聚氨酯环戊烷体系硬质聚氨酯发泡工艺技术详解【收藏】
-
- -
高分子学习研究
工业是民族的脊梁
一、聚氨酯生产原料
聚氨酯生产主要原料有：黑料、白料、发泡剂。
1、黑料: 黑料的学名为多异氰酸酯，因其是一种黑色粘稠液体，故俗称黑料。多异氰酸酯的主要品种有MDI、TDI、PAPI，其中MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）用于冰箱聚氨酯泡沫生产。
2、白料：工业生产冰箱聚氨酯泡沫时，通常先将组合聚醚型多元醇、催化剂，泡沫稳定剂进行混合，这种混合物是一种白色粘稠液体，俗称白料。
(1) 组合聚醚型多元醇：冰箱聚氨酯泡沫所使用的多元醇为聚醚型多元醇。
(2) 催化剂：催化剂的主要作用是加速聚氨酯的形成，缩短固化时间，提高发泡质量。
(3) 泡沫稳定剂：泡沫稳定剂的主要作用是乳化系统中的各原料组份，保证体系反应顺利进行；促进气泡的成核作用；提高气泡壁稳定性，使制品泡孔均匀细密，具有良好的机械性能。稳定剂的用量虽然不大，但对泡沫体的泡孔结构、物理性能、制造工艺都有着重大影响。
(4) 组合聚醚的性能指标(组合聚醚牌号：HY MA021801)
项目 | 单位 | 指标 | 备注 |
水分 | % | 2.10~2.20 | |
羟值 | mg KOH/g | 445~475 | |
酸值 | PH11 | ||
粘度(25℃) | mPa*s | 2500~3500 | |
密 度(25℃) | g/cm3 | 1.07 | 黑料1.23 |
外观 | 草黄色透明液体，无机械杂质 | ||
3、发泡剂：在聚氨酯发泡中，发泡剂主要作用是产生气体，在聚氨酯中形成均匀分布的细小气泡。发泡剂本身不参加多异氰酸酯和组合聚醚之间的化学反应。利用氟利昂（如R11、R12）作发泡剂的发泡工艺称为有氟发泡。发泡剂不含氟利昂的发泡工艺称为无氟发泡。如环戊烷发泡。
二、发泡工艺原理
通过高压发泡机的注射枪头把黑料 和白料与环戊烷的预混物进行混合，并注入箱体或门体的外壳和内胆之间的夹层内。在一定温度条件下，多异氰酸酯（中的异氰酸根（-NCO））与组合聚醚（中的羟基（-OH））在催化剂的作用下发生化学反应，生成聚氨酯，同时释放大量热量。此时预混在组合聚醚的发泡剂（环戊烷）不断汽化使聚氨酯膨胀填充壳体和内胆之间的空隙。
化学反应式nO=C=N—R—N=C=O + n HO—R’—OH -------> —( OC—NH—R—NH—COO — R’—O —)n
三、环戊烷发泡工艺参数的控制
黑料和白料的配比： 黑料∶白料∶环戊烷 = 145∶100∶11.5
发泡原液温度：黑料和白料温度控制在18~25℃
模具温度：40±5℃
箱预热炉温度：35~50℃，发泡炉温度35~55℃。
注射压力：黑料和白料注射压力控制在13~16MPa。
熟化时间：≥6min
四、反应速度参数
反应标准条件：各化学试剂温度为20℃，纸杯容量为455毫升，搅拌器为4片螺旋叶片，并带6厘米的导向环，在2000转/分钟的速度下搅拌。
配 比 | 黑料 145 | 组合聚醚 100 | 环戊烷 13 |
项 目 | 单位 | 指标值 | |
搅拌时间 | S | 6 | |
乳白（始发）时间 | S | 14~18 | |
凝胶（拉丝）时间 | S | 70~86 | |
不粘（止发）时间 | S | 125~155 | |
五、聚氨酯泡沫性能要求
1、自由发泡密度：24~27Kg/m3
2、聚氨酯模塑密度：34~36Kg/m3
3、压缩强度： ≥0.20MPa
