一种低导热系数的保温水表箱的制作方法

1.本发明涉及水表箱技术领域，具体涉及一种低导热系数的保温水表箱。


背景技术：

2.水表箱是常用的民用基础设备设施，广泛应用于乡镇、大中小城市的民用基础建设中，主要作用是保护水表。在实际环境中，由于外界环境变化，如温度升高带来水表老化损耗速度快，而在寒冷冬季环境下，特别是北方地区，容易造成水表冻坏的情况；其次在使用过程中潮湿空气、灰尘等因素也会进入箱体对水表本身造成损害，缩短其使用寿命，增加维修和替换成本。
3.现有技术中的水表箱大多采用箱体内设计保温层的方式提高水表箱的保温效果，以抵抗温度变化给水表带来的影响。如cn107588821a中公开了一种超耐寒防冻防腐保温水表箱，包括箱体，箱体与箱门铰接；所述箱体内设置水表，在水表四周嵌设保温结构，所述保温结构包括包覆于水表外围的保温块，保温块内嵌设伴热带；但其结构设计复杂，制备过程繁琐，成本较高。
4.cn 214621346 u公开了一种防冻水表保温箱，包括箱体，所述箱体的表面铰接有箱门，所述箱门的左侧固定连接有铰链，所述箱门的表面固定连接有门锁，所述门锁的表面设置有钥匙孔，所述箱体的表面开设有透气孔，所述箱体的两侧底部均固定连接有侧板，所述箱体的两侧均固定连接有固定片，所述箱体的内壁固定连接有密封条，所述箱体的内壁从外至内依次设置有橡塑发泡板、泡沫、铝箔涂塑。
5.水表保温箱的保温层通常采用聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚酰胺泡沫等材料，但泡沫本身表面硬度不高，在外力作用下非常容易受到磨损和刮擦，现有技术中常采用粘贴保护膜或包裹金属铝制保护膜的方法，但存在粘贴不均匀、导角处难以有效包裹，与泡沫层贴合不紧密易分离等问题。再加之而现有技术中的水表保温箱改进方法结构式设计复杂，箱体的水汽阻隔性还不算高，导热系数较高，保温效果还不够理想。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中水表保温箱的保温、密封效果不理想，或结构设计过于复杂导致成本较高的问题，提供一种通过吸塑工艺将包覆材料覆于保温层外，在简单的水表箱结构基础上，仅仅通过改变一层的制备工艺和材料，大幅度提高水表保温想的保温和密封效果，得到的水表保温箱的导热系数低，防护等级达到最高ip66等级，可有效避免潮湿空气或灰尘浸入箱体内对水表造成腐蚀和损坏。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种低导热系数的保温水表箱，包括箱盖、通过锁扣与箱盖密封配合的箱体，所述的箱盖和箱体的内壁均粘接有低导热保温层，所述箱盖和箱体采用smc复合材料分别模压成型；
9.所述低导热保温层包括与内壁粘结的聚苯乙烯泡沫和真空吸塑在聚苯乙烯泡沫
上的包覆层；所述包覆层的原料组成按照重量份包括：
10.聚苯乙烯树脂
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80-100份；
11.三元乙丙橡胶
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2-10份；
12.隔热填料
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1-10份；
13.相容剂
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5-15份；
14.所述隔热填料为玻璃微珠、纳米硅酸铝和硅烷偶联剂的混合物。
15.本发明采用聚苯乙烯为主的包覆材料覆于聚苯乙烯泡沫表面，一方面解决聚苯乙烯泡沫保温层表面容易受到划伤的问题，且便于清洁；一方面还可以提高整个水表箱的保温隔热效果，提升整体的气密性、防水防潮效果，且两种材料主体均为聚苯乙烯，其间粘接性更好。
16.但由于聚苯乙烯的包覆层本身通常是薄而脆，韧性较差，水汽透过率较大，为了进一步提高水表箱的气密性和隔热效果，本发明对包覆层的原料做了进一步改性，乙丙橡胶具有自粘性和优异的耐化学腐蚀性，本发明选用三元乙丙橡胶提高体系的韧性和黏性，隔热填料降低包覆层的导热系数，提高隔热性，另辅以相容剂使各组分之间相容效果更好。
