PU发泡工艺介绍.ppt

1 发泡工艺基础 课程目标 介绍聚氨酯发泡工艺基础原理发泡设备 模具的基础知识工业生产安全防范 2 3 课程目录 聚氨酯的发展史聚氨酯的分类原料的介绍聚氨酯的发泡原理影响发泡的因素配方制作基本要素脱模剂原理及选择发泡设备简单介绍 发泡模具简单介绍生产工艺流程解析常见问题分解工业生产安全防范聚氨酯发展趋势知识要点回顾持续改进 发泡工艺 经验分享 4 聚氨酯定义 主链上含有 NHCO 基团聚合物通称为聚氨酯甲酸酯简称为聚氨酯 简称PU 5 聚氨酯分类 根据原料不同和配方的变化 分为软质 半硬质和硬质泡沫 软质 座椅 头枕 海绵 半硬质 扶手 方向盘 硬质 方向盘芯 冷库保温防水 根据多元醇品种分类 分为聚酯型 聚醚型 我们主要是使用聚醚型 根据ISO不同分类 TDI TM MT MDI 6 聚氨酯分类 根据发泡方法分类 可以分为块泡 模塑和喷涂聚氨酯泡沫 分别应用 块泡 复合泡沫 海绵 模塑 座椅 扶手 头枕 喷涂 冷库防水保温 7 聚氨酯泡沫形成 反应方程式 8 聚氨酯泡沫形成 混合 ISO与POL混合 此过程在混合头上完成 乳白 混合后泡沫并不是马上起发 而是经过一定时间的流动后 泡沫才开始变白并开始迅速起发 混合结束到起发 泡沫上升 之间的时间就是乳白时间 乳白时间越长则泡沫的流动性越好 乳白时间长有利于原料在模具中分布 9 聚氨酯泡沫形成 上升 涉及到泡沫填充能力和熟化速度 拉丝 涉及泡沫的凝胶程度 收缩 考量开孔和稳定性的重要指标 10 聚氨酯原材料 聚氨酯原材料主要有ISO部分 又称黑料或B料 和聚醚组合料部分 又称白料或A料 组成 ISO部分 TDI TDI MDI MDI 聚醚组合料部分 聚醚 聚醚多元醇和聚酯多元醇 11 聚氨酯原材料 助剂 催化剂 发泡胺催化剂和凝胶胺催化剂泡沫稳定剂 有机硅油发泡剂 H2O F 11 F 12 二氯甲烷阻燃剂 磷酸铵 氧化锑 含卤 烃 醇 酯 醚 氢氧化铝防老剂链增长剂 三乙醇胺 我们使用的 颜料脱模剂 12 聚氨酯原材料 ISO部分 TDI 甲苯二异腈酸酯MDI 多亚甲基多苯基多异腈酸酯 13 聚氨酯原材料 ISO部分 TDI 甲苯二异氰酸酯 主要有2 4 和2 6 异构体 工业上主要有三种产品 T100 T80 20 T65 35主要特点 制作的产品密度较低产品拉伸 回弹较好耐老化性能较差危害性较大 14 聚氨酯原材料 ISO部分 MDI 二苯甲烷二异氰酸酯 指的是改性的MDI或称MMDI 主要成分 MDI 4 4MDI 2 4MDI 系统主要特点是 活性比较高 反应速度快 对模具温度的依赖程度低 可以低模温生产 后熟化快 耐老化性能非常优良 撕裂强度较差 价格低 适合做高硬度 高密度产品 15 聚氨酯原材料 ISO部分 TDI MDI 为了降低成本可在TDI内加入MDI TDI MDI 有TDI MDI组合而成 加入的MDI比例不同 有TM70 30 TM80 20等不同配比 按具体的配方而定 16 聚氨酯原材料 聚醚组合料 聚醚多元醇我们现在使用的GP 1618 ZS 104官能度 官能度越高则物理性能 特别是弹性和耐老化性能越好 伯羟基含量 伯羟基含量越高则聚醚多元醇的反应活性越高 粘度 粘度越低则原料的流动性越好 加工性能就越好 及混合程度 17 聚氨酯原材料 聚醚组合料 固含量 固含量越高则泡沫产品硬度越高 粘度 与固含量相关 固含量越高则粘度越高 粘度越低则原料的流动性越好 加工性能就越好 料比 产品硬度 物理性能和开孔性的重要控制点 18 聚氨酯原材料 聚醚组合料 