聚氨酯泡沫材料及成型方法總結(jié)

-.z.聚氨酯泡沫材料一、概況聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱。但凡在高分子主鏈上含有許多重復(fù)的-NHCOO-基團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為聚氨基甲酸酯。一般聚氨酯系由二元或多元有機(jī)異氰酸酯(通常為甲苯二異氰酸酯，簡稱TDI)與多元醇化合物〔聚醚多元醇或聚酯多元醇〕相互作用而得。由于聚氨酯的構(gòu)造不同，性能也不一樣。利用這種性質(zhì)，聚氨酯類聚合物可以分別制成塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑等。近二十年來，聚氨酯在這幾個(gè)方面的應(yīng)用都開展很快，特別是聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯橡膠、聚氨酯涂料開展更加迅速。泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品種之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相對(duì)密度較小，質(zhì)輕，隔熱隔音，比強(qiáng)度高，減振等優(yōu)異特性。根據(jù)所用原料不同和配方的變化，可制成軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料幾種。圖1聚氨酯泡沫合成主要原料1.1聚氨酯泡沫形成的化學(xué)機(jī)理多元醇與多異氰酸酯生成聚氨酯的反響，是所有聚氨酯泡沫塑料制備中都存在的反響。發(fā)泡過程中的"凝膠反響〞一般即指氨基甲酸酯的形成反響。因?yàn)榕菽喜捎枚喙倌芏仍希玫降氖墙宦?lián)網(wǎng)絡(luò)，這使得發(fā)泡體系能夠迅速凝膠?；鶊F(tuán)反響如下：—NCO+—OH→—NHCOO—在有水存在的發(fā)泡體系中，例如聚氨酯軟泡發(fā)泡體系、水發(fā)泡聚氨酯硬泡體系，多異氰酸酯與水的反響不僅生成脲的交聯(lián)〔凝膠反響〕，而且是重要的產(chǎn)氣發(fā)泡反響。所謂"發(fā)泡反響〞，一般是指有水參加的反響。—NCO+H2O+OCN—→—NHCONH—+CO2↑上述幾個(gè)反響產(chǎn)生大量的熱，這些熱量可促使反響體系溫度迅速增加，是發(fā)泡反響在短時(shí)間內(nèi)完成。并且，反響熱為物理發(fā)泡劑〔輔助發(fā)泡劑〕的氣化發(fā)泡提供了能量二、軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料〔簡稱聚氨酯軟泡〕是指具有一定彈性的一類柔軟性聚氨酯泡沫塑料，它是用量最大的一種聚氨酯產(chǎn)品。聚氨酯軟泡的泡孔構(gòu)造多為開孔的。一般具有密度低、抗氧化老化、耐油耐溶劑、彈性回復(fù)好、吸音、透氣、保溫性能，主要用作家具墊材、交通工具座椅墊材、各種軟性襯墊層壓復(fù)合材料，工業(yè)和民用上也把軟泡用作過濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材料及隔熱保溫材料2.1發(fā)泡原理及工藝預(yù)聚體法發(fā)泡工藝原理預(yù)聚體法發(fā)泡工藝通常應(yīng)用于聚醚型泡沫塑料。而聚酯型泡沫塑料因聚酯本身粘度較大，生成預(yù)聚體后粘度更大，在發(fā)泡時(shí)不易操作，一般都不用此法。預(yù)聚體法發(fā)泡工藝既是將聚醚多元醇和而異氰酸酯先制成預(yù)聚體，然后在預(yù)聚體中參加水、催化劑、外表活性劑和其他添加劑，載高速攪拌下混合進(jìn)展發(fā)泡。固化后在一定溫度下熟化即軟質(zhì)泡沫塑料。其流程示意圖如下聚醚多元醇聚醚多元醇預(yù)聚體預(yù)聚體二異氰酸酯二異氰酸酯水水催化劑催化劑外表活性劑外表活性劑添加劑添加劑圖2預(yù)聚體發(fā)泡流程示意圖預(yù)聚體工業(yè)制法及其發(fā)泡工藝實(shí)例：在帶有攪拌的枯燥反響釜中參加聚酯，然后在室溫下，在攪拌的同時(shí)參加異氰酸酯，由于異氰酸酯和聚酯的反響放熱，因此必須根據(jù)釜的批量大小來控制異氰酸酯的參加速度，是反響溫度不超過90℃，加完后繼續(xù)在90℃溫度下，保持反響1h左右，冷卻后裝入枯燥容器中即為成品。在生產(chǎn)過程中最好能始終通入氮?dú)猓耘懦到y(tǒng)中的水分。發(fā)泡工藝：實(shí)驗(yàn)室小量發(fā)泡一般采用手工發(fā)泡，即將預(yù)聚體、水、催化劑、外表活性劑及添加劑等一次參加，在高速攪拌2~3s后傾入模具內(nèi)進(jìn)展發(fā)泡。半預(yù)聚體發(fā)泡工藝。