毕业论文全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究.doc

毕业论文 高分子材料与工程毕业论文 专业：高分子材料与工程高分子材料与工程 题目：全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究 毕业论文 I 摘要 采用多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂和阻燃剂等为原料制备了全水发泡阻燃聚 氨酯硬质泡沫（PURF） ，讨论了聚醚多元醇种类、催化剂、发泡剂、异氰酸酯指数以及阻 燃剂对聚氨酯硬质泡沫性能的影响。结果表明 ，聚酯多元醇能够改善泡孔结构 ，但降 低压缩强度和尺寸稳定性；不同催化剂复配 ，可以控制发泡工艺;水发泡剂与泡沫的密 度、泡孔结构、力学性能有关；异氰酸酯指数在 1.11.2 时 ，泡沫的压缩强度、尺寸 稳定性等较好;三(2-氯异丙基) 磷酸酯(TCPP)可赋予聚氨酯硬质泡沫一定的阻燃性，但 对泡体结构、压缩强度和尺寸稳定性有影响。 关键词关键词：聚氨酯硬质泡沫，全水发泡，阻燃性能 毕业论文 II ABSTRACT The water-blown rigid polyurethane flame-retardant foam(PURF) was prepared by polyol, isocyanate , catalyst ,blowing agents and flame retardants as raw materials,in this pape. The types of polyrther polyols, catalysts, blowing agents,isocyanate index and fire retardant on the PURF performance were investgated. The results show that the polyester polyol can improve the cell structure, but reduce the compression strength and dimensional stability; different catalyst compound, can control the foaming process; water foaming agent and foam density, cell structure, the mechanical properties; isocyanate index of 1.1 to 1.2, the foam compression strength, good dimensional stability, etc.; Tris-(2-chloroisopropyl)phosphate phosphate (TCPP) flame retardant may be given to PURF certain, but on the bubble structure, compressive strength dimensional stability, and impact. Keywords：Rigid Polyurethane Foam,Water-blown, Flame retardant 毕业论文 III 目目 录录 摘要摘要 .I ABSTRACTII 第一章第一章 前言前言.1 1.1 聚氨酯概况.1 1.1.1 聚氨酯简介及其应用1 1.2 聚氨酯的发展现状及趋势.2 1.3 硬质聚氨酯泡沫塑料3 1.3.1 硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点3 1.3.2 聚氨酯泡沫塑料的制备3 1.3.3 聚氨酯硬泡的应用4 1.4 硬泡全水发泡技术4 1.5 全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究5 第二章第二章 实验部分实验部分.6 2.1 