聚氨酯泡沫材料及成型方法總結(jié)

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(fù)的 -NHCOO-基團(tuán)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(jī)異氟酸酯（通常為甲苯二異氟酸酯，簡稱TDI）與多元醇化合物（聚醸多元 醇或聚酯多元醇）相互作用而得。由于聚氨酯的結(jié)構(gòu)不同，性能也不一樣。利用 這種性質(zhì)，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(yīng)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(zhì)輕，隔熱隔音，比強(qiáng)度高，

2、減振等優(yōu)異特性。根據(jù)所用原 料不同和配方的變化，可制成軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料幾種。圖1聚氨酯泡沬合成主要原料1.1聚氨酯泡沫形成的化學(xué)機(jī)理多元醇與多異氟酸酯生成聚氨酯的反應(yīng)，是所有聚氨酯泡沫塑料制備中都存在 的反應(yīng)。發(fā)泡過程中的“凝膠反應(yīng)”一般即指氨基甲酸酯的形成反應(yīng)。因為泡沬原 料采用多官能度原料，得到的是交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這使得發(fā)泡體系能夠迅速凝膠，基團(tuán) 反應(yīng)如下：NCO+OHNHCOO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, 多異氟酸酯與水的反應(yīng)不僅生成腺的交聯(lián)（凝膠反應(yīng)），而且是重要的產(chǎn)氣發(fā)泡 反應(yīng)。所謂“發(fā)泡反應(yīng)"，一般是指有水參加的反應(yīng)。N

3、 CO + H20+OCN N HCON H+CO 寸上述幾個反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量可促使反應(yīng)體系溫度迅速増加，是發(fā)泡反 應(yīng)在短時間內(nèi)完成。并且，反應(yīng)熱為物理發(fā)泡劑（輔肋發(fā)泡劑）的氣化發(fā)泡提供 了能量二、軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料軟質(zhì)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(chǎn)品。聚氨酯軟泡的泡孔結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)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

4、2.1發(fā)泡原理及工藝2.1.1預(yù)聚體法發(fā)泡工藝原理預(yù)聚體法發(fā)泡工藝通常應(yīng)用于聚醸型泡沫塑料。而聚酯型泡沫塑料因聚酯本身 粘度較大，生成預(yù)聚體后粘度更大，在發(fā)泡時不易操作，一般都不用此法。 預(yù)聚體法發(fā)泡工藝既是將聚醸多元醇和而異氟酸酯先制成預(yù)聚體，然后在預(yù)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(jìn)行發(fā)泡。固 化后在一定溫度下熟化即軟質(zhì)泡沫塑料。其流程示意圖如下聚瞇多元醇預(yù)聚體二異氣酸酯水4 A T催化劑圖2預(yù)聚體發(fā)泡流程示意圖2.1.2預(yù)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(yīng)釜中加入聚酯，然后在室溫下，在攪拌的同時加 入異氟酸酯，由于異氟酸酯和聚酯的反應(yīng)放熱，

5、因此必須根據(jù)釜的批量大小來控 制異氟酸酯的加入速度，是反應(yīng)溫度不超過90C。，加完后繼續(xù)在90C。溫度下， 保持反應(yīng)lh左右，冷卻后裝入干燥容器中即為成品。在生產(chǎn)過程中最好能始終 通入氮?dú)猓耘懦到y(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(yù)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(nèi)進(jìn)行發(fā)泡。 半預(yù)聚體發(fā)泡工藝。聚證多元醇預(yù)聚體二異氛酸酯發(fā)泡聚酬多元醇叔胺及其他催化劑圖3半預(yù)聚體發(fā)泡工藝流程圖半預(yù)聚體法發(fā)泡工藝目前在一般軟質(zhì)泡沫塑料中采用較少，大部分用于制造 半硬質(zhì)制品。目的是為了較好的調(diào)節(jié)物料粘度和泡沫凝膠強(qiáng)度。2.1.3 一步發(fā)泡工藝步發(fā)

6、泡工藝是目前普遍采用的制造工藝，主要是將聚醸（或聚酯）多元醇、 二異氟酸酯、水、催化劑、泡沬穩(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(jìn)行發(fā)泡。由于使用了有機(jī)錫等催化劑，反應(yīng)速度較快，放熱時溫度 較高，不需要在發(fā)泡后在進(jìn)行加熱熟化，并采用了有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑，因而在聚 醸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(yù)聚 體的反應(yīng)裝置，因而具有工藝簡單、設(shè)備投資少、易于操作管理等優(yōu)點(diǎn)。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(chǎn)已 采用一步法發(fā)泡工藝。其流程圖如下聚磁（或聚酯） 多元醇7多異和酸酯催化劑A八表而活性劑外發(fā)泡劑及其 他添

7、加劑圖4 步發(fā)泡工藝示竟圖2.1.4箱式發(fā)泡工藝小規(guī)模生產(chǎn)塊狀軟泡通常采用箱式發(fā)泡工藝，這是一種間歇式生產(chǎn)工藝，這 種發(fā)泡方法適用于實驗室手工發(fā)泡。反應(yīng)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(shè)備包括：電控機(jī)械攪拌器，混合 料筒；模具(箱)；(3)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(chǎn)時，需在箱內(nèi)壁涂用少量脫模劑，使泡沬 容易脫出。2.2軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的其他品種2.2.1高回彈軟質(zhì)泡沫塑料高回彈軟質(zhì)泡沫塑料，又稱“HR"泡沬(high resiliency foam)0由