聚醚多元醇聚醚多元醇預(yù)聚體預(yù)聚體二異氰酸酯二異氰酸酯聚醚多元醇聚醚多元醇水水泡沫制品發(fā)泡泡沫制品發(fā)泡外表活性劑外表活性劑叔胺及其他催化劑叔胺及其他催化劑圖3半預(yù)聚體發(fā)泡工藝流程圖半預(yù)聚體法發(fā)泡工藝目前在一般軟質(zhì)泡沫塑料中采用較少，大局部用于制造半硬質(zhì)制品。目的是為了較好的調(diào)節(jié)物料粘度和泡沫凝膠強(qiáng)度。2.1.3一步發(fā)泡工藝一步發(fā)泡工藝是目前普遍采用的制造工藝，主要是將聚醚〔或聚酯〕多元醇、二異氰酸酯、水、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑及其他添加劑等原料一步參加，在高速攪拌下混合后進(jìn)展發(fā)泡。由于使用了有機(jī)錫等催化劑，反響速度較快，放熱時(shí)溫度較高，不需要在發(fā)泡后在進(jìn)展加熱熟化，并采用了有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑，因而在聚醚等物料粘度較低的情況下也能得到泡孔較為均勻的泡沫制品。加上不需要預(yù)聚體的反響裝置，因而具有工藝簡單、設(shè)備投資少、易于操作管理等優(yōu)點(diǎn)。由于物料粘度較小，對(duì)制造低密度和模塑成型制品尤為有利，因而目前絕大局部生產(chǎn)已采用一步法發(fā)泡工藝。其流程圖如下聚醚〔或聚酯〕多元醇聚醚〔或聚酯〕多元醇多異氰酸酯多異氰酸酯泡沫制品發(fā)泡混合泡沫制品發(fā)泡混合水水催化劑催化劑外表活性劑外表活性劑外發(fā)泡劑及其他添加劑外發(fā)泡劑及其他添加劑圖4一步發(fā)泡工藝示意圖2.1.4箱式發(fā)泡工藝小規(guī)模生產(chǎn)塊狀軟泡通常采用箱式發(fā)泡工藝，這是一種間歇式生產(chǎn)工藝，這種發(fā)泡方法適用于實(shí)驗(yàn)室手工發(fā)泡。反響物料混勻后立即倒入一只木制或鐵皮制成的箱子一樣的敞口模具中發(fā)泡成型，故得名"箱式發(fā)泡〞。箱式發(fā)泡的主要設(shè)備包括：①電控機(jī)械攪拌器，混合料筒；②模具〔箱〕；③稱量工具，如天平、臺(tái)秤、量杯、玻璃注射器等計(jì)量工具；④用于控制攪拌時(shí)間的秒表。生產(chǎn)時(shí)，需在箱內(nèi)壁涂用少量脫模劑，使泡沫容易脫出。2.2軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的其他品種高回彈軟質(zhì)泡沫塑料高回彈軟質(zhì)泡沫塑料，又稱"HR〞泡沫〔highresiliencyfoam〕。由于這類泡沫制品可以冷熟化，加工工藝簡單，物性優(yōu)良，因而引起各工業(yè)部門的重視，應(yīng)用也日益廣泛，它和常規(guī)熱熟化泡沫塑料相比有諸多優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)良的機(jī)械性能高回彈泡沫制品和一般制品相比，具有較高的彈性；低的滯后損失；較高的壓縮復(fù)合比值；類似乳膠外表的手感和良好的透氣性。消耗能量低高回彈泡沫由于可以冷熟化，因而在生產(chǎn)中耗能低。具有較好的耐燃性高回彈泡沫塑料由于其特有的內(nèi)在分子構(gòu)造，因而比一般泡沫塑料有較低的可燃性，不含或含少量阻燃劑的制品即可到達(dá)自息級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。阻燃性軟質(zhì)泡沫普通聚氨酯泡沫塑料都為可燃性聚合物。特別是軟質(zhì)泡沫塑料，開孔率較高，密度較小，對(duì)空氣接觸面積大，因而較其他非泡沫聚氨酯更易燃燒，這給工業(yè)及生活使用帶來了一定的局限性。一般將阻燃性軟質(zhì)泡沫分為兩種：一種是添加型，即在泡沫制品中參加阻燃性物質(zhì)，如各種含磷，氯、溴、硼等化合物，特別是幾種阻燃物質(zhì)的混合物，更可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而提高制品的阻燃性能；另一種是構(gòu)造型，它在聚醚〔或聚酯〕多元醇或多異氰酸酯中引入磷、氯、溴、硼、氮等元素來到達(dá)阻燃目的。半硬質(zhì)泡沫半硬質(zhì)泡沫塑料是聚氨酯塑料的一大品種。該制品的特點(diǎn)是具有較高的壓陷硬度和較高的密度。它的交聯(lián)密度遠(yuǎn)高于軟質(zhì)泡沫塑料而僅次于硬質(zhì)制品超柔軟泡沫塑料超柔軟聚氨酯泡沫塑料的特點(diǎn)是密度小壓縮強(qiáng)度低，一般都用于床墊、低負(fù)荷墊子和枕頭芯等方面高密度泡沫橡膠高密度泡沫橡膠，又稱微孔軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其通常密度為240-960kg/m3，根據(jù)需要可制成開孔或閉孔型等各種產(chǎn)品。