实验仪器及药品.6 2.2 基本化学反应及泡沫形成原理.7 2.3 硬泡合成过程及样品的制备7 2.4 抗压强度8 2.5 表观密度（GB/T 6343-1995）8 2.6 吸水率的测定9 第三章第三章 结果与讨论结果与讨论.10 毕业论文 IV 3.1 配方影响因素.10 3.1.1 多元醇的选择及用量对泡沫性能的影响10 3.1.2 异氰酸酯指数的确定12 3.1.3 水的量对聚氨酯泡沫性能的影响13 3.1.4 聚氨酯硬泡的阻燃性能15 结结 论论.16 参考文献参考文献.17 致致谢谢.18 毕业论文 0 第一章第一章 前言前言 1.11.1 聚氨酯概况聚氨酯概况 1.1.11.1.1 聚氨酯简介及其应用聚氨酯简介及其应用 聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上含有许多重复的(-NHCOO-)氨基 甲酸酯基团的高分子化合物通称为聚氨酯。一般聚氨酯系由二元或多元有机异氰酸酯与 多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而得。根据所用原料官能度数目的 不同，可以制成线形结构或体形结构的高分子聚合物。由于聚合物的结构不同，性能也 不一样。利用这样的性质，聚氨酯类聚合物可以分别制成塑料、橡胶、纤维、涂料、胶 粘剂等1。近二十年来，聚氨酯在这几个方面的应用都发展很快，特别是聚氨酯泡沫塑 料、聚氨酯橡胶、聚氨酯涂料发展更加迅速。 聚氨酯泡沫塑料具有优良的物理机械性能、电学性能和耐化学性能，尤其是硬质聚 氨酯泡沫塑料的热导率特别低，是一种优质的绝热保温保冷材料。聚氨酯泡沫塑料的密 度大小及软硬程度均可以随着原料及配方的不同而改变，加上成型施工方面，使其它塑 料品种无法与其相比。 聚氨酯泡沫塑料又分为软质聚氨酯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料。软质聚氨酯泡 沫塑料，简称聚氨酯软泡，是一种具有一定弹性的柔软性聚氨酯泡沫塑料，它是聚氨酯 制品中用量最大的一种聚氨酯产品。 长期以来，聚氨酯软泡沫塑料的应用主要作为衬垫及绝热保温材料。现在的趋向是 不断扩大应用领域，在农业上用于作物栽培，代替土壤，使农业生产工厂化，改造土壤， 疏松土质，吸着肥料，提高肥料的利用率；在运输业上作为车辆的安全防震缓冲材料； 在三废回收治理中，作为油类、农药的吸附材料，保护环境；在医药上作为包扎材料， 代替石膏；以及一些国防尖端、航空宇宙飞行中的特殊材料。此外，可用作包装材料、 过滤材料以及抗菌除臭泡沫等。为了建筑物的节能，建筑部已颁布节能措施，要求采用 新型保温绝热材料，聚氨酯泡沫塑料夹层材料是推广应用的主要品种之一，因而将会进 一步扩大聚氨酯泡沫材料的发展。 聚氨酯软泡多为开孔结构，具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能， 主要用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材，工业和民用上也把软泡用作过滤 材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等。 毕业论文 1 按软硬程度，即耐负荷性能的不同，聚氨酯软泡可以分为普通软泡、超柔软泡、高 承载软泡、高回弹软泡等，其中高回弹软泡、高承载软泡一般用于制造座垫、床垫。按 生产工艺的不同，聚氨酯软泡又可分为块状软泡和模塑软泡，块状软泡是通过连续法工 艺生产出大体积泡沫再切割成所需形状的泡沫制品，模塑软泡是通过间隙法工艺直接将 原料混合后注入模具发泡成所需形状的泡沫制品3。 聚氨酯软泡的主要用途包括以下几个方面4： 1.垫材：如座椅、沙发、床垫等，聚氨酯软泡是一种非常理想的垫材材料，垫材也 是软泡用量最大的应用领域。 2.吸音材料：开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能，可用作室内隔音材料。 3.织物复合材料：玩具，等。 