PU发泡工艺介绍.ppt

1、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

2、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

3、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、

4、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、4 MDI）。 系统主要特点是: 活性比较高，反应速度快；

5、 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

6、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：

7、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60110之间，INDEX较高时，产品比较硬； 其中TDI理想的范围是90105； MDI系统理想的范围是8595。,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

8、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,2

9、7,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

10、度范围52-60g/cm3 TDI 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232，相对湿度505%）。,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

11、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（10020）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251%、651%，到达变形量之后保持301s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

12、%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/T 10808），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502

13、0mm/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

14、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

15、，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

16、的上下限之间。,40,发 泡 常 用 术 语,NBT 是new blending technology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timed pressu

17、re release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

18、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； Index105,产品容易烂； In

19、dex85,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

20、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

21、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