宽度和厚度,每个尺寸测量3点,取平均值。

E.5 结果计算

低温尺寸变化率按式(E.1)计算:

[
Delta L = frac{L_1 - L_0}{L_0} times 100%
]

式中:
ΔL——低温尺寸变化率,%
L₀——试样的初始尺寸,单位为毫米(mm)
L₁——试样处理后的尺寸,单位为毫米(mm)

分别计算长度、宽度和厚度的尺寸变化率,取其中的最大值作为最终结果,保留一位小数。

E.6 试验报告

试验报告应包括下列内容:
a) 试样名称、规格、标记;
b) 试验环境条件;
c) 仪器设备型号;
d) 试验温度和时间;
e) 初始尺寸和处理后尺寸;
f) 低温尺寸变化率;
g) 试验日期、试验人员。

 

附录F(规范性附录) 低温闭孔率的测定

F.1 原理

采用气体置换法,在低温环境中测量试样的体积和开孔体积,计算出低温闭孔率。

F.2 仪器设备

F.2.1 低温气体置换法密度计,温度范围应能达到-196℃~100℃,控温精度±1℃,体积测量精度±0.01cm³
F.2.2 液氮杜瓦瓶,用于提供低温冷源。
F.2.3 温度传感器,精度±0.1℃

F.3 试样制备

F.3.1 试样尺寸为(20~30)mm×(20~30)mm×(20~30)mm
F.3.2 试样应平整,表面无裂纹、空洞和损伤,尺寸偏差不应超过±0.5mm
F.3.3 每组试验应制备3块相同的试样。

F.4 试验步骤

F.4.1 测量并记录试样在20℃时的外观体积。
F.4.2 将试样放入低温气体置换法密度计的样品室中,将温度降至-196℃±1℃,并保持30min,使试样温度均匀。
F.4.3 通入氦气,测量试样在-196℃时的真实体积和开孔体积。
F.4.4 重复测量3次,取平均值作为试验结果。

F.5 结果计算

低温闭孔率按式(F.1)计算:

[
V_c = frac{V_t - V_o}{V_a} times 100%
]

式中:
V_c——低温闭孔率,%
V_t——试样的真实体积,单位为立方厘米(cm³)
V_o——试样的开孔体积,单位为立方厘米(cm³)
V_a——试样的外观体积,单位为立方厘米(cm³)

取三块试样试验结果的算术平均值作为最终结果,保留整数。

F.6 试验报告

试验报告应包括下列内容:
a) 试样名称、规格、标记;
b) 试验环境条件;
c) 仪器设备型号;
d) 试验温度;
e) 外观体积、真实体积和开孔体积;
f) 低温闭孔率;
g) 试验日期、试验人员。

 

参考文献

[1] GB/T 1.1-2009 标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写
[2] GB 50264-2013 工业设备及管道绝热工程设计规范
[3] ASTM C518-17 Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus
[4] ASTM C177-19 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus
[5] ISO 8301:2018 Thermal insulation—Determination of steady-state thermal resistance and related properties—Heat flow meter apparatus
[6] ISO 8302:2018 Thermal insulation—Determination of steady-state thermal resistance and related properties—Guarded hot plate apparatus