1.21.2 聚氨酯的发展现状及趋势聚氨酯的发展现状及趋势 随着我国国民经济的增长，国内近几年聚氨酯业发展也经历了日新月异的变化，其 规模也是举世瞩目的，尤其是汽车和电子业的飞速发展使聚氨酯应用领域也实现了更多 元化的发展。 近年来世界聚氨酯研究比较活跃，主要集中于原料的选择、工艺路线的优化及物 性改善等方面。液晶聚氨酯是由刚性致介基因和柔性间隔基团连接而成，是一种在溶体 状态下有液晶性能的聚氨酯弹性体。该材料具有良好的机械、热稳定、高弹性、高延伸 性能及良好的加工性能。液晶聚氨酯弹性体的合成采取一步或二步聚会的方法加工成型， 工艺多样，挤出、注射模塑、涂覆均可5。 作为一个年均增长率长期高于全球经济增长率的产业，聚氨酯工业迅猛发展的势头 有赖于其技术的快速发展及应用领域的不断拓展。随着聚氨酯产品大众化趋势的加剧， 开发新产品、拓展新用途对聚氨酯工业能否继续保持良好发展势头变得至关重要。在其 他聚氨酯新技术的研发中，降低 VOC 和中间体游离 TDI 技术的研究、可降解回收的聚氨 酯材料的研制、喷涂聚脲弹性体技术等也是业界关注的焦点，这些技术恰恰也是建立在 保护环境、促进经济可持续发展的基础上。而拓展聚氨酯产品新用途和新的应用领域， 则是各大公司重点研究方向。 1.31.3 硬质聚氨酯泡沫塑料硬质聚氨酯泡沫塑料 1.3.1 硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点 硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一，它具有密度在 大范围内可调，绝热隔音性能较佳，比模量和比强度高，有较好的化学稳定性等优点;同 时合成硬质聚氨酯泡沫塑料的原料(主要指聚多元醇)结构多变，使其性能变化范围广泛， 毕业论文 2 而且加工方式灵活，既可以自由发泡，又可以模塑成型，还可以现场喷涂.因此硬质聚氨 酯泡沫塑料受到普遍重视而发展迅速。硬质聚氨酯泡沫塑料的用途主要分为两大类，即 绝热材料和结构材料，前者的密度一般在 0.1 g/cm3 以下，主要用于工业或家用的隔热 和制冷，后者的密度一般超过 0.1 g/cm3，主要用于汽车工业和建筑结构件，因为其密 度小，比模量和比强度高，也为航空和航天应用领域所关注。硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是 指在一定负荷作用下不发生明显形变，当负荷过大发生形变后恢复到初始状态的泡沫塑 料。它是一种优良的绝热材料和结构材料，在聚氨酯中的消费量仅次于软质聚氨酯泡沫 塑料6。 硬质聚氨酯泡沫塑料由于成型工艺简单、导热系数低、比强度高、抗辐射、耐腐蚀 等优良性能，而广泛用于包装、电子密封、减震等领域中，但弯曲强度和冲击强度稍差 一些，为了进一步提高其力学性能，常采用在聚氨酯体系中加入填料，如玻璃纤维、玻 璃微球和无机填充物等。采用玻璃纤维对其进行增强是目前国内外采用较多的一种增强 手段，己经有比较成熟的工艺及技术途径，其增强效果己被许多文献报道。为了有效提 高聚氨酯体系的力学性能，从成型工艺、原材料配方、成品密度等角度对体系进行了各 种研究，并取得了一系列的进展。除此以外，目前更倾向于从复合材料界面的角度来分 析增强机理，越来越多的研究表明界面结合强度及界面层形成对成品的力学性能有非常 大的影响，通过进行界面设计及结构改善，可有效提高玻璃纤维在基材中的分散性能、 增加玻璃纤维与基材的结合强度,进一步提高增强效果。 1.3.2 聚氨酯泡沫塑料的制备 发泡聚氨酯硬泡一般为室温发泡，成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手 工发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇 注发泡及喷涂。 聚氨酯泡沫塑料在合成过程中伴有复杂的化学变化，影响泡沫结构性能的变化因素 非常多。其中不仅涉及异氰酸酯，多元醇与水之间的化学反应，而且也涉及到起泡的胶 体化学。泡沫体系的化学反应包括有扩链，起泡与交联等过程。这些反应与参加反应的 物质结构、官能度、分子量等均有关系。通常聚氨酯泡沫塑料是通过在液态聚合物中引 入气相，然后经加热或化学方法固化来得到8。