聚醚多元醇和聚酯多元醇的未来发展趋势 高官能度的聚醚多元醇 高固含量和低粘度的聚合物多元醇 低挥发性 分子量高 分子量分布范围小 伯羟基含量进一步提高 19 聚氨酯化学 两个主要反应方程式 注释 以上是两个主要的反应 但实际还存在超过10个的副反应存在 因此关键是控制好反应的平衡以获得所需要的结果 20 聚氨酯化学 A料跟B料之比 根据A料与B料反应时的当量关系 可以计算出100克A料需要多少克B料 发泡指数INDEX ISO实际用量 ISO理论用量 100 INDEX范围一般为60 110之间 INDEX较高时 产品比较硬 其中TDI理想的范围是90 105 MDI系统理想的范围是85 95 21 聚氨酯化学 A料跟B料之比 对于座椅泡沫而言 TDI系统及TDI MDI系统 来说 其对应关系为 22 聚醚组合料 将聚醚 水 催化剂和稳定剂按一定的比例配制后搅拌均匀的体系 也称为A料常见的配方 23 工艺流程 原料检验羟值 含水量 固含量 NCO含量等原材料性能 配料按配方配制聚醚组合料 浇注按一定的轨迹 一定的流量 一定的浇注时间向模具中进行投料并控制原料的温度 模具的温度以及浇注时的压力 24 成型两种原料在一定的温度下反应 简称固化脱模与脱模剂有极大的关系开孔泡沫出模后 需要进行开孔 使泡孔破裂 否则泡沫容易收缩 后熟化泡沫出模后 还没有反应完全 还需后熟化 该过程需要6小时 工艺流程 25 工艺流程 从配料到浇注 26 压力压力循环的目的使系统平衡高压循环压力 浇注压力 欧洲 高压循环压力 浇注压力 目前 不平衡的压力将导致 浇注重量波动 超差 混合效果不好 POL与ISO的比例不对 混合程度 串料 工艺控制 27 原料温度在所有的工艺参数中 强调温度的稳定是首要条件 如果温度波动 势必导致其它系统参数的波动 例如 温度变化导致原料粘度发生变化 导致混合效果不好 最终产品发生产品缺陷 原料温度是 25 POL的温度波动为 1 ISO的温度波动为 5 工艺控制 28 工艺控制 发泡密度密度太高会增加成本 太低会产品外观会出现缺陷和物理性能无法达到要求 浇注轨迹主要影响产品的外观 对部分产品的硬度会有影响 精确计量确保配方料比统一 产品软硬一致 有效混合对泡沫的外观和产品性能有影响 暗泡 29 工艺控制 配方目前主要使用的是TDI MDI体系 MDI体系 密度范围52 60g cm3TDI体系 密度范围35 45g cm3 30 发泡测试标准 测试项目 密度 密度 质量 kg 体积 m3 硬度 压陷硬度 ILD 压缩硬度 CLD 拉伸强度 断裂伸长率撕裂强度回弹性压缩永久变形阻燃VOC 31 发泡测试标准 测试条件 1 快泡取自泡沫的中心 模塑泡沫的式样则取中心部位或整体试验 2 新制的泡沫需在自然状态下熟化72小时方可取样 取样应放在恒温恒湿内 GB T2918规定的温度是23 2 相对湿度50 5 32 发泡测试标准 硬度 压陷硬度 ILD 压缩硬度 CLD 这两种测试方法的主要区别是泡沫塑料的加载面积 在ILD试验中样件受压面积是323CM2 而CLD是将整个样件进行压缩 在此 我们只讨论ILD试验方法 在ILD试验中 试样大小是38 38 50mm 试验的压头直径200mm 压头底边有R 10的圆角 支撑板开有6mm的孔 孔间距20mm 压头加压速度 100 20 mm min 首先以5N的压力作为下压零点 从零点开始下压试样厚度的70 再以同样的速度卸荷 重复加压 卸荷三次 作为预压 重复预压三次后立即以相同的速度压陷试样 压头压入试样的厚度分别为25 1 