4、导热系数： ≤19.6 mw/m·k
5、尺寸稳定性（-30℃，24h）： ≤1.0%
6、闭孔率 ≥97%
六、发泡工艺控制要点
1、严格控制原液的理化性能
黑、白料中的多异氰酸酯、组合聚醚、发泡剂，催化剂及泡沫稳定剂的化学性能直接决定合成聚氨酯的化学反应和泡沫物理性能。是生产合格的聚氨酯泡沫基本条件。
黑、白料单体应为通明的粘稠液体，无絮状不溶性杂质。若有不溶性杂质，将会堵塞发泡机的滤网，导致原料流量不稳定，黑白料的配比不符合要求混料不均匀。甚至堵死发泡机的管路不下料。
建议至少每周将发泡机（及预混机）的黑料和白料滤网及枪头针阀彻底清洗一次。
2、严格控制原液的配比和注射量
必须严格控制黑料、组合聚醚和环戊烷的配比。在总注射量不变的情况下，黑料比例过大则会出现空泡，白料比例过大则出现软泡，环戊烷比例过大则出现涨泡，比例过小则出现空泡。黑白料的比例失调，将会出现混料不均匀，泡沫出现收缩现象。
注射量的多少应以工艺要求为标准。注射量低于工艺要求量时将会出现泡体模塑密度低、强度低，甚至出现填充不密实空泡现象。注射量高于工艺要求时将会出现涨泡和漏泡现象，箱体（门体）出现变形。
3、严格控制工艺温度和熟化时间
聚氨酯发泡是一个较复杂的物理和化学反应过程。原料、模具、预热温度及熟化时间的波动将直接影响到发泡质量。
A、黑料是一种较活泼的化学物质，极易与水发生化学反应，贮存的过程中应保证容器的干燥密封并充干燥氮气保护，使用的过程中不应与水直接接触。贮存温度低于5℃会产生结晶现象，因此必须注意防冻。一旦出现结晶，应在使用前于70~80℃加热熔化，并充分搅拌均匀。贮存温度高于50℃会生产一种不溶性的固体，粘度增大，化学性质发生变化。白料亦存在同样的性质。
故要求黑、白料应贮存在室温（20~25℃）下的通风、阴凉、干燥的地方，避免日晒、雨淋。
B、黑白料在发泡前应进行恒温处理，控制发泡温度在18~25℃。
温度太低时黑白料的粘度大、流量不稳定、流动性差、混合不均匀，温度太低时生成泡沫的反应速度慢熟化时间长。熟化时间不够时箱体、门体脱模后仍发泡，出现外观变形。
温度太高时反应剧烈不易控制。容易出现注入较大箱体的泡液性能不均一，开始注入的泡液已经发生化学反应，粘度迅速增大，后注入的泡液还未反应。导致后注入的泡液不能将先注入的泡液推到箱体发泡流程的最前端，出现箱体局部空泡现象。
C、预热炉温度应控制在30~50℃，发泡炉温度应控制在35~50℃，发泡模温度应控制在35~45℃。
在冬季待发泡的箱体和门体温度较低，须在预热炉温内进行预热。否则较热的聚氨酯液体接触到箱体或门体时化学反应受到严重影响，出现泡液和壳体不粘现象。
发泡模温度过低时，泡液体系流动性差，固化时间长，反应不彻底，出现空泡；发泡模温度过高时，塑料内胆受热变形，泡液体系反应剧烈。因此必须严格控制发泡模温度和发泡炉的环境温度。
特别是冬季时，每天早上开线是必须对发泡模、预热炉、发泡炉及箱体和门体预热30分钟以上。夏季发泡一段时间后须对发泡系统进行冷却降温。
D、我司使用的黑白料发泡熟化时间必须在6分钟以上。熟化时间太短，箱体、门体脱模后仍发泡，出现外观变形。特别是门体变形后，与箱体装配时出现门封缝隙大、漏冷、箱体不保温，压缩机频繁启动。
4、严格控制发泡机的注射压力在13~16MPa
注射压力不稳定时黑料和白料的配比不稳定、混合不充分。黑料和白料的注射压力相差控制在5bar内，否则会出现串料损坏发泡机现象。
发泡的过程中应经常检查发泡机的注射压力，清理发泡机的注射系统，不能出现堵料现象。
