聚氨酯材料及其应用座PPT课件

1 梅花联轴节 减震块 2 5 模具衬里以及钣金零件成型用冲裁模板等用常规钢制冲模冲裁薄片零件 断口常有毛刺 用聚氨酯橡胶代替传统钢模的冲压技术是金属薄板冲压技术的一次飞跃 能大幅度缩短模具制造周期 延长模具使用寿命 降低成型零件的生产成本 并提高零件表面质量和尺寸精度 特别适用于中小批量和单件产品的试制生产 对薄而复杂的冲压零件更加适合 在瓷砖及陶瓷生产线上 采用PU弹性体内衬模具可降低生产成本 提高生产效率和成品率 聚氨酯可制造混凝土模具 采用氨酯模具可复制各种花纹 生产装饰性砌块 五金模具冲压生产中采用聚氨酯弹性体棒 管及板垫代替金属弹簧作缓冲构件 弹性高 柔韧性 原缩变形强度高 不损坏模具 3 钣金用PU弹性体 4 钣金用PU弹性体 5 6 鞋材聚氨酯弹性体具有缓冲性能好 质轻 耐磨 防滑等特点 加工性能好 已成为制鞋工业中一种重要的鞋用合成材料 制造棒球鞋 高尔夫球 足球等的运功鞋 鞋底 鞋跟 鞋头 以及滑雪鞋 安全鞋 休闲鞋等 用于鞋材的聚氨酯材料有浇注型微孔弹性体及热塑性聚氨酯弹性体等 以微孔弹性体鞋底为主 聚氨酯微孔弹性体质轻 耐磨性又好 受到制鞋厂商的青睬 制品密度低 比传统的橡胶底和PVC鞋材要轻得多 在国内微孔聚氨酯能弹性体主要用于旅游鞋 皮鞋 运动鞋 凉鞋等的鞋底及鞋垫 国外主要可用于需耐磨性和弹性的特殊运动鞋鞋底 设计可多样化 TPU鞋后跟具有高耐磨性 可在注射成型中加入可热分解发泡剂 制成发泡TPU弹性鞋材 6 PU鞋材 7 PU鞋材 返回目录 8 7 其它用途 密封圈 印刷刮板 9 管道清理用聚氨酯 10 油田配件 11 三 聚氨酯粘合剂 聚氨酯粘合剂的特点与分类 极其卓越的低温性能 优异的抗剪切强度和抗冲击特性 适用于各种结构性粘合领域 并具备优异的柔韧特性 含有大量极性基团 能适应许多基材对象的粘合 具备优异的橡胶特性 能适应不同的热膨胀系数基材的粘合 而且还具有优异的缓冲 减震功能 聚氨酯粘合剂按组分特性分类 基本可分为6类 单组分反应型 包括湿固化型 多异氰酸酯溶剂型 和热固化型 屏蔽型 单组分非反应型 包括热塑型和热熔胶型 双组分型 水分散型 12 聚氨酯粘合剂的应用聚氨酯粘合剂广泛用于制鞋 纺织 皮革 薄膜等柔软材料的粘接 同时还能广泛用于建筑业 汽车制造业等高强度结构粘合领域以及超低温特种粘合领域 低温粘合密封材料 磁粉用粘合剂 复合薄膜用粘合剂 聚氨酯密封胶 鞋用聚氨酯粘合剂 13 返回目录 单组分聚氨酯粘合剂在橡胶地垫中的应用 14 四 聚氨酯涂料 喷涂聚脲 喷涂聚脲 是由异氰酸酯组份 简称A组份 与氨基化合物组份 简称R组份 反应生成的一种弹性体物质 异氰酸酯既可以是芳香族的 也可以是脂肪族的 其中的A组份可以是单体 聚合体 异氰酸酯的衍生物 预聚物和半预聚物 预聚物和半预聚物是由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得 其中的R组份必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成 在端氨基树脂中 不得含有任何羟基成分和催化剂 但可以含有便于颜料分散的助剂 15 聚脲产品的特点1 不含催化剂 快速固化 可在任意曲面 斜面及垂直面上喷涂成型 不产生流挂现象 5秒钟凝胶 1分钟即可达到步行强度 2 对湿气 温度不敏感 施工时不受环境温度 湿度的影响 可在冰上施工 在 28 下施工 可在冰柜中固化 3 双组分 100 固含量 不含任何挥发性有机物 VOC 对环境友好4 可按1 1体积比进行喷涂或浇注 一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米 克服了以往多次施工的弊病 5 优异的理化性能 如抗张强度 伸长率 柔韧性 耐磨性 耐老化 防腐蚀等 16 6 具有良好的热稳定性 可在120 下长期使用 可承受350 的短时热冲击 7 