发泡过程分成 3 个阶段：首先是液态聚 合物内小泡的成核;然后是气泡长大到预定的体积;最后是保持泡体结构的稳定性。 1.3.3 聚氨酯硬泡的应用 聚氨酯硬泡主要用途有以下方面： 毕业论文 3 1.食品等行业冷冻冷藏设备：如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等，聚氨酯硬泡是冷冻 冷藏设备的最理想的绝热材料。 2.工业设备保温：如储罐、管道等。 3.建筑材料：在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占 硬泡总消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中国，硬泡在 建筑业的应用还不像西方发达国家那样普遍，所以发展的潜力非常大。 4.交通运输业：如汽车顶篷、内饰件等。 5.仿木材：高密度（密度 300-700kg/m3）聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构 泡沫塑料，又称仿木材，具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效 率高等特点，强度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可替代木材用作各类高档制 品。 6.灌封材料，等等。 1.41.4硬泡全水发泡技术硬泡全水发泡技术 全水发泡的原理是水与多异氰酸酯反应生成 CO 2 ，CO 2 留在泡沫中作为泡沫塑料 的发泡剂。该体系 ODP 值为零，无毒、环保、工艺简单、对设备无特殊要求、成本低， 是 CFC-11 替代的一条重要路线。全水发泡的 PU 硬泡可用于非绝热用途，如高密度泡沫 塑料、泡沫材料、填充材料等，以及少数绝热要求不高的绝热材料如喷涂绝热硬泡、金 属饰面夹芯板长；用于与管道保温、建筑材料；汽车内饰材料、水加热保温材料等。在 常规发泡体洗中，物理发泡剂具有溶剂稀释效应；能大幅降低泡沫物料的粘度，有利于 各组分的混合，可采用高粘度聚醚多元醇。而全水发泡体系没有物理发泡剂加入，须采 用较低粘度且能与水、助剂良好混容的聚醚多元醇。在制作低密度硬泡时，由于用水量 较大，照成泡沫脆，强度、尺寸稳定性、绝热性能差，且消耗较多的多异氰酸酯。泡沫 塑料的导热系数高时全水发泡技术的主要缺点。25时 CO2 的导热率高达 16.3mW/m. k，较 CFC-11 及其它替代物高。CO2 气体分子小，易穿过聚氨酯硬泡的泡孔而溢出，造 成泡孔内压降低，空气慢慢渗入泡孔。而空气的热导率是 27W/m. k。因此，全水发泡聚 氨脂硬泡的绝热性能不佳，不能用于对绝热性能要求高的场合。如欲得到相同的隔热效 果，CO2 发泡体系的泡沫体厚度须提高 30%以上。另外，CO2 从泡沫孔向外扩散的速度比 空气进入的速度快 1.0 倍为防止发泡收缩，聚氨脂的密度也必须提高，成本也因此大幅 提高。但经配方改良，可使硬泡密度适当降低。全水技术今年来得到长足发展，Bayer 公司的一种全水发泡冷冻集装箱用硬泡体系密度为 65kg/m3,压缩强度为 350kPa、粘接强 度为 0.65MPa，泡沫导热系数为 25 mW/m. k；Dow 等。国内已经有多个单位开发该技术。 许多汽车内饰材料、保温管材、高密度泡沫制品及建筑材料生产技术也采用全水技术。 毕业论文 4 1.51.5全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究 聚氨酯硬质泡沫聚氨酯硬质泡沫塑料是一种性能优越的高分子合成材料 ,它既可作 为绝热保温材料 ,又可作为结构承重材料,广泛应用于建筑、交通运输、冰箱、冰柜、石 油化工管道、航空等领域 。全水发泡技术是 PURF 发泡过程中 ODP 值为零的工艺技术之 一 ,它利用水和异氰酸酯反应生成的 CO2 作发泡剂 ,以替代氯氟烃类发泡剂。但是 ,全 水发泡体系与氯氟烃类体系相比存在许多不足 ,如组合聚醚粘度比较大、泡孔粗大、尺 寸稳定性差等 ,从而限制了全水发泡聚氨酯泡沫的推广和应用 。 