聚氨酯泡沫材料及成型方法總結

1、聚氨酯泡沫材料一、概況聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱。凡是在高分子主鏈上含有許多重復的-NHCOO-基團的高分子化合物統(tǒng)稱為聚氨基甲酸酯。一般聚氨酯系由二元或多 元有機異氰酸酯（通常為甲苯二異氰酸酯，簡稱 TDI）與多元醇化合物（聚醚多元 醇或聚酯多元醇）相互作用而得。由于聚氨酯的結構不同，性能也不一樣。利用 這種性質，聚氨酯類聚合物可以分別制成塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑等。 近二十年來，聚氨酯在這幾個方面的應用都發(fā)展很快，特別是聚氨酯泡沫塑料、 聚氨酯橡膠、聚氨酯涂料發(fā)展更加迅速。泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品種之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相對密度較小，質輕，隔熱隔音，比強度高，減

2、振等優(yōu)異特性。根據(jù)所用原 料不同和配方的變化，可制成軟質、半硬質和硬質聚氨酯泡沫塑料幾種1.1聚氨酯泡沫形成的化學機理多元醇與多異氰酸酯生成聚氨酯的反應，是所有聚氨酯泡沫塑料制備中都存在 的反應。發(fā)泡過程中的“凝膠反應”一般即指氨基甲酸酯的形成反應。因為泡沫原 料采用多官能度原料，得到的是交聯(lián)網絡，這使得發(fā)泡體系能夠迅速凝膠。 基團 反應如下：NCO+ OH 一一 NHCOO 在有水存在的發(fā)泡體系中，例如聚氨酯軟泡發(fā)泡體系、水發(fā)泡聚氨酯硬泡體系， 多異氰酸酯與水的反應不僅生成脲的交聯(lián)（凝膠反應），而且是重要的產氣發(fā)泡 反應。所謂“發(fā)泡反應”，一般是指有水參加的反應。NCO+H 2O+OCN &

3、gt; NHCONH +CO2 T上述幾個反應產生大量的熱，這些熱量可促使反應體系溫度迅速增加， 是發(fā)泡反 應在短時間內完成。并且，反應熱為物理發(fā)泡劑（輔助發(fā)泡劑）的氣化發(fā)泡提供 了能量二、軟質聚氨酯泡沫塑料軟質聚氨酯泡沫塑料（簡稱聚氨酯軟泡）是指具有一定彈性的一類柔軟性聚氨 酯泡沫塑料，它是用量最大的一種聚氨酯產品。聚氨酯軟泡的泡孔結構多為開孔 的。一般具有密度低、抗氧化老化、耐油耐溶劑、彈性回復好、吸音、透氣、保 溫性能，主要用作家具墊材、交通工具座椅墊材、各種軟性襯墊層壓復合材料， 工業(yè)和民用上也把軟泡用作過濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材 料及隔熱保溫材料2.1發(fā)泡原理及工

4、藝2.1.1預聚體法發(fā)泡工藝原理預聚體法發(fā)泡工藝通常應用于聚醚型泡沫塑料。而聚酯型泡沫塑料因聚酯本身 粘度較大，生成預聚體后粘度更大，在發(fā)泡時不易操作，一般都不用此法。預聚體法發(fā)泡工藝既是將聚醚多元醇和而異氰酸酯先制成預聚體，然后在預聚體中加入水、催化劑、表面活性劑和其他添加劑，載高速攪拌下混合進行發(fā)泡。固 化后在一定溫度下熟化即軟質泡沫塑料。其流程示意圖如下聚醚多元醇圖2預聚體發(fā)泡流程示意圖2.1.2預聚體工業(yè)制法及其發(fā)泡工藝實例：在帶有攪拌的干燥反應釜中加入聚酯，然后在室溫下，在攪拌的同時加入異氰酸酯，由于異氰酸酯和聚酯的反應放熱，因此必須根據(jù)釜的批量大小來控 制異氰酸酯的加入速度，是反應