黑、白料、环戊烷混合不均匀，表现为聚氨酯泡沫密度不均匀、局部出现大的气泡、泡沫开裂、泡沫局部发软：泡沫上出现白色、黄色或黑色的条纹，泡沫缩瘪。
5、发泡前的准备工作：
A、模具的清理检查，
发泡前应将附在发泡模上漏泡残沫等杂物清理干净，检查模具配合精度。否则发泡时将会产生损坏箱体、漏泡等严重的质量问题箱发泡前应检查箱体的排、吸气管是否按要求整理好，是否有弯折。引出线是否齐全，排水管是否已装好。发泡工艺板是否按工艺要求粘贴好。
B、门发泡前应检查门体的把手是否装正，有无歪斜。配线装配尺寸是否符合工艺要求。门锁是否按要求装配好。美纹纸是否按工艺要求粘贴，是否出现漏泡的可能。
6、取放箱取放箱（门）体的要求：
（门）体都要垂直轻拿轻放，不允许有碰伤内、外箱体；发泡后的箱（门）体应均匀间隔放置在流水线上。然后检查发泡质量是否符合要求。漏泡应用工具清理干净，不可擦划伤箱（门）体。
7、发泡工艺控制方法
1）每班生产前，必须检查各参数是否符合工艺要求。以后每隔3个小时再核查一次，并记录检查结果。
2）每班生产前，必须检测一次自由发泡体的混合情况及密度。每班检测一次箱体和门体的模塑泡体的混合情况及密度。然后将自由发泡体和模塑泡体在-20℃冷冻24H，观测其收缩情况。泡沫体应无明显的收缩。并记录检查结果。
七、聚氨酯发泡常见问题及决绝措施
异常问题 | 可能产生的原因 | 解决措施 |
漏泡 | 1、箱体或门体在发泡前预装时密封不实，有漏泡的间隙。 2、发泡原液配比不当，发泡剂偏多。 | 用美纹纸、海绵或腻子密封严实。 调整发泡原液配比 |
涨泡 | 1、发泡量过多。 2、发泡模具松动，发泡时受力变形。 3、机械室斜板涨泡变形，主要是发泡枕头尺寸偏小。 | 1、调整发泡量 2、维修发泡模具 3、更换发泡枕头或对发泡枕头进行修改。 |
空泡 | 发泡量偏低 原液配比不当，发泡剂偏低 发泡速度太快， 发泡液在箱体内的流程太长。 发泡时，箱体内困气 | 增大发泡量 调整配比 调整发泡速度 更改注泡孔的位置或添加 导流块，缩短，发泡液在箱体内的流程 在适当的位置增加透气孔 |
不粘 | 内胆表面有油污 内胆表面光滑度太高，泡液粘接力差 环境温度太低，原液、模具、箱体和门体表面温度太低。 | 用酒精清洗油污 更换表面粗糙的内胆，或对内胆表面打磨增加粗糙度 提高环温，对发泡系统进行预热。 |
混料 不均匀 | 注射压力太低 原液太脏或温度太低，流量不稳定 | 提高注射压力，加强黑白 料的混合 对原液进行过滤，定期清洗滤网和针阀。提高原液温度。 |
收缩 | 原液配比不当 混料不均匀 | 调整配比 混料均匀 |
密度 不均匀 | 混料不均匀 发泡液在箱体内各向的流程相差太长 | 混料均匀 更改注泡孔的位置或添加导流块，缩短，发泡液在箱体内的流程 |
变形 | 熟化时间不够 箱体或门体材料强度不够收缩变形 | 延长熟化时间 提高材料抗收缩强度 |
往期回顾：点击标题即可轻松阅读
第1期 聚氨酯的概念及结构特征！
第3期 溶剂对NCO反应影响浅析！
第6期 双组分聚氨酯胶粘剂概述
第7期 7种水性聚氨酯固化剂，3种水性聚氨酯配方工艺揭秘（包括聚酯多元醇合成步骤哦！）
第8期 聚氨酯品种、原料、结构、检测、加工等相关中英文对照大汇总【收藏】
第9期 热塑性聚氨酯弹性体（TPU）在注塑成型过程中产生制品缺陷可能发生的问题及原因，及其解决方案【收藏】
来源：网络资料|高分子学习研究编辑整理！ 本期编辑：suo 期次：聚氨酯 第10期 市场推广：联系微信suoxidong商谈！ 转载请联系微信suoxidong申请授权！
更多精彩点击原文阅读进入论坛讨论
友情链接