目前关于 PURF 全水发泡技术和阻燃的研究已有文献报道 ,BASF、Bayer 等公司 分 别开发了用于全水发泡多元醇组合料 ,均采用了官能度较低、粘度较小的“减粘聚醚 ” 用以改善体系粘度与流动性 ,减小泡沫脆性。而 PURF 的阻燃多采用含磷、氯、溴元素 的有机化合物和固体阻燃剂三聚氰胺（MEL） 、多聚磷酸铵（APP）等 ,这类阻燃剂都可赋 予 PURF 一定的阻燃性 ,但泡沫各项性能都有所下降 。本实验采用多元醇、异氰酸酯、 催化剂、发泡剂和阻燃剂等制备了全水发泡阻燃聚氨酯硬质泡沫。讨论了多元醇种类、 催化剂、发泡剂、异氰酸酯指数以及阻燃剂对 PURF 性能的。 毕业论文 5 第二章第二章 实验部分实验部分 2.12.1 实验仪器及药品实验仪器及药品 实验仪器： 电子天平 上海天平厂 玻璃棒 若干 800ml大烧杯 若干 滴瓶 若干 400ml小烧杯 若干 搅拌器 型号：XSJ-2型， 旋转粘度计 型号：NDJ-1， 电子万能材料试验机 型号：AG-101TA， 磨具 300 mm 120 mm 60 mm,自制 万能试验机 型号：CMT4204, 扫描电镜（SEM） 型号：JSM235C 型 , 氧指数仪 型号：FTA/HFTA型 导热系数测定仪 QT-2500 型 , 实验药品： 聚醚 455 羟值(430mgkoh/g f=4.705) 聚醚 2605 羟值(400 mgkoh/g f=4.761) 聚酯多元醇 3360 羟值(270 mgkoh/g f=2) 硅油 AK8805 粘度 850PaS T-9(酸亚锡) 三乙醇胺 TCPP 粗制 MDI 毕业论文 6 2.22.2 基本化学反应及泡沫形成原理基本化学反应及泡沫形成原理 本工作采用一步法水发泡制作，该体系的化学反应过程十分复杂，发泡所需气体来 自水和异氰酸酯反应生成的二氧化碳，三乙醇胺既是催化剂又是扩链剂，实验中形成主 要化学结构的反应可以用下面的方程式来描述： A. 扩链反应 MDI 与羟基(聚醚多元醇或三乙醇胺)反应生成聚氨基甲酸酯。 O O nOCN-R-NCO + nHOOH CNH - R- NH-CO n 由于聚氨酯泡沫塑料的合成过程中，异氰酸酯是过量的(即异氰酸酯的用量指数大于 l)，因此扩链反应最终产品的末段应为异氰酸酯基团。 B.发泡反应异氰酸酯与水先形成不稳定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳。 NCO + H2O RNCOOH NH2 + CO2 H 氨基进一步和异氰酸酯基团反应生成脲。 H O H NCO + NH2 N C N 2.32.3 硬泡合成过程及样品的制备硬泡合成过程及样品的制备 本工作采用将多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水、阻燃剂等混合均匀 ,作为 A 组分;以 多异氰酸酯作为 B 组分。发泡时 ,调节 A 料、B 料及模具的温度 2530,按配方称取 A、B 料 ,混合后搅拌 20 s,立即倒入模具使其自由发泡 ,同时依次测定上升时间、凝胶 时间、表干时间。泡沫在 50熟化 36 h 后 ,测定相关性能。基本配方见下表： 毕业论文 7 表 2-1 聚氨酯泡沫配方 配 方 质量/份 聚醚 455 10040 聚醚 2605 10040 聚酯多元醇 3360 060 硅油 AK8805 2 T-9 0.2 三乙醇胺 0.8 H2O 15 TCPP 040 异氰酸酯指数 0.91.4 2.42.4 抗压强度抗压强度 参照木材抗压强度实验标准，分别测定了侧面和端面受压两个部位的抗压强度18。 (1)实验仪器 木材万能力学实验机，精度 l0N 和 100N 游标卡尺，精度 0.lmm (2)计算公式 抗压强度(用 /Mpa 表示)按下式计算: = pmax /A 式中，Pmax 为试件破坏时的最大载荷，N； A 为试件受压面面积，mm2。 2.52.5 表观密度（表观密度（GB/TGB/T 6343-19956343-1995） (1)定义 单位体积的泡沫材料在规定温度和相对湿度时的质量。 