5、溫度不超過 90C，加完后繼續(xù)在90C溫度下， 保持反應1h左右，冷卻后裝入干燥容器中即為成品。在生產過程中最好能始終 通入氮氣，以排除系統(tǒng)中的水分。發(fā)泡工藝：實驗室小量發(fā)泡一般采用手工發(fā)泡，即將預聚體、水、催化劑、表面活性劑及添加劑等一次加入，在高速攪拌 23s后傾入模具內進行發(fā)泡。半預聚體發(fā)泡工藝聚醚多元醇預聚體二異氰酸酯聚醚多元醇發(fā)泡一泡沫制品表面活性劑叔胺及其他催 化劑圖3半預聚體發(fā)泡工藝流程圖半預聚體法發(fā)泡工藝目前在一般軟質泡沫塑料中采用較少，大部分用于制造半硬質制品。目的是為了較好的調節(jié)物料粘度和泡沫凝膠強度。2.1.3 一步發(fā)泡工藝一步發(fā)泡工藝是目前普遍采用的制造工藝， 主要是將

6、聚醚（或聚酯）多元醇、 二異氰酸酯、水、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑及其他添加劑等原料一步加入，在高速攪 拌下混合后進行發(fā)泡。由于使用了有機錫等催化劑，反應速度較快，放熱時溫度 較高，不需要在發(fā)泡后在進行加熱熟化， 并采用了有機硅泡沫穩(wěn)定劑，因而在聚 醚等物料粘度較低的情況下也能得到泡孔較為均勻的泡沫制品。加上不需要預聚體的反應裝置，因而具有工藝簡單、設備投資少、易于操作管理等優(yōu)點。由于物料粘度較小，對制造低密度和模塑成型制品尤為有利， 因而目前絕大部分生產已采用一步法發(fā)泡工藝。其流程圖如下催化劑表面活性劑聚醚（或聚酯） 多元醇外發(fā)泡劑及其 他添加劑圖4 一步發(fā)泡工藝示意圖2.1.4箱式發(fā)泡工藝小規(guī)模生

7、產塊狀軟泡通常采用箱式發(fā)泡工藝，這是一種間歇式生產工藝，這種發(fā)泡方法適用于實驗室手工發(fā)泡。反應物料混勻后立即倒入一只木制或鐵皮制成的箱子一樣的敞口模具中發(fā)泡 成型，故得名“箱式發(fā)泡”。箱式發(fā)泡的主要設備包括：電控機械攪拌器，混合 料筒；模具（箱）；稱量工具，如天平、臺秤、量杯、玻璃注射器等計量工 具；用于控制攪拌時間的秒表。生產時，需在箱內壁涂用少量脫模劑，使泡沫 容易脫出。2.2軟質聚氨酯泡沫塑料的其他品種2.2.1高回彈軟質泡沫塑料高回彈軟質泡沫塑料，又稱“ HR”泡沫h(huán)igh resiliency foam ）。由于這類泡 沫制品可以冷熟化，加工工藝簡單，物性優(yōu)良，因而引起各工業(yè)部門的重

8、視， 應用也日益廣泛，它和常規(guī)熱熟化泡沫塑料相比有諸多優(yōu)點。（1 ）優(yōu)良的機械性能 高回彈泡沫制品和一般制品相比，具有較 高的彈性；低的滯后損失；較高的壓縮復合比值；類似乳膠表面的手 感和良好的透氣性。（2）消耗能量低 高回彈泡沫由于可以冷熟化，因而在生產中耗 能低。（3） 具有較好的耐燃性 高回彈泡沫塑料由于其特有的內在分子 結構，因而比一般泡沫塑料有較低的可燃性，不含或含少量阻燃劑的 制品即可達到自息級標準。2.2.2阻燃性軟質泡沫普通聚氨酯泡沫塑料都為可燃性聚合物。特別是軟質泡沫塑料，開孔率較高, 密度較小，對空氣接觸面積大，因而較其他非泡沫聚氨酯更易燃燒， 這給工業(yè)及 生活使用帶來了一

9、定的局限性。一般將阻燃性軟質泡沫分為兩種：一種是添加型，即在泡沫制品中加入阻燃 性物質，如各種含磷，氯、溴、硼等化合物，特別是幾種阻燃物質的混合物，更 可產生協(xié)同效應，從而提高制品的阻燃性能；另一種是結構型，它在聚醚（或聚 酯）多元醇或多異氰酸酯中引入磷、氯、溴、硼、氮等元素來達到阻燃目的。 223半硬質泡沫半硬質泡沫塑料是聚氨酯塑料的一大品種。 該制品的特點是具有較高的壓陷 硬度和較高的密度。它的交聯(lián)密度遠高于軟質泡沫塑料而僅次于硬質制品 2.2.4超柔軟泡沫塑料超柔軟聚氨酯泡沫塑料的特點是密度小壓縮強度低，一般都用于床墊、低負 荷墊子和枕頭芯等方面2.2.5高密度泡沫橡膠高密度泡沫橡膠，又

