硬质聚氨酯泡沫塑料的成型

1、硬质聚氨酯泡沫塑料的成型硬质聚氨酯泡沫塑料的成型工艺工艺 一一.聚氨酯发展史聚氨酯发展史二.聚氨酯泡沫塑料合成机理聚氨酯泡沫塑料合成机理 三. CFC-11及其替代物的特性及其替代物的特性四四.发泡工艺（戊烷发泡）发泡工艺（戊烷发泡）五五.常规工艺试验常规工艺试验六六.常见问题及处理方法常见问题及处理方法一一.聚氨酯发展史聚氨酯发展史 1937年，德国拜耳教授首先发明了聚年，德国拜耳教授首先发明了聚氨酯树脂的聚合技术，并在第二次世界大氨酯树脂的聚合技术，并在第二次世界大战期间建成了一个月生产战期间建成了一个月生产10吨聚氨酯树脂吨聚氨酯树脂制品试验车间。二次大战结束后，英，美制品试验车间。二次

2、大战结束后，英，美等国于等国于19451947年间从德国获得有关聚年间从德国获得有关聚氨酯树脂的制造技术，并在氨酯树脂的制造技术，并在950年相继开年相继开始工业化。日本是在始工业化。日本是在1955年从德国拜耳公年从德国拜耳公司与美国杜邦公司引进技术后才开始聚氨司与美国杜邦公司引进技术后才开始聚氨酯工业的生产。我国聚氨酯树脂工业是酯工业的生产。我国聚氨酯树脂工业是60年代初期自力更生开始发展起来的。目前，年代初期自力更生开始发展起来的。目前，从科技到生产已具规模。从科技到生产已具规模。 聚氨酯用途广泛，极受欧美国家重视，聚氨酯用途广泛，极受欧美国家重视，发展迅速。在发展迅速。在80年代中科学

3、家发现聚氨年代中科学家发现聚氨酯生产所用的酯生产所用的CFCS(发泡剂发泡剂)会破坏大气会破坏大气臭氧层，及有温室效应，影响生态环境。臭氧层，及有温室效应，影响生态环境。因此，联合国在因此，联合国在1989年制定了年制定了蒙特利蒙特利尔协议尔协议限制了限制了CFCS的生产和使用，的生产和使用，中国在中国在1993年签署了年签署了蒙特利尔协议修蒙特利尔协议修定书定书，成为，成为蒙特利尔协议蒙特利尔协议的缔约的缔约国，要在国，要在2005年禁止年禁止CFCS生产和使用。生产和使用。由于由于CFCS破坏地球生态环境，相继开破坏地球生态环境，相继开发了发了CFCS的替代技术，且在聚氨酯中的替代技术，且

4、在聚氨酯中推广，应用。推广，应用。二二. 聚氨酯泡沫塑料合成机理聚氨酯泡沫塑料合成机理2.1聚氨酯泡沫塑料合成机理聚氨酯泡沫塑料合成机理 聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，凡是在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高分子主链上含有许多重复的-NH-CO-O-基团的高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯，基团的高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯，一般聚氨酯系列由二元或多元醇化合物一般聚氨酯系列由二元或多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而得。由于聚合物的结构不同，性能也不一得。由于聚合物的结构不同，性能也不一样，利用这种性质，聚氨酯类聚合物可以

5、样，利用这种性质，聚氨酯类聚合物可以分别制成塑料，橡胶，纤维，涂料，粘合分别制成塑料，橡胶，纤维，涂料，粘合剂等。剂等。 泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一。它的主要特征是具有多孔性，种之一。它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度小，比强度高。根据所用因而相对密度小，比强度高。根据所用原料的不同和配方的变化，可制成软质，原料的不同和配方的变化，可制成软质，半硬质泡沫塑料。冰箱用泡沫塑料为硬半硬质泡沫塑料。冰箱用泡沫塑料为硬质，主要利用泡沫塑料独特的绝热性。质，主要利用泡沫塑料独特的绝热性。2.2聚氨酯泡沫塑料的合成原理。聚氨酯泡沫塑料的合成原理。2.2.1基