毕业论文 8 (2)试样尺寸 100mm100mm50mm (3)操作 在电子天平上准确称取试样的质量，精确到0.01g，用千分卡尺测量试 样的尺寸，精确到1%。 (4)计算 d = 1106m / V 式中 d 密度，Kg/m3； m 试样质量，g； V 试样体积，mm3； 2.62.6 吸水率的测定吸水率的测定 吸水率的测试步骤如下： （1）首先称量去掉硬外壳的试样干重 G0； （2）将试样放入去离子水中，在室温下浸泡 2h； （3）取出试样，放在干毛巾上，擦去试样表面吸附的水分，称重 G1； 吸水率用试样吸水前后的质量变化百分比表示 吸水率(G1- G0)/ G0100 式中，G0干燥试样的质量（g） ，G1水饱和后的试样的质量（g） ， 试样的体积密度、吸水率均按照泡沫玻璃绝热制品标准。 （JC/T647-2005）执行。试 样的耐酸腐蚀性按照试样的实际使用环境条件，进行模拟测试。 毕业论文 9 第三章第三章 结果与讨论结果与讨论 3.13.1 配方影响因素配方影响因素 3.1.1 多元醇的选择及用量对泡沫性能的影响 普通的聚醚多元醇采用全水发泡技术制备的阻燃聚氨酯硬质泡沫阻燃性较低，氧指 数仅为 17 左右，而芳香族聚酯多元醇 PS3152 具有优异的耐水解性和热稳定性,可改 善泡沫的酥性和泡孔结构并提高泡沫的性能。因此本实验采用两种多元醇配合使用。 通过调整聚醚多元醇和聚酯多元醇的比例，考察聚酯多元醇用量对全水发泡 PURF 性 能的影响，结果见下。 表 3-1 聚酯多元醇的用量对硬泡密度的影响 质量份 0 20 40 60 密度 /kgm-3 52.1 53.2 53.8 53.5 由表 3-1 可已看出随着聚酯多元醇用量的增大 ，泡沫密度的变化很小，可知聚酯 多元醇的用量对泡沫密度影响较小 。 表 3-2 聚酯多元醇的用量对泡吸水率的影响 质量份 0 20 40 60 吸水率 /% 14.3 9.5 7.4 5.2 由表 3-2 知，聚酯多元醇的用量对泡沫吸水率的影响较大，聚酯多元醇的用量的不 断增大吸水率明显下降，耐水性不断上升。 表 3-3 聚酯多元醇的用量对硬泡沫性状的影响 质量份 0 20 40 60 泡沫性状 脆 韧 韧 韧 粘结性 差 好 好 好 毕业论文 10 由表 3-3 知，聚酯多元醇的用量对泡沫密度的影响较小，泡沫与基材的粘结性得到 了改善。但随着聚酯多元醇用量的增加，压缩强度下降，可能是聚酯密度低 ,交联密度 下降 ,但吸水率降低，耐水解性变好。当聚酯多元醇的用量超过 40 份时，尺寸稳定性 较差。因此，聚酯多元醇 PS-3152 的用量控制在 2040 份。 聚氨酯多元醇配比对硬泡抗压强度的影响 (图 3-1) 由图 一 可以看出随着聚酯多元醇用量的增大泡沫的水平抗压强度和垂直抗压强度 先逐渐递增在聚酯多元醇用量达到 20 份时达到最高值然后逐渐下降，可知在 040 时硬 质泡沫的抗压强度最好。 综上可知，聚酯多元醇的用量对泡沫密度的影响较小，泡沫与基材的粘结性得到了 改善。但随着聚酯多元醇用量的增加，压缩强度下降，可能是聚酯密度低，交联密度下 降，但吸水率降低，耐水解性变好。当聚酯多元醇的用量超过 40 份时，尺寸稳定性较 差。因此，聚酯多元醇 PS-3152 的用量控制在 2040 份。 毕业论文 11 3.1.2 异氰酸酯指数的确定 异氰酸酯指数(R 值 )对制备聚氨酯泡沫性能是十分重要的参数，直接影响到泡沫的 密度、力学性能、粘接强度、尺寸稳定性等。在合成中，R 比值一般为 0.91.4。当 R =NCO/OH =1.0 时，反应性官能团完全反应，形成具有一定交联密度的网状结构。但在实 际反应中，由于原料不纯和存在着各种副反应，常使异氰酸酯相对过量。本实验在水用 量为 3 份、PS23152 用量为 40 份时，考察 R 值对泡沫性能的影响，结果见表 3。 表 3-4 R 值对泡沫密度的影响 R 值 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 密度 /kgm-3 50.4 50.9 52.1 53.2 54.3 57.8 由表 3-4 可以看出，随着 R 值的增加，泡沫密度增大，并且比较明显。 