65 1 到达变形量之后保持30 1s记录相对压陷值 记下的值即为该压陷变量下的压陷硬度 另外65 ILD 25 ILD 压陷比 压陷比是衡量泡沫舒适度的指标 33 发泡测试标准 拉伸强度是指拉伸试验至断裂时所施加的最大拉伸应力 断裂伸长率是指试样至断裂时标距内试样的伸长百分比 拉伸强度 断裂时载荷 试样原始截面积断裂伸长率 断裂标距 原始标距 原始标距 100 34 发泡测试标准 撕裂强度 通过规定形状的式样加撕裂力 来测定材料的抗撕裂性能 试样尺寸为150 25 25mm GB T10808 试样厚度方向为泡沫上升方向 试样一端的中心部 沿厚度方向 泡沫上升方向 切一40mm长的切口 沿试样厚度方向测量厚度 将试样张开夹在试验机夹具上 以50 20mm min的速度施加负荷 用刀片切割试样 保持刀口在中心位置 记下试样断裂或撕裂50mm时的最大值 撕裂强度 测得的最大力值 N 试样平均厚度 cm 一般测3个试样 取算术平方根 35 发泡测试标准 回弹性 用一个给定直径 重量的钢球在规定的高度上自由落在泡沫塑料试样表面 记下钢球回弹高度 用回弹的高度和钢球下落高度的比值 表示泡沫的回弹性能 测试要求 试样尺寸100 100 50mm 落球方向应与泡沫使用方向一致 钢球尺寸为 164mm 重16 3g 下落距离460mm 回弹率 钢球回弹高度 钢球下落高度 100 注意 试样需水平 钢球下落前固定 静止 每件试样做三次 每次间隔20s 记录最大值 36 发泡测试标准 压缩永久变形 在恒定的环境下 使泡沫材料试样在一定得时间内维持恒定的变形 带试样回复一段时间后 观察变形对试样厚度的影响 用试样的初始厚度与最终厚度之差与试样初始厚度的比值表示泡沫塑料的永久压缩变形 压缩永久变形 试样初始厚度 试样最终厚度 试样初始厚度 100 37 发泡常用术语 冷熟化座椅发泡的一种工艺 该工艺制造的发泡称为高回弹发泡 简称为HR发泡 该工艺制造发泡时模具的温度一般在50 70度之间 聚醚分子量一般在2500 6500之间 ISO可以是TDI TM MDI 该工艺生产效率高 耗能少 目前普遍使用 我们的工艺为冷熟化工艺 38 发泡常用术语 泵能力用来检查计量泵流量输出的稳定性 目前泵能力的验证方法为 在设定的流量下 连续打35枪 称量每一枪的重量 然后计算能力 根据泵能力的大小判别是否需要修理或更换计量泵 一般情况下 每三个月检查一次泵能力 39 发泡常用术语 泵线性计量泵的转速与输出量之间的相关性的表征 一般选择不同5个转速 然后进行流量测试 得到每个转速下计量泵的输出量 这5个点如在一条线上 说明计量泵转速与输出量之间的线性相关比较好 目前我们的计量泵的线性相关一般都在99 以上 正常生产浇注时 选择的流量范围需要在泵线性上输出量的上下限之间 40 发泡常用术语 NBT是newblendingtechnology的简称 即新型混合技术 以前的混合技术是一种ISO与一种POL组合料进行对喷 混合 反应生成聚氨酯发泡 该种技术调节工艺参数时 只能调节POL ISO的混合比 浇注重量这2种变量 无法进行其他的调节 NBT是一种ISO与2组或3组POLY组合料进行对喷 混合后反应生成聚氨酯发泡 设备需变频器 NBT可以调节如下变量 配方水分 配方的固含量 配方的指数 浇注重量这4种变量等 这样在制造不同密度 不同硬度时工艺的宽容度更大 41 发泡常用术语 TPR是timedpressurerelease的简称 即压力定时释放 有时也称为放气 即预先开孔 TPR一般参数为 合模开始后90 