聚氨酯发泡教材

1、常熟一统聚氨酯制品有限公司 聚氨酯是含有一定量以上尿烷键的高分子化合物的总称 尿烷键是通过异氰酸酯和活性氢化合物的加成聚合反应所得 R NCOOCN R OHHO R N H C O OROC O N Hn 异氰酸酯 活性水素化合物 重复单元 什么是聚异氰酸酯 在一个分子中有两个以上异氰酸酯基团（-NCO） 的化合物 具有代表性的聚异氰酸酯 甲苯二异氰酸酯 ： TDI 二苯基甲烷二异氰酸酯 ： MDI CH3 NCO NCO CH2NCO OCN 什么是多元醇： 在一个分子内有两个以上羟基（-OH）化合物 的总称 HO-CH2-CH2-OH HO-CH2-CH-CH2-OH OH EGGly

2、例 官能基数 : 2 引发剂 付加A.O. 官能基数 : 3 官能基数 : 4官能基数 : 5官能基数 : 6 MDI MDI和PPG的反应模式图 分子量 大/小 许多泡孔的集合体（构造体） 同其他材料相比 密度低 隔热性能好 什么是泡孔 有棱角和薄膜形成的多面体 存有向内部难传导热量的气体 什么是硬质聚氨酯泡沫 什么是组合聚醚Premix. 配方的根基影响所有的物性指标 同异氰酸酯反应CO2排出粘接性热传导 率 胺类控制反应进程、脱膜性 硅油类 控制气泡 热传导率 气泡性 环戊烷C5H10沸点49.3 多元醇 水 催化剂 整泡剂 发泡剂 发泡现象未特征的用语 乳白时间（CT） 异氰酸酯和组合

3、聚醚混合开始到液体呈乳白状的时间 拉丝时间 (GT) 用玻璃帮等插入发泡途中泡沫里，拔出时有丝树脂延伸时的经过时间 不粘手时间(TFT) 用四氟乙烯环接触自由发泡泡沫表面 吐泡时间(RT) 从发泡开始到泡沫成长结束的时间 泡沫外观 一般物性为特征的用语 脆皮 发泡之后的泡沫表面一时的 脆皮现象、泡沫和面材之间粘接性的尺度 芯密度 (kg/m3) 除去表皮部分的泡沫密度 粘接力 (MPa) 面材和泡沫的粘接力 泡沫的强度 (MPa) 泡沫的强度 线稳定性 (Vol %) 在一定的温度和湿度的条件下泡沫变化的比率 热传导率 (W / mK) 表示物质传导热量的程度 降低泡沫的热传导率 物理物理发泡

4、剂发泡剂比率比率和和COCO2 2混合蒸混合蒸气热传导率的关系气热传导率的关系（计算计算値）値） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 020406080100 物理发炮剂比率物理发炮剂比率(mol%)(mol%) 熱伝導率熱伝導率( (mW/mKmW/mK) ) CP HCFC-141 foam g+ s+ c + r s p p r a Sz 树脂气体辐射対流 p : 固体热传导率 p : 固体密度 : 泡沫密度 a : 常数 Sz : 泡沫尺寸 远红外线远红外线 远红外线远红外线 泡沫尺寸小 远红外线远红外线 泡沫尺寸大 远红外线远红外线 泡沫微细化可降泡沫微细化可降 foa

5、m 发生收缩的条件发生收缩的条件 P（ （大气压泡孔内压大气压泡孔内压） ）Rs（ （泡孔构造体强度泡孔构造体强度） 泡孔泡孔内圧内圧封入泡孔内的封入泡孔内的 环戊烷的分压环戊烷的分压CO2的分压空气的分压的分压空气的分压 泡沫结构泡沫结构体強度体強度树树脂強度脂強度泡沫结构因素泡沫结构因素 树树脂強度：脂強度：同多元醇起始剂结构同多元醇起始剂结构、架、架桥桥密度、密度、MDI结构结构、水（、水（尿素尿素） ）浓浓度、反度、反应应 率率有关。玻璃转移点越高其强度越高。有关。玻璃转移点越高其强度越高。 泡孔结构因素泡孔结构因素： ：各向异性现象越低（接近真球状）其强度越高各向异性现象越低（接近真

6、球状）其强度越高。 。 特别是在湍流的部位（隔热厚度的变化，流动方向变化）特别是在湍流的部位（隔热厚度的变化，流动方向变化） 明显带来强度低下的影响明显带来强度低下的影响。 。 树脂強度 泡孔形状 泡孔内圧 凹 下 起 伏 泡沫收泡沫收缩缩的的条件条件 同大气压的压力差大 泡孔内气体向体系外扩散、 空气不向泡孔内扩散 樹脂強度(密度)不足 注意泡孔内气体的移动 关键是以老化技术为基础 选择合适的密度 泡孔内气体泡孔内气体 环环戊戊烷烷 二二氧化碳氧化碳 空空气气 老化 泡沫收缩 CO2N2O2CP 各种气体对聚氨酯樹脂透過係数* (m2 / sec) 100 x 10-1213 x 10-12