表 3-5 R 值对泡沫尺寸稳定性的影响 R 值 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 尺寸稳定性 % -14.8 -8.5 -1.8 -1.0 -0.8 -0.5 抗压强度(水平)/MPa 0.18 0.22 0.28 0.37 0.38 0.39 抗压强度(垂直)/MPa 0.09 0.16 0.21 0.26 0.28 0.30 通过表 3-5，可以看出随着 R 值的增大泡沫的尺寸稳定性不断地提高，抗压强度也 是不断提高。当 R 值低于 1.1 时，体系中的羟基没有完全反应 ,泡沫的交链密度不够 , 强度下降 ,泡沫的尺寸稳定性较差，这是由于在全水发泡聚氨酯硬泡体系中 ,水作为化 学发泡剂与异氰酸酯反应生成脲键及异氰脲酸酯键，而消耗了部分异氰酸酯;当 R 值在 1.11.3 时 ,泡沫在 90下放置 48 h,尺寸基本保持不变，因为芳香异氰酸酯分子中含 有刚性结构的苯环以及反应生成的氨基甲酸酯、脲及缩二脲等基团组成的“硬链段” ，故 强度较高。在一定范围内，R 值越高，刚性结构的硬链锻的交联密度越大，泡沫分子的 内聚力也越强，所得的泡沫具有良好的压缩强度及尺寸稳定性 。但当 R 值为 1.4 时， 虽然泡沫尺寸稳定性较好，但是泡沫交链密度太大，泡沫极脆，粘结性能较差，增加泡 沫的生产成本。 综上，R 值应该控制在 1.11.2 之间。 毕业论文 12 3.1.3 水的量对聚氨酯泡沫性能的影响 由于全水发泡体系中泡孔内 CO2 是由水与异氰酸酯反应而得，因此水的用量对泡沫 性能有很大的影响。水用量对泡沫性能的综合影响见下表。 表 3-6 泡剂水用量对泡沫性能的影响 量份 1 2 3 4 5 密度 /kgm 72.9 63.4 53.2 46.3 38.4 由表 3-6 可知，泡沫的密度随发泡剂水用量的增加而下降，这是因为水用量增加， 水与异氰酸酯反应产生的 CO2 多，所以密度降低。 表 3-7 发泡剂水的用量对泡沫吸水性的影响 质量份 1 2 3 4 5 吸水率 /% 3.1 9.2 9.5 18.4 42.3 由表 3-7 又可以看出，泡沫的吸水率随发泡剂水用量的增加而增加，结合前面可以 看出，是因为吸水率与材料的密度和泡孔结构有关。当材料密度大，泡孔结构完整时， 水在泡沫中的扩散受泡壁的阻碍较大，因此,吸水率较小；当水用量增加时，密度下降， 泡孔缺陷多，水在泡沫中自由扩散，不受泡壁的阻碍,吸水率变急剧增加。由表 8 又可以 看出结合前面可以看出。 毕业论文 13 水的用量对硬泡抗压强度的影响 (图 2-2) 由表 3-7 和 图 2-2 可知，泡沫的压缩强度随水的用量的增加而下降。当水用量为 1 份时，压缩强度最大为 0.60MPa；当水的用量在 3 份时，材料的压缩强度下降最快， 下降了 60%，随后变化趋于平缓，基本保持在 0.1MPa 左右；当水的用量在 5 份时，材 料的压缩强度降至最小。压缩强度的变化趋势与材料的密度和泡孔结构有关。当材料密 度大，泡孔结构完整时，泡孔壁能够承受的压力较大，因此，压缩强度较大；当水用量 增加时，密度下降，泡孔缺陷多，泡孔壁能够承受的压力较小，因此，压缩强度变小。 综上，发泡剂水的用量用该控制在 23 份之间。 毕业论文 14 3.1.4 聚氨酯硬泡的阻燃性能 纯的聚氨酯硬泡的氧指数一般为 1718，使泡沫材料的阻燃性达不到阻燃标准。 TCPP 是一种含氯、磷阻燃元素的小分子添加型阻燃剂，广泛用于阻燃泡沫材料的制备。 TCPP 对全水发泡 PURF 阻燃作用的实验结果见 表 3-8。 表 3-8 TCPP 用量对阻燃性能的影响 TCPP 用量 10 20 30 40 氧指数 21.2 25.3 25.6 25.8 由图 3-8 可知，随着 TCPP 含量的增加，PURF 的氧指数提高，离火自熄的时间减少。 当 TCPP 添加 10 份时，氧指数为 21.2，离火不能自熄，当 TCPP 用量为 20 份时，泡沫 氧指数达到 25.3，离火自熄时间为 9.2 s；当用量超过 20