6、本反应。基本反应。在氨基甲酸酯高聚物的形成过程中，主在氨基甲酸酯高聚物的形成过程中，主要的反应如下：要的反应如下：2.2.1.1异氰酸酯和羟基反应。异氰酸酯和羟基反应。 多异氰酸酯和多元醇（聚醚多元醇或其它多元醇）反多异氰酸酯和多元醇（聚醚多元醇或其它多元醇）反应生成聚氨基甲酸酯。应生成聚氨基甲酸酯。 nOCNRNCOnHOOH OCNRNHCOOOn2.2.1.2 异氰酸酯和水反应。异氰酸酯和水反应。 带有异氰酸酯基团的化合物或高分子链节和水先形成带有异氰酸酯基团的化合物或高分子链节和水先形成不稳定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳。不稳定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳。NCOH2ORN

7、HCOOHNH2CO2 胺基进一步和异氰酸酯基团反应生成含有脲基的高聚胺基进一步和异氰酸酯基团反应生成含有脲基的高聚物。物。NCONH2HNCONH（取代脲）（取代脲） 上述两项都属于链增长反应，后者还生成二氧化碳，上述两项都属于链增长反应，后者还生成二氧化碳，另外还有其它链增长反应等。另外还有其它链增长反应等。2.3 发泡聚氨酯主要原材料。发泡聚氨酯主要原材料。 冰箱所用的原料一般包括冰箱所用的原料一般包括MDI，聚醚多元醇，交联剂，发泡剂，水，聚醚多元醇，交联剂，发泡剂，水，表面活性剂，催化剂，其各组分作用如下：表面活性剂，催化剂，其各组分作用如下： 聚醚多元醇：主反应原料。聚醚多元醇：主

8、反应原料。 多异氰酸酯：主反应原料。多异氰酸酯：主反应原料。 水：链增长剂，同时也是发生二氧化碳气泡的原料来源。水：链增长剂，同时也是发生二氧化碳气泡的原料来源。 交联剂：提高泡沫的机械性能，如弹性等。交联剂：提高泡沫的机械性能，如弹性等。 催化剂：催化发泡及凝胶反应。催化剂：催化发泡及凝胶反应。 表面活性剂：使泡沫稳定剂，并控制孔的大小及结构。表面活性剂：使泡沫稳定剂，并控制孔的大小及结构。 发泡剂：汽化后作为气泡来源并移去反应热，避免泡沫中心因高温而发泡剂：汽化后作为气泡来源并移去反应热，避免泡沫中心因高温而产生产生“焦烧焦烧”。2.4 影响泡沫导热系数的主要要素。影响泡沫导热系数的主要要

9、素。导热系数导热系数泡沫泡沫气体气体塑料塑料辐射辐射气体通过细胞内气体所传导的热。气体通过细胞内气体所传导的热。塑料通过固体塑料所传导的热。塑料通过固体塑料所传导的热。辐射横过细胞的热辐射传热。辐射横过细胞的热辐射传热。对对值的影响。值的影响。例如：例如：泡沫（泡沫（F11）0.018 W/mk.G: 0.008 W/mk.s: 0.003 W/mk.R 0.007 W/mk.三三. CFC-11及其替代物的特性。及其替代物的特性。3.1各发泡剂的特性各发泡剂的特性： 发泡剂发泡剂特特 性性CFC-11HCFC-141b环戊烷环戊烷异戊烷异戊烷 分子式CFCL3CH3CCL2FC5H10C5H

10、12分子量1371177072沸点（）23.8324928气体导热率（mW/m.K）7.89.41214臭氧破坏替能（O.D.P）1.000.070.1600全球温室效应(G.W.P)1.000.360.010.01爆炸浓度(V%)6.417.71.48.01.47.8各发泡剂的性能对比：各发泡剂的性能对比： 发泡剂性能CFC-11HCFC-141b环戊烷(c-pentane)异戊烷(i-pentane)保温性相溶性技术难度工艺性ABS腐蚀性安全性设备通用性 成本四四.发泡工艺（戊烷发泡）：发泡工艺（戊烷发泡）：4.1设备要求：环戊烷（环设备要求：环戊烷（环/异戊烷）发泡系统：异戊烷）发泡系统