17.其中关键在于隔热填料的复合配方，申请人选用了多种隔热助剂进行尝试，发现采用单一的组分效果并不是很理想，特别是其中玻璃微珠添加量大后会导致包覆材料的韧性下降明显，当采用玻璃微珠和纳米硅酸铝配合使用下，包覆材料的导热性能大幅度提升，但包覆材料的韧性和黏性不是很好，与聚苯乙烯泡沫贴附不够紧密，在外力作用下很容易脱离，而加入硅烷偶联剂后不仅能够缓解其韧性的下降，还能与三元乙丙橡胶相互配合提高包覆材料的黏性，与聚苯乙烯泡沫贴合紧密，提升水表保温箱的综合性能。
18.所述隔热填料中玻璃微珠、纳米硅酸铝和硅烷偶联剂的质量比为0.5-3:0.5-5:2-6。玻璃微珠和纳米硅酸铝的含量不宜过高，通常在5份以下，优选3份以下，以确保体系的韧性和硅烷偶联剂能够起到有效的增粘效果。
19.优选地，所述隔热填料中玻璃微珠、纳米硅酸铝和硅烷偶联剂的质量比为0.5-2:0.5-2:2-6；该比例下得到的水表箱中包覆层气密性和贴合性更优。
20.进一步优选地，玻璃微珠、纳米硅酸铝和硅烷偶联剂的质量比为1:1.5:5。
21.优选地，所述包覆层的原料组成按照重量份包括：
22.聚苯乙烯树脂
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80-90份；
23.三元乙丙橡胶
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2-8份；
24.隔热填料
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3-8份；
25.相容剂
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5-15份。
26.所述的相容剂为马来酸酐、poe-g-gma、eva-g-ma中的一种或多种。
27.所述玻璃微珠的粒径为2-10微米；所述纳米硅酸铝的粒径为5-50nm；所述硅烷偶联剂包括kh-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、kh-560(γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)或kh-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)中的一种或二种以上的混合；
28.箱盖或箱体与聚苯乙烯泡沫采用聚丙烯酸树脂、热熔胶粘剂或乙烯基聚合物粘结；
29.箱盖和箱体密封处设置有橡胶密封层。
30.优选地，采用乙烯基聚合物进行粘结，如景宏h-1507，该产品为乙烯基的聚合物，
与聚苯乙烯中组分类似，粘结效果更好；
31.所述低导热保温层的制备过程包括步骤：
32.制备与水表箱内壁尺寸匹配的聚苯乙烯泡沫；将所述聚苯乙烯泡沫替代吸塑机中模具，并将包覆材料用夹具固定于聚苯乙烯泡沫上方；通过真空吸塑机上的加热房对包覆材料加热，随后将包覆材料下压至聚苯乙烯泡沫上，用真空泵将包覆材料与聚苯乙烯泡沫之间的空气抽真空，包覆材料真空吸塑于聚苯乙烯泡沫外层形成包覆层，待包覆层冷却定型后下降模台，得到所述低导热保温层。
33.优选地，对包覆材料的热温度为160-200℃，加热30-60s；
34.优选地，真空吸塑过程中真空强度为-0.095～-0.1mpa；抽真空8-15s，包覆层冷却时间为20-35s。
35.所述包覆材料的制备过程包括：
36.步骤1，将玻璃微珠、纳米硅酸铝和硅烷偶联剂混合得到隔热填料；
37.步骤2，将聚苯乙烯树脂、三元乙丙橡胶、隔热填料和相容剂熔融混炼、塑化挤出铸成厚片，经纵向拉伸定型、横向拉伸定型，得到所述包覆材料。
38.步骤2中熔融温度为200-250℃；纵向拉伸的预热温度为75-100℃；横向拉伸的预热温度为100-150℃；
39.本发明的低导热保温层的导热系数不高于0.035w/(m
·
k)，保温水表箱的防护等级在ip66级以上。优选导热系数不高于0.030w/(m
·
k)。
40.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
41.(1)本发明采用聚苯乙烯的包覆材料覆于聚苯乙烯泡沫表面，一方面解决聚苯乙烯泡沫保温层表面容易受到划伤的问题，且便于清洁；一方面还可以提高整个水表箱的保温隔热效果，提升整体的气密性、防水防潮效果，得到的水表保温箱的导热系数低，防护等级达到最高ip66等级，可有效避免潮湿空气或灰尘浸入箱体内对水表造成腐蚀和损坏。