可以像普通涂料一样 加入各种颜 染料 制成不同颜色的制品 8 配方体系任意可调 手感从软橡皮 邵A30 到硬弹性体 邵D65 9 原形再现性好 涂层连续 致密 无接缝 无针孔 美观实用 10 使用成套设备 施工方便 效率极高 一次施工即可达到设计厚度要求 克服了以往多层施工的弊病 设备配有多种切换模式 既可喷涂 也可浇注 17 喷涂聚氨酯 脲 的应用领域聚脲的全球应用分布情况如下 美国占85 亚洲占10 欧洲占4 其它地区占1 它作用于多种领域 1 贮罐及水池衬里喷涂聚氨酯 脲 技术应用最广的领域之一是用作贮罐及贮罐围堰衬里 喷涂聚脲具有无污染 不流挂 施工快等特点 弥补了传统用环氧防腐涂料等作衬里的多种不足 喷涂成型的聚脲弹性体柔韧性好 防渗漏效果极佳 该体系可用于各类化学品或废液的贮罐 也可用于贮罐围堰 排水沟 地沟及地面防渗层等表面的保护 使用寿命长 18 水池衬里 19 2 地面及墙体保护涂层在国外 聚喷涂弹性体经常用于土地面涂装及防水施工 聚脲体系的快速反应和固化可迅速施工减少其停工时间 水泥或煤渣运动场地弹性差 国内外广泛用手工浇注型双组分聚氨酯弹性体体系铺设塑胶场地 聚脲喷涂体系还可用于多层停车场 甲板 交通区域及工厂地坪 20 3 耐磨衬里聚氨酯 脲 弹性体具有优异的耐磨性 作为保护性厚涂层就用时涂层的厚度一般在2mm以上 可用于多种环境下的耐磨 防腐涂层 典型的应用如矿砂厂和选煤厂用的螺旋集合器 浮选槽内的钢分散器 振动进料盘 料斗车内壁及矿山的输送设备等衬里 21 4 影视道具制作及装饰品保护层聚脲涂料直接喷涂在聚苯乙烯泡沫塑料 EPS 硬质聚氨酯泡沫塑料或其它脆性泡沫材料的表面 形成一柔韧性致密保护层和防水层 操作方便快速 有很好的保护和装饰作 具有原型再现性好 质轻 搬运方便 耐候性好等优点 在影视业有广泛的用途 如制作道具 建造永久或临时性的舞台布景 布景幕以及支柱 标本及装饰物 制作人或动物模型 还用于公园景物外壳层 建筑装璜用EPS的保护层等 22 5 防水涂层喷涂聚脲及聚氨酯脲具有良好的耐化学品 耐盐雾 耐海水 耐大气老化性能 可用于各种海上及水上设施 如水池上的引桥 废水池衬里 码头护舷 浮标及防浪堤 系泊设备及舷梯等 23 五 聚氨酯的其它用途 1 聚氨酯涂料2 聚氨酯人造革和合成革3 聚氨酯弹性纤维4 聚氨酯铺地材料5 水性聚氨酯材料 24 25 26 聚氨酯材料在汽车上的应用 返回目录 27 28 五 聚氨酯材料的技术发展动态 1 低不饱和度聚醚多元醇不饱和度低于0 005mol kg以下 聚醚的分子量非常接近理论值 不但聚醚的质量提高 而且处理工艺简化 由此聚醚制得的产品性能更好 由低不饱和度聚醚制得的弹性体性能大幅度提高 可和四氢呋喃醚弹性体相比 而价格却较低 29 2 真空绝热板ICI公司开发成功的硬质聚氨酯开孔泡沫 开孔率100 泡孔之间连通 经过抽真空脱除内部气体 加入气体吸附剂并以保护膜密封 板材具有优良的绝热性能 其绝热效率四倍于传统的聚氨酯泡沫 这种真空绝热板 在内压降至0 5Pa时 导热系数低达7mW m K 寿命可达15年 这种技术用于冰箱 代替35 的硬泡 可节能25 30 3 液态二氧化碳发泡技术Cannon公司首先开发成功制备软质聚氨酯泡沫的一种新方法 是把液体二氧化碳作为物理发泡剂 引人多元醇中后 在改进的设备上成功地生产出低密度的软泡 该方法是以二氧化碳为基础的 称 CarDio 法 该方法用二氧化碳发泡 除环保方面具有重要意义外 也是发泡技术一种重大改进 该方法较好地解决生产软泡中低密度品种的质量问题 目前已能生产14kg m3的低密度的软泡 而且能够保证该泡沫的均匀性及良好的综合性能 31 4 喷涂聚脲弹性体喷涂聚脲弹性体 SPUA 技术是近十年来为适应环保需求的研制开发的一种新型绿色涂装技术 它是在反应注射成型 RIM 技术的基础上发展起来的 其主要原料是美国Texaco Huntsman公司首先开发的端氨基聚氧化丙烯醚 端氨基聚醚 