120秒左右开始放气 气袋下来 2秒左右放气结束 气袋上来 常见现象 如果放气太早 产品比较嫩 此时产品容易出现撕裂现象 如果放气比较晚 产品容易出现僵硬现象 出模后容易出现收缩现象 42 发泡常用术语 初喷正常浇注开始时 ISO喷嘴与POLY喷嘴同时打开 ISO与POLY对喷 混合的原料流出混合室 反应生成聚氨酯发泡 如果浇注时ISO喷嘴与POLY喷嘴未完全同步打开 先打开的喷嘴会导致该组分原料未反应就流出混合室 导致发泡上先浇注点处出现未反应的原料 如果是聚醚先出来 则发泡上会有粘乎乎的湿料 生料 如果是ISO先出来 则发泡上会有发脆的泡沫 局部稀烂 轻度初喷时 或出现ISO 初喷严重时 常见现象 另外有一种特殊的情况 即先浇注的地方出现偏软的情形 这可能也是初喷的一种形式 原因可能是组分先出来 导致先浇注点发泡偏软 43 发泡常用术语 发泡指数 Index ISO与POL反应时 如果ISO与POL完全按理论计算的用量进行反应 此时为等当量反应 发泡指数定义为100 发泡指数 ISO实际用量 ISO理论用量 100 目前座椅发泡的指数一般在90 105之间 随着发泡指数的提高 泡沫逐步变硬 Index 105 产品容易烂 Index 85 产品容易闭孔收缩 44 发泡常见缺陷分解 45 设备基础知识 PLC 可编程序控制器 它是一种带有指令存储器 数字或模拟I O接口 以位运算为主能完成逻辑 顺序 定时 计数和算术运算功能 用于控制机器或生产过程的自动控制装置 46 设备基础知识 变频器 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将供频电源变换为另一频率的电能控制装置 变频器的主电路大体上可分为两类 电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器 直流回路的滤波是电容 电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器 其直流回路滤波是电感 47 设备基础知识 光电开关 它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射 由同步回路选通而检测物体的有无 其物体不限于金属 对所有能反射光线的物体均可检测 真空开孔机上应用的是镜反射式光电开关 48 设备基础知识 热交换器系统 控制系统中原料的温度 使其满足要求 由于经过热交换器后 原料温度下降将导致粘度上升 为了确保高压泵的正常运转 需要特殊的喂料泵 具体要求根据流量和原料粘度计算 热交换器的温度控制应在靠近混合头的部分 使原料温度与冷却水的开关进行关联 自动控制冷却水的流量来冷却原料 49 设备基础知识 开孔机 有辊式开孔机 真空开孔机 刷子开孔机 开控效果是辊式最好 其次是真空开孔机 最差的是刷子开孔机 目前刷子开孔机已经很少使用了 开孔的目的是防止产品变形 辊式开孔机控制间隔的大小 如果间隔太大导致开孔效果不好 间隔太小导致产品上有明显的压痕 开孔有两种方法 化学方法 开孔剂 供应商有Dow Bayer TOSDH等机械方法 开孔机产品从模具中出来 必须尽快进行开孔 部分产品出模后会胀气 此时应放置一段时间进行开孔 50 设备基础知识 TPR 可以防止产品收缩和塌泡 最基本的作用是有效的开孔 便于起模 但是它也可能导致ILD的波动 TPR直接影响泡沫的上升速度 欧洲的生产线是不使用TPR的 51 设备基础知识 回路压力调节阀门 是控制系统压力平衡的关键 要尽量接近喷嘴