7、47 x 10-120.5 x 10-12 *50, 61-71 kg/m3 M. E. Olsson et al, Journal of Cellular Plastics, Vol. 38, March 2002, p.177 实验結果 老化后的气体组成变化 CO2全部向泡孔外扩散 Air向泡孔内扩散量少 CP仅向泡孔外扩散一点 泡孔内持续负压状态 CO2 dl dw dl/dw1 泡孔各向特性指标 : 圧縮強度纵/横比 （低温）収縮注意 圧縮強度纵/横比 3030 3131 3232 3333 3434 3535 3.53.54 44.54.55 55.55.56 6 极限密度(kg/m

8、3) 3030 3131 3232 3333 3434 3535 3.43.43.53.53.63.63.73.73.83.8 TgTg/159.9/159.9 TgTg/167.7/167.7 TgTg/154.9/154.9TgTg/157.7/157.7 多元醇官能基团数 限界密度(kg/m3) -30 限界密度：体积保持率 95 % 時的密度 泡孔泡孔结结构因素构因素因子因子树树脂脂强强度度 1. 缓和有厚度变化地方的倾斜角 2. 往内隔侧面部位等地方贴补强板 3. 往压缩机侧面贴玻璃胶带 4. 往内隔处并用聚氨酯之外的材料 5. 变更固定管线的位置/贴铝薄胶带的位置 6. 变更设计绝

9、热厚度显著的地方/并用其他材料 7. 改变往内隔板（非聚氨脂零件）注入聚氨酯的位置等， 注入方法的改变 加倾斜角 聚氨酯的特性 反应热向模具移动 面材等的阻力 空气移动 影响影响聚氨酯对冰箱填充的要素 項目 假设不良现象 对策例 空气移动 空气的排气不良妨碍聚氨酯的填充，造 成气泡产生 设置开出气孔，有效的排出相当于聚氨 酯填充体积的空气 模具温度，箱体温度低，反应热大多被 模具夺走，聚氨酯自身的发泡效率下降， 造成空洞 模具温度过高，发泡效率上升，脱模性 不好，溢料增加几空气在短时间排不出 去时，产生气泡 面材等的阻力 因预涂铁板等涂料对聚氨酯流动性地影响 有时下降5% 变换面材时，要确认其

10、填充性 更换低水量配方时，易受模具的影响，产生 低温时的空洞现象 用与聚氨酯特性相符的发泡条件 变换反应速度显著不同的配方时，排气速 度/排气路径将变化，很有可能产生气泡 靠变换出气孔的个数，位置使空气高效 率排出 模具温度控制在适当范围（45 前后）反应热向模具移动 聚氨酯的特性 现行近似配方条件下的泡沫流动性 流動性% 图模具温度同泡沫流动性的关系 8 80 0 8 85 5 9 90 0 9 95 5 1 10 00 0 1 10 05 5 2 25 53 30 03 35 54 40 04 45 55 50 05 55 56 60 0 长度 100cm 宽度 30cm 厚 5cm 聚氨

11、酯板材 模具温度 1. 管理模具温度 在冬季，早晨的模具/箱体的预热温度不要低于35-40C 冬季条件下,其注入量要增加約 3-5 % 模具温度、调整注入量后再开始生产 2. 用开出气孔等办法，确保排气通道通畅 变更出气孔位置，增加出气孔个数 变更密封材料，用通气性好的海绵胶条 现代近似配方条件下的液温对聚氨酯发泡的影 响 用检测聚氨酯流动及增粘情况的测定仪来检测改变液温时聚氨酯发泡的变 化情况 BOXSIZE 200200200mm 让棒震动来测 聚氨酯的硬化 程度 用远红外线测泡沫 的高度 聚氨酯 注入 0 50 100 150 200 250 020406080100120 15 20

12、25 30 液温对聚氨酯发泡的影响 发泡高度mm 時間sec 液温 0 2 103 4 103 6 103 8 103 1 104 1.2 10 4 020406080100120 15 20 25 30 液温 時間sec 振幅 増粘情况 流動情况 反应性CT/GT/TFT 1516/ 62/ 99 2010/ 48/ 78 25 6/ 40/ 70 30 4/ 33/ 60 现行近似配方机械发泡的评 价 0 50 100 150 200 250 020406080100120 8MPa 12MPa 16MPa 发泡高度mm 時間sec 0 2 103 4 103 6 103 8 103 1