由端氨基聚醚 液态胺扩链剂 颜料 填料以及助剂组成色桨 R组分 另一组分由异氰酸酯与低聚物二元醇或三元醇反应制得 A组分 A组分与R组分通过美国Gusmer生产的H系列主机和GX 7系列喷枪进行喷涂或浇注聚脲弹性体 32 喷涂聚脲弹性体优点 不含催化剂 快速固化 可在任意曲面 斜面及垂直面上喷涂成型 不产生流挂现象 快至5s左右可凝胶 1min即可达到步行强度 对水分及混合不敏感 施工中不受环境温度 湿度的影响 100 固含量 无污染 优异的柔韧性 耐磨性以拉伸强度等物理性能 33 具有良好的热稳定性 可在150 下长期使用 可承受350 的短时间热冲击 可加入各种颜料 填料 制成不同颜色的制品 配方可调 制品硬度可从邵氏A30到邵氏D65调节 可采用短玻璃纤维增强 专用设备施工 方便 快捷 高效 34 5 改性聚氨酯弹性体采用PPDI为基合成的聚氨酯弹性体 具有突出的动态力学性能 与MDI为基的弹性体相比 在150 下仍保持优良的回弹性和挠曲性 DuPont已工业化 其性能甚至优于NDI为基的Vulkollan Uniroyal公司也开发了PPDI基的聚氨酯预聚物 制得的浇注型聚氨酯弹性体具有优良的综合性能 35 6 氟氯烃化合物 CFC 替代技术1987 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 要求发达国家1995年前禁止使用CFC产品 发展中国家2005年底前禁止使用CFC产品 软泡以二氯甲烷为过渡 CO2技术进展最快 自结皮泡沫以HCFC 141b和HCFC 22为过渡 目前已有全水发泡自结皮生成技术 硬泡方面 欧洲以环戊烷路线为主 日本 我国也多以环戊烷为主 美国重点开发零ODP氢氟烃 HCF 类发泡剂 目前已选中HFC 145fa和HFC 365mfc两个替代品种 返回目录 36 六 反应注射成型 RIM 聚氨酯1反应注射成型简介反应注射成型又称反应注塑模制RIM ReactionInjectionMoulding 是由分子量不大的齐聚物以液态形式进行计量 瞬间混合的同时注入模具 而在模腔中迅速反应 材料分子量急骤增加 以极快的速度生成含有新的特性基团结构的全新聚合物的工艺 它是集液体输送 计量 冲击混合 快速反应和成型同时进行为特征的 一步完成的全新加工新工艺 其加工简单 快捷 37 38 39 40 41 RIM加工技术的优点包括以下几点 RIM加工技术能量消耗低 它与传统热塑型合成材料加工成型相比 由于加工时物料为低粘度液体状态 注模压力较低 反应放热量大 模温较低 模具的夹持力较少 因此 其设备和加工费用相对较低 尤其对大型制品的生产尤为突出 42 2 模具强度要求较低 物料呈液体状态注入模具 模腔内压较低 模具承压能力较传统塑料成型模要低得多 3 所用原料体系比较广泛 该项新工艺除了适用于聚氨酯 聚脲材料的生产 同时还可以用于环氧树脂 尼龙 双环戊二烯 聚酯等材料的加工成型 43 4 与传统塑料加工成型法相比 RIM工艺对制备大型制品 形状复杂制品 薄壁制品更为有利 产品表面质量好 花纹图案清晰 重现性好 5 该工艺加工勿需普通塑料热塑成型所需的昂贵的热流道体系 设备费仅为热塑型结构泡沫塑料成型设备的1 2 1 3 且生产出的制品无成型应力 成型周期短 生产效率高 尤其对于大批量 大尺寸制品的生产 生产成本的降低更为明显 44 6 物料以液体形态注入模具 有利于生产断面形状复杂的制品 可嵌入插入件一次成型 也可以在液体原料中添入某些增强材料 生产增强型反应注塑模制 RRIM ReinforcedReactionlnjectionMoulding 以及在模腔中预置增强片材等生产结构增强型反应注塑模制品 SRIM StructuralReactionInjectionMoulding 等 可以制备带有较厚加强筋的制品 普通塑料壁厚和加强筋厚之比最大为1 0 3 而R1M工艺可生产高达1 0 8的厚筋制品 45 7 