10、稱微孔軟質聚氨酯泡沫塑料，其通常密度為3240-960kg/m，根據(jù)需要可制成開孔或閉孔型等各種產品。它與其他微孔橡膠 相比，其特點是具有優(yōu)異的物理性能，如較高的拉伸強度、撕裂強度和耐磨性能， 它的避震性能也較好，承載負荷性能也優(yōu)于一般通用橡膠。2.2.6親水性軟質泡沫塑料親水性聚氨酯軟質泡沫塑料大部分應用于制造海綿、地毯或織物襯里、耐火 絕緣層等，最近在農藝、花卉種植方面用于人工土壤，它對水有較大的親和力和 較大的吸水率。、硬質聚氨酯泡沫硬質聚氨酯泡米塑料是指在一定負荷作用下不發(fā)生明顯形變。當負荷過大發(fā)生形變后不能恢復到初始狀態(tài)的泡沫塑料。它是一種性能優(yōu)良的絕熱材料和結構 材料。其主要特點是

11、：質量輕、比強度高、熱導率小、性能好，應用范圍廣、絕 緣效果好、重量輕、比強度大耐化學腐蝕和隔音效果好。在聚氨酯各類產品中， 產量僅次于軟質泡沫塑料。3.1主要合成原料硬質聚氨酯泡沫塑料的主要原料中異氰酸酯常用多苯基多次甲基多異氰酸酯（MDI）。3.2發(fā)泡方法生產硬質聚氨酯泡沫塑料有三種方法：預聚法、半預聚法和一步法。（1）預聚法是把全部的聚醚多元醇（或聚酯多元醇）和異氰酸酯反應，生成預聚體；在催化劑的作用下，預聚體與水反應生成泡沫塑料。泡沫塑料的密度取 決于游離異氰酸酯基（NCO）的含量和水的用量。（2）半預聚體法制備預聚體，首先把過量的多異氰酸酯和配方中的部分多元 醇反應，所得預聚體的游離

12、 NCO含量范圍在20%-35%之間。發(fā)泡時，把預聚體 和剩余的聚醚多元醇（或聚酯多元醇）、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、催化劑等混合，反應 而得到泡沫塑料。（3）一步法發(fā)泡是指聚醚或聚酯多元醇、異氰酸酯、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、 發(fā)泡劑等原料經過計量全部混合在一起，發(fā)生化學反應后生成硬質泡沫塑料的方 法。大部分的一步法是在室溫下進行的， 所以，用于一步法反應的各種原料在室 溫下最好是液體，并要求各原料相互間的混溶性好。3.3成型工藝331手工發(fā)泡硬質聚氨酯泡沫塑料最簡便的成型方法是手工發(fā)泡(澆注發(fā)泡)。把各種原料精確稱量后，置于一容器中，然后立即把這些原料混合均勻， 注入到模具或需 要填充泡沫塑料的空腔中去，

13、立即發(fā)行化學反應并發(fā)泡后得到泡沫塑料。手工發(fā) 泡的原材料利用率低，一般約有 5%-10%勺原料粘附在容器壁上。手工發(fā)泡只適 用于現(xiàn)場臨時施工或生產少量不定型的制品或制作泡沫塑料試樣。3.3.2噴涂發(fā)泡噴涂發(fā)泡成型是指把硬質聚氨酯泡沫的原料直接噴射到無間的表面，并在表面上發(fā)泡的成型方法，噴涂發(fā)泡主要應用于硬質泡沫塑料。3.3.3反應注射模塑(RIM)就是把多種反應性較高的液體原料， 通過混合頭，注射到密閉餓模具中成型 的方法。RIM過程對原料要求是反應活性大，黏度小3.4硬質聚氨酯泡沫的應用(1) 食品等行業(yè)冷凍冷藏設備：如冰箱、冰柜、冷庫、冷藏車等，聚氨酯硬泡是 冷凍冷藏設備的最理想的絕熱材料。(2) 工業(yè)設備保溫：如儲罐、管道等。(3) 建筑材料:在歐美發(fā)達國家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡總消耗量的一半左右， 是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中國，硬泡在建筑業(yè)的應用還不像西方 發(fā)達國家那樣普遍，所以發(fā)展的潛力非常大。(4) 交通運輸業(yè)：如汽車頂篷、內飾件等。（5）仿木材:高密度（密度300700kg