42.(2)本发明中选用了多种隔热助剂配合使用，提升吸塑包覆材料的隔热性能和黏性，与聚苯乙烯泡沫贴合紧密，提升水表保温箱的综合性能。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
44.以下具体实施方式中所采用的原料均购于市场，玻璃微珠的粒径为2-10微米；纳米硅酸铝的粒径为10-20nm，硅烷偶联剂选用kh-550，粘接剂选用景宏h-1507，相容剂选择poe-g-gma。
45.水表保温箱的防护等级按照gb/t 4208-25017标准测试，低导热保温层的导热系数按照gb/t 10294-2008进行测试。包覆材料力学性能测试按照gb13022-1991进行。
46.实施例1
47.一种低导热系数的保温水表箱的低导热保温层制备过程如下，原料配方如表1所示：
48.步骤1，取玻璃微珠、纳米硅酸铝和kh-550混合得到隔热填料；
49.步骤2，将聚苯乙烯树脂、三元乙丙橡胶、步骤1的隔热填料和poe-g-gma混合均匀后，加入到挤出机，通过挤出机熔融、挤出，熔融温度为200-220℃；
50.将挤出物铸成厚片，在纵拉伸机上进行预热，预热温度80℃，进行纵向拉伸和定型；再将薄膜在横拉伸机上进行预热，预热温度120℃，进行横向拉伸和定型，之后对薄片进行修边和测厚，收卷得到包覆材料；
51.步骤3，切割获取与箱盖尺寸匹配的聚苯乙烯泡沫；将所述聚苯乙烯泡沫替代吸塑机中模具，并将包覆材料用夹具固定于聚苯乙烯泡沫上方；通过真空吸塑机上的加热房对包覆材料加热，加热温度为170℃，加热35s，随后通过轨道将加热好的包覆材料拉出到聚苯乙烯泡沫上方指定位置，通过升降台将聚苯乙烯泡沫上升到加热好的包覆材料下方结合处，在包覆材料上方设置一上模，将包覆材料下压至聚苯乙烯泡沫上，用真空泵将两者之间的空气抽真空，真空强度为0.95kpa，抽真空10s，使包覆材料真空吸塑于聚苯乙烯泡沫外层形成包覆层，冷却25s定型后下降模台，得到所述低导热保温层；
52.同样方法制备与箱体尺寸匹配的低导热保温层。
53.实施例2-3和对比例1-4
54.按照实施例1的工艺，调整各原料组成如表1所示，得到不同比例下的低导热保温层。
55.将提前制备好的smc复合材料的水表箱箱体内层涂覆粘接剂景宏h-1507，将所述低导热保温层贴附箱盖和箱体内壁，箱盖和箱体密封处用橡胶密封，配合两组连接扣连接，得到低导热系数的保温水表箱。
56.表1实施例和对比例的原料组成
57.原料种类实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3对比例4聚苯乙烯85859085858585三元乙丙橡胶51060505玻璃微珠111.51311纳米硅酸铝1.51.51.51.531.50硅烷偶联剂55651.505相容剂10101010101010
58.对比例5
59.以未进行真空吸塑包覆层的聚苯乙烯泡沫作为保温层的对照。
60.对实施例1-3和对比例1-4制备的包覆材料进行力学性能测试，并对不同实施例和对比例制备的保温层的导热系数进行测试，结果表2所示。
61.表2
[0062][0063]
从表2中数据可见，未添加三元乙丙橡胶或硅烷偶联剂均会对产品的韧性有所影响，而隔热填料中各组分含量不适当也将导致产品脆，且不韧，不利于水表保温箱的长期使用。而对比例4中只添加了玻璃微珠和硅烷偶联剂作为隔热材料，其导热系数有所提升。
[0064]
经尝试将吸塑的包覆层从聚苯乙烯泡沫上进行剥离，发现未添加三元乙丙橡胶和硅烷偶联剂的保温层，剥离较为容易，而其他实施例中包覆层和聚苯乙烯泡沫贴合较为紧密。
[0065]
因此可见需要各种隔热填料配合使用，并且保证三元乙丙橡胶和硅烷偶联剂的添加来保持包覆层的韧性，得到的保温层综合性能更为优异。
[0066]
对不同保温层制备的水表箱进行防护等级测试，其中实施例1-3的防护等级均达到ip66，而对比例1-4制得的水表箱防护等级仅能到达ip55或ip45的情况，对比例5中未进行包覆材料包覆保温层的水表箱其防护等级仅为ip54，且保温层因无保护膜包覆，易收到刮伤，效果相差较大。