可以使用模内涂装 IMC InmoldCoating 技术 减少制品后涂装工序 降低加工成本 目前聚氨酯RIM一般指两类材料 一类为密度较高从800到1200千克每立方米以上的外皮密实 内芯气泡较少或基本无泡孔的聚氨酯材料 另一类是密度在200千克每立方米以上的软质或硬质自结皮聚氨酯泡沫塑料 46 RIM原理图 47 48 49 循环 浇注 50 混合头 51 2 RRIM及其特点与RIM聚氨酯 脲 相比 RRIM具有如下性能 弯曲模量明显提高 耐热性能大幅度改善 尺寸稳定性明显增强 成型收缩率 变形率以及热膨胀率明显下降 撕裂强度和压缩强度大为提高 硬度和强度得到一定的改进 伸长率大幅度降低 改善了制品的耐化学品性能 可赋予制件某些电性能 不足之处是碎纤维增强的RRIM材料抗冲击性能有所下降 52 增强与未增强RIM聚氨酯的性能比较 53 二 增强填料对制造工艺的影响常用的增强材料是锤磨玻璃纤维 短切玻璃纤维 片状玻璃 矿物纤维等 在组分料液中添加增强填料后 导致料液粘度明显增大 纤维状填料对粘度的影响比较大 短切玻璃纤维使粘度增加的幅度比锤磨玻纤大 因为物料粘度的关系 增强填料的用量受到限制 短切玻璃纤维在制品中的用量应少于5 6 锤磨玻纤用量不超过30 54 RRIM工艺与RIM工艺最大区别是原液中含有增强材料 也因此而引起玻璃增强材料对机械设备的磨损和使物料粘度显著增大 为了克服增强填料引起的这两个总量 RRIM成型设备某些部件与普通RIM设备不一样 表现在以下几个方面 55 不用高压泵而用活塞计量直接输送物料 输送含玻纤物料的管道及部件必须使用耐磨材料 管道内壁要光滑 少用弯管接头 转变和接头处要圆滑 以减少循环管线中的流通障碍 防止纤维在管道中沉淀而堵塞管道 RRIM工艺与RIM工艺相似 但由于物性性状及设备不同 工艺参数也不尽相同 56 3 SRIM聚氨酯 为了克服RRIM工艺不能采用较长的玻纤等等问题 人们开发了玻璃纤维毡网类增强工艺 即结构反应注射成型 SRIM 又称网毡模塑RIM MMRIM 采用这种高性能复合材料生产工艺 增强材料的的使用量可大幅度增加 SRIM材料弯曲模量比RRIM材料大 可高于10000MPa 这类材料的特点是可显著提高材料的抗冲击性能 冲击强度随玻纤用量的增加而增加 SRIM工艺制造增强聚氨酯材料 先在模具中铺垫长玻纤网垫或预制的具有制件形状的玻纤网增强骨架 再浇注混合物料 SRIM常选用的树脂体系是聚氨酯 若是高温成型时选用聚异氰脲酸酯体系 57 制备聚氨酯SRIM时可用开模 半开模或闭模浇注 固化成不同密度的制品和不同用途的制件 开模浇注时反应料液由模的下半部注入 在反应料液发泡前闭模 然后反应成型 脱模 优点是反应料液预先均匀分布于模腔内 适宜于制备面积大的低密度大型制品 缺点是反应料液在模中的停留时间长 一般为90 180s 58 德国Bayer Hennecke等公司开发了采用天然纤维 如亚麻 剑麻 网毡与聚氨酯组合料模压薄壁汽车制件 以替代玻璃纤维增强聚氨酯制品的新型工艺 天然纤维增强的优点有 减轻制品重量 符合汽车轻量化发展趋势 成本较低 对今后制品的回收有利 59 SRIM工艺 60 4 LFI增强聚氨酯 脲 为了克服SRIM工艺中存在的不足 KraussMaffei公司首先开发了新型的长纤维增强聚氨酯反应注射成型工艺 LFI PU 长纤维增强注射成型工艺是近几年来国外开发的新型增强RIM工艺 该加工方法是在高压浇注机混合头附近将长玻璃纤维切割成长度为1 0 10cm的长纤维 聚氨酯物料注入到模具中之前 先在混料腔内与直接添入的切碎纤维浸润 混合 经化学反应固化成型 制得玻纤增强聚氨酯制品 61 用此方法制造结构RIM材料与RRIM不同之处是 可10 100mm的长纤维作增强材料 纤维不与原料预先混合 与玻纤网毡增强结构RIM相比 不必放置玻璃纤维垫 操作人员劳动条件得到改善 还可以提高产品中纤维的含量 62 63 LFI工艺具有以下优点 增