它與其他微孔橡膠相比，其特點(diǎn)是具有優(yōu)異的物理性能，如較高的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性能，它的避震性能也較好，承載負(fù)荷性能也優(yōu)于一般通用橡膠。親水性軟質(zhì)泡沫塑料親水性聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料大局部應(yīng)用于制造海綿、地毯或織物襯里、耐火絕緣層等，最近在農(nóng)藝、花卉種植方面用于人工土壤，它對(duì)水有較大的親和力和較大的吸水率。三、硬質(zhì)聚氨酯泡沫硬質(zhì)聚氨酯泡米塑料是指在一定負(fù)荷作用下不發(fā)生明顯形變。當(dāng)負(fù)荷過大發(fā)生形變后不能恢復(fù)到初始狀態(tài)的泡沫塑料。它是一種性能優(yōu)良的絕熱材料和構(gòu)造材料。其主要特點(diǎn)是：質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率小、性能好，應(yīng)用范圍廣、絕緣效果好、重量輕、比強(qiáng)度大耐化學(xué)腐蝕和隔音效果好。在聚氨酯各類產(chǎn)品中，產(chǎn)量僅次于軟質(zhì)泡沫塑料。3.1主要合成原料硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要原料中異氰酸酯常用多苯基屢次甲基多異氰酸酯〔MDI〕。3.2發(fā)泡方法生產(chǎn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料有三種方法：預(yù)聚法、半預(yù)聚法和一步法?！?〕預(yù)聚法是把全部的聚醚多元醇〔或聚酯多元醇〕和異氰酸酯反響，生成預(yù)聚體；在催化劑的作用下，預(yù)聚體與水反響生成泡沫塑料。泡沫塑料的密度取決于游離異氰酸酯基〔NCO〕的含量和水的用量?！?〕半預(yù)聚體法制備預(yù)聚體，首先把過量的多異氰酸酯和配方中的局部多元醇反響，所得預(yù)聚體的游離NCO含量范圍在20%-35%之間。發(fā)泡時(shí)，把預(yù)聚體和剩余的聚醚多元醇〔或聚酯多元醇〕、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、催化劑等混合，反響而得到泡沫塑料?！?〕一步法發(fā)泡是指聚醚或聚酯多元醇、異氰酸酯、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等原料經(jīng)過計(jì)量全部混合在一起，發(fā)生化學(xué)反響后生成硬質(zhì)泡沫塑料的方法。大局部的一步法是在室溫下進(jìn)展的，所以，用于一步法反響的各種原料在室溫下最好是液體，并要求各原料相互間的混溶性好。3.3成型工藝3.3.1手工發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料最簡便的成型方法是手工發(fā)泡〔澆注發(fā)泡〕。把各種原料準(zhǔn)確稱量后，置于一容器中，然后立即把這些原料混合均勻，注入到模具或需要填充泡沫塑料的空腔中去，立即發(fā)行化學(xué)反響并發(fā)泡后得到泡沫塑料。手工發(fā)泡的原材料利用率低，一般約有5%-10%的原料粘附在容器壁上。手工發(fā)泡只適用于現(xiàn)場臨時(shí)施工或生產(chǎn)少量不定型的制品或制作泡沫塑料試樣。3.3.2噴涂發(fā)泡噴涂發(fā)泡成型是指把硬質(zhì)聚氨酯泡沫的原料直接噴射到無間的外表，并在外表上發(fā)泡的成型方法，噴涂發(fā)泡主要應(yīng)用于硬質(zhì)泡沫塑料。反響注射模塑〔RIM〕就是把多種反響性較高的液體原料，通過混合頭，注射到密閉餓模具中成型的方法。RIM過程對(duì)原料要求是反響活性大，黏度小3.4硬質(zhì)聚氨酯泡沫的應(yīng)用〔1〕食品等行業(yè)冷凍冷藏設(shè)備:如冰箱、冰柜、冷庫、冷藏車等，聚氨酯硬泡是冷凍冷藏設(shè)備的最理想的絕熱材料?！?〕工業(yè)設(shè)備保溫:如儲(chǔ)罐、管道等?！?〕建筑材料:在歐美興旺國家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡總消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上;在中國，硬泡在建筑業(yè)的應(yīng)用還不像西方興旺國家那樣普遍，所以開展的潛力非常大?！?〕交通運(yùn)輸業(yè):如汽車頂篷、內(nèi)飾件等?！?〕仿木材:高密度