8、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)部門的重視, 應(yīng)用也曰益廣泛，它和常規(guī)熱熟化泡沫塑料相比有諸多優(yōu)點(diǎn)。(1) 優(yōu)良的機(jī)械性能高回彈泡沬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(fù)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(chǎn) 中耗能低。(3) 具有較好的耐燃性高回彈泡沬塑料由于其特有的內(nèi)在 分子結(jié)構(gòu)，因而比一般泡沬塑料有較低的可燃性，不含或含少量阻燃 劑的制品即可達(dá)到自息級標(biāo)準(zhǔn)。2.2.2阻燃性軟質(zhì)泡沫普通聚氨酯泡沫塑料都為可燃性聚合物。特別是軟質(zhì)泡沬塑料,開孔率較高, 密度較小，對空氣接

9、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 生活使用帶來了一定的局限性。般將阻燃性軟質(zhì)泡沫分為兩種：一種是添加型，即在泡沬制品中加入阻燃 性物質(zhì)，如各種含磷，氯、澳、硼等化合物，特別是幾種阻燃物質(zhì)的混合物，更 可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而提高制品的阻燃性能；另一種是結(jié)構(gòu)型，它在聚醮（或聚 酯）多元醇或多異氟酸酯中引入磷、氯、漠、硼、氮等元素來達(dá)到阻燃目的。 2.2.3半硬質(zhì)泡沫半硬質(zhì)泡沫塑料是聚氨酯塑料的一大品種。該制品的特點(diǎn)是具有較高的壓陷 硬度和較高的密度。它的交聯(lián)密度遠(yuǎn)高于軟質(zhì)泡沫塑料而僅次于硬質(zhì)制品 2.2.4超柔軟泡沬塑料超柔軟聚氨酯泡沫塑料的特點(diǎn)是密度小壓縮強(qiáng)度低，一般都用于床墊

10、、低負(fù) 荷墊子和枕頭芯等方面2.2.5高密度泡沫橡膠高密度泡沬橡膠，又稱微孔軟質(zhì)聚氨酯泡沬塑料，其通常密度為 240-960kg/m3,根據(jù)需要可制成開孔或閉孔型等各種產(chǎn)品。它與其他微孔橡膠 相比，其特點(diǎn)是具有優(yōu)異的物理性能，如較高的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性能, 它的避震性能也較好，承載負(fù)荷性能也優(yōu)于一般通用橡膠。2.2.6親水性軟質(zhì)泡沫塑料親水性聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料大部分應(yīng)用于制造海綿、地毯或織物襯里、耐火 絕緣層等，最近在農(nóng)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。三、硬質(zhì)聚氨酯泡沫硬質(zhì)聚氨酯泡米塑料是指在一定負(fù)荷作用下不發(fā)生明顯形變。當(dāng)負(fù)荷過大發(fā) 生形變后不能恢

11、復(fù)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(jié)構(gòu) 材料。其主要特點(diǎn)是：質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率小、性能好，應(yīng)用范圍廣、絕 緣效果好、重量輕、比強(qiáng)度大耐化學(xué)腐蝕和隔音效果好。在聚氨酯各類產(chǎn)品中， 產(chǎn)量僅次于軟質(zhì)泡沫塑料。3.1主要合成原料硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要原料中異氟酸酯常用多苯基多次甲基多異氟酸酯(MDI)o3.2發(fā)泡方法生產(chǎn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料有三種方法：預(yù)聚法、半預(yù)聚法和一步法。(1) 預(yù)聚法是把全部的聚醸多元醇(或聚酯多元醇)和異氟酸酯反應(yīng)，生成 預(yù)聚體；在催化劑的作用下，預(yù)聚體與水反應(yīng)生成泡沬塑料。泡沫塑料的密度取 決于游離異氟酸酯基(NCO)的含量和水的用量。(2) 半預(yù)聚

12、體法制備預(yù)聚體，首先把過量的多異氟酸酯和配方中的部分多元 醇反應(yīng)，所得預(yù)聚體的游離NCO含量范圍在20%-35%之間。發(fā)泡時，把預(yù)聚體 和剩余的聚醸多元醇(或聚酯多元醇)、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、催化劑等混合，反應(yīng) 而得到泡沫塑料。(3) 步法發(fā)泡是指聚醸或聚酯多元醇、異氟酸酯、催化劑、泡沬穩(wěn)定劑、 發(fā)泡劑等原料經(jīng)過計量全部混合在一起，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成硬質(zhì)泡沫塑料的方 法。大部分的一步法是在室溫下進(jìn)行的，所以，用于一步法反應(yīng)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3.3.1手工發(fā)泡硬質(zhì)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

13、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，立即發(fā)行化學(xué)反應(yīng)并發(fā)泡后得到泡沬塑料。手工發(fā) 泡的原材料利用率低，一般約有5%-10%的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(chǎn)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(zhì)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(yīng)用于硬質(zhì)泡沫塑料。3.3.3反應(yīng)注射模塑(RIIVI)就是把多種反應(yīng)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(yīng)活性大，黏度小3.4硬質(zhì)聚氨酯泡沫的應(yīng)用(1) 食品等行業(yè)冷凍冷藏設(shè)備:如冰箱、冰柜、冷庫、冷藏車等，聚氨酯硬泡是 冷凍冷藏設(shè)備的最理想的絕熱材料。(2) 工業(yè)設(shè)備保溫:如儲罐、管道等。(3) 建筑材料:在歐美發(fā)達(dá)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(yīng)用還不像西方 發(fā)達(dá)國家那樣普遍，所以發(fā)展的潛力非常大。(4) 交通運(yùn)輸業(yè):如汽車頂篷、內(nèi)飾件等。仿木材:高密度(密度3007