13、104 1.2 10 4 020406080100120 8MPa 12MPa 16MPa 振幅 時間sec 増粘情况 吐出圧力对聚氨酯发泡的影响 反应性CT/GT/TFT 8MPa7/ 42/ 72 12MPa 6/ 40/ 70 16MPa 5/ 36/ 65 液温度 25 现行近似配方机械发泡的评 价 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 110115120125130135140145 28.3 kg/m 3 87 kPa 29.9 kg/m 3 113 kPa 32.2 kg/m 3 168 kpa 33.0 kg/m 3 187 kPa 填充率和脱膜时间对泡

14、沫气泡的影响 脱模后不久 脱模一日后 气泡量mm 膨量mm 填充率% 脱膜時間min 400400t 70mm 板材评价尺寸 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 2345678 现行近似配方机械发泡的评 价 填充率120% 脱膜时间4分 附录：诸条件对聚氨酯发泡的影响 诸条件对聚氨酯发泡的影响-1 假设现象检验方法(例）应对方法(例） 1. 液温高反应性快，黏度下降 填充不良憋气泡 膨胀，溢料 确认自由发泡时的反应性，密度 测定枪头的实际温度 低反应性慢，黏度上升 填充不良-诱发外观变形 粘结不良-剥离，诱发外观变形 2. 液比异氰酸酯多反应性慢，发泡率下降 填充不良诱发外观变形

15、粘接不良剥离，诱发外观变形 泡孔粗大绝热性能下降 确认自由发泡时的反应性，密度，表 皮脆度 确认循环压和吐出的变动 确认吸入压力的变动 确认油压，存储压有否异常 确认计量。在设定正常值 确认注射嘴。除去污垢堵塞物 确认过滤器。除去堵塞物 确认后塞动作。在设定油压，存储 压的正常值 异氰酸酯少反应性快，发泡倍率上升 填充不良，膨胀，溢料诱发外观变形 泡沫强度不大 3. CP(发泡剂）量 多反应性慢，发泡倍率上升 膨胀，溢料诱发外观变形 泡沫强度不足 粘接不良剥离，诱发外观变形 确认自由发泡的反应性，密度 CP混合机表示的变化 取出原液，进行手发泡，确认液比重 确认CP混合机。流量，过滤器 有很大

16、差别时，取出发泡机器里的 原液，换成调整好的正常品 少 反应性快，发泡倍率下降 填充不良泡沫强度不足诱发外观变形 条件 降低设定温度（提高人交换能力） 高压循环（实际温度低时） 诸条件对聚氨酯的影响-2 假设想象（例）検証法(例）対処法(例） 4. 吐出圧力高吐出时迸溅，流速上升 反应性快 填充不良，气泡 突出部变形，剥离，溢料 泡孔粗大绝热性能下降 吐出时的状态 观察自由发泡反应性泡孔、混合状态 确认循环压和吐出压的变动 确认吸入压力的变动 确认油压，存储压力 调整压力使之柽流畅吐出状态 调整嘴轻，节流阀位置，冲程 调整压力使之处混合良好状态 确认注射嘴、除去堵塞物 确认活塞动作 在设定油压

17、，存储压的正常值 低流速不足引起原液扩散不足，混合不足 反应性慢 填充不良，泡沫强度不足诱发外观外形 5. 吐出量多吐出时迸溅，流速上升 （参照上计吐出压力高时） 注入量不稳定 填充、外观变形的好，坏的偏差大 计测注入时间短的机种实际注入量的偏 差 其它参照上计吐出压力 设定吐出量使注入时间不低于5秒 注入时间最大的也要弊拉丝时间短 少流速不足引起原液扩散不足，混合不足 （参照上计吐出压力低时） 超过拉丝时间注入 泡孔粗大绝热性能下降 6. 模具温度高发泡效率提高 排气不足引起填充不良诱发外观变形 膨胀、溢料、气泡 测定实际温度 测定解体泡沫的密度 将模温调整到合适值 （变更设定炉温等） 低发

18、泡效率下降 流动低下引起填充不良诱发外观变形 粘接不良剥离诱发外观变形 7. 产品温度高发泡效率提高（参照上记模温高时） 管等固定胶带粘合能力降低引起剥离 测定实际温度产品的温度调整到合适值 （变更设定炉温等） =填充不良冷却性能不足 低发泡效率低下（参照上记模温低时） 条件 要因対策 外观变形外观变形泡沫强度不足注入重量密度分布 刚一脱模后的膨胀 合适的注入量 合适的热化时间収縮 变形 泡沫性状液比偏差合适的液比 （反应性/密度） 发泡计量的偏差何时的原料、发泡剂比 缺料注入量合适化 排气 泡孔粗/混合不良合适的突出条件 确认油压，油泄漏等 卷入，被拉长，溢料，气泡 合适的吐出条件 合适的注入量 合适的液温、模温 形状变更，补强，剥离 合适的面材表面性 剥离 合适的制品温度、模温 合适的液比、原料 合适 的面采表面性 结构汇编管线等固定位置 放气、防碍流动 合适的汇编 合适 的制品温度