11、：4.1.1环戊烷存放区：要求环戊烷储罐要远离工业区至少环戊烷存放区：要求环戊烷储罐要远离工业区至少50米以米以上，环戊烷储罐置于地下，并作好防雷，防静电等措施。上，环戊烷储罐置于地下，并作好防雷，防静电等措施。4.1.2环戊烷配料房：环戊烷配料房： 要求操作环境要与外界隔离，且所有设备都要接地，要有良好的要求操作环境要与外界隔离，且所有设备都要接地，要有良好的通风，照明及开关要有防爆措施。操作环境温度要保持在通风，照明及开关要有防爆措施。操作环境温度要保持在2030之间，这样有利于抽料进储罐前使用料温较高，粘度较之间，这样有利于抽料进储罐前使用料温较高，粘度较低，利于抽料，限温低，利于抽料，

12、限温35以下，防止料在高温情况下变质。以下，防止料在高温情况下变质。4.1.3环戊烷发泡区：环戊烷发泡区： 环戊烷发泡区要与其它生产线隔离，发泡区烘道内要有通风设环戊烷发泡区要与其它生产线隔离，发泡区烘道内要有通风设施和防静电措施，所有设施都要接地，照明及开关要防爆，发泡施和防静电措施，所有设施都要接地，照明及开关要防爆，发泡前期前期150秒设备要断电操作。秒设备要断电操作。4.1.4环环/异戊烷发泡剂采取安全措施等与环戊烷发泡相同。异戊烷发泡剂采取安全措施等与环戊烷发泡相同。4.2工艺要求：工艺要求：4.2.1原料温度：原料温度：2025。4.2.2模具温度：模具温度：4050；当注射完成后

13、模具也要保持：；当注射完成后模具也要保持：4045。4.2.3脱模时间：视板材厚度而定。脱模时间：视板材厚度而定。 4.2.4推荐配方：聚醚多元醇推荐配方：聚醚多元醇100重量分数。重量分数。环戊烷（环环戊烷（环/异戊烷）异戊烷）1014重量分数。重量分数。pol/iso=1/1.251.354.3组合聚醚的典型的物理性质：组合聚醚的典型的物理性质：外观：浅黄色液体，无沉淀物。外观：浅黄色液体，无沉淀物。比重：比重：1.101.15粘度：粘度：25004000 mpa.s水份：水份：1.92.5 %4.4典型泡沫物性：典型泡沫物性：压缩强度（压缩强度（Kpa） 140导热系数（导热系数（W/m

14、*K）：）： 0.022尺寸稳定性尺寸稳定性(-30.24h)%： 1.0闭孔率闭孔率 90%泡沫密度：环戊烷泡沫泡沫密度：环戊烷泡沫 35 Kg/m3环环/异戊烷泡沫异戊烷泡沫 33 Kg/m3 五常规工艺试验：五常规工艺试验： 5.1往未加发泡剂的组合料中加入发泡剂。往未加发泡剂的组合料中加入发泡剂。5.2将原料温度调至要求范围。将原料温度调至要求范围。5.3按比例要求，将原料准确称量。按比例要求，将原料准确称量。5.4用搅拌器将两大原料搅拌混合，搅拌速度为用搅拌器将两大原料搅拌混合，搅拌速度为2500r/min以上。以上。5.5观察发泡反应时间：观察发泡反应时间：5.5.1乳白时间：原料从开始搅拌至发白为止的时间。乳白时间：原料从开始搅拌至发白为止的时间。是衡量是衡量A料性能的重要指标。料性能的重要指标。5.5.2凝胶时间：原料从开始搅拌至玻璃捧插入泡沫开凝胶时间：原料从