聚氨酯化学与工艺8泡沫ppt课件.ppt
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1、聚氨酯化学与工艺,Chap.4聚氨酯泡沫塑料4.5 软质聚氨酯泡沫塑料4.6 硬质聚氨酯泡沫塑料4.7聚氨酯半硬泡,教学目的及要求 通过本章的学习,了解聚氨酯泡沫材料的分类,熟悉掌握形成泡沫的化学反应、成泡原理、稳定原理,了解泡沫材料的加工工艺方法,了解块状泡沫、模塑泡沫的制备方法,掌握制备泡沫材料所用原料种类,熟悉软泡、硬泡、高回弹等泡沫的配方计算方法,了解泡沫材料的用途。,3.垂直发泡工艺及设备垂直发泡(又称竖式发泡)工艺即在垂直输送带上完成发泡的工艺。其基本工艺过程是:将经混合头充分混合的发泡物料送入发泡装置底部,物料向上发泡,进入衬有聚乙烯薄膜的定型槽,在泡沫四周,用垂直方向的传送带以
2、与泡沫上涨相同的速度把连续的泡沫体向上输送。泡沫基本固化后,被发泡机顶部的切刀切割成泡沫块,然后用水平输送机把泡沫块输送到熟化区熟化和后加工。,垂直发泡设备示意图,1、混合后料液加入管2、PE薄膜桶3、加热块4、带针输送带5、切割机,垂直发泡设备,垂直发泡工艺的优点如下:可以用较小的流量(如4070kg/min)得到大截面积(如1m2m)的泡沫块料,而通常用水平发泡机要得到同样截面的块料,流量水平要比垂直发泡大35倍;由于泡沫块横截面大,不存在上下表皮,边皮也较薄,因而大大减少了切割损失;设备占地面积小,厂房高度约1213m,厂房和设备投资费用较水平发泡工艺的低;,可以方便地通过更换料斗及模型
3、,可生产圆柱形或矩形泡沫体,特别是可生产供旋切的圆块泡坯料。 垂直发泡机生产的泡沫块料的长度不能太长,密度过大或过小的泡沫在生产上也有一定困难。但垂直发泡机的经济性(投资省、成品率高)及生产灵活性,使得到迅速发展。,4.5.2.4 软泡的后加工,切 断,旋转切割,仿形切割,仿 形 切 割,仿形切割,仿形切割,旋转辊异形切割,切 片 2,旋切片材,连续薄片旋切,4.5.2.5配方原料体系对块泡性能的影响,1、多元醇 用于普通块状泡沫的聚醚多元醇,分子量一般为30004000,以聚醚三醇为主。高回弹泡沫则多采用分子量在45006000的聚醚三醇。 分子量增加时,泡沫的拉伸强度、伸长率和回弹性提高;
4、同类聚醚的反应活性下降。聚醚的官能度增加,则反应相对加快,生成聚氨酯的交联度提高,泡沫硬度随之提高,伸长率下降。,2、异氰酸酯 聚氨酯软块泡的异氰酸酯原料以甲苯二异氰酸酯(TDI80)为主。而活性相对较低的TDI65仅用于聚酯型聚氨酯泡沫或特殊的聚醚型泡沫。 为了使泡沫中生成脲基甲酸酯和缩二脲而提高泡沫交联度,一般异氰酸酯指数可控制在105115,在此范围内可以方便而安全地控制泡沫体的硬度。TDI指数在一定范围内增大,则泡沫硬度增大。但达到某一点后硬度不再显著增大,而撕裂强度、拉伸强度和伸长率下降,闭孔率上升,回弹率下降,表面长时间发粘,还会引起泡沫烧芯。若TDI指数过低,泡沫易产生裂纹,强度
5、低,回弹差,压缩永久变形大、表面有潮湿感。,3、催化剂 块状软泡发泡用的催化利大致分为二类:一类是有机金属化合物,以辛酸亚锡最为常用;另一类是叔胺、以双(二甲氨基乙基)醚(美国康普顿公司OSI部产品牌号为A-1,美国联碳公司牌号Niax A-1,我国一些厂家也采用“A-1”称谓这种催化剂)和三亚乙基二胺(TEDA,或称“A-33”)常用。,4、泡沫稳定剂 泡沫稳定剂是泡沫配方中不可缺少的组分,在聚酯型聚氨酯块状泡沫中以非硅系表面活性剂为主,聚醚型块状发泡中主要采用有机硅氧化烯烃共聚合物。一般对于低密度软泡采用高活性泡沫稳定剂如L-580、L-582等;对于密度为3040kg立方米的高密度软泡,
6、采用较低活性的泡沫稳定剂,如L- 520、L-6202等。,5.发泡剂 一般在制造密度大于21千克每立方米的聚氨酯软块泡时,只使用水作发泡剂;在低密度配方中才使用二氯甲烷(MC)等低沸点化合物作辅助发泡剂。 为了方便地表述配方中发泡剂的发泡能力,可采用“发泡指数”的概念,即把相当于在100份聚醚中使用的水的份数定义为发泡指数(IF)。,发泡指数可以用以下经验式来表述(m表示发泡剂用量): IFm(水)+ m(CFC11)/10+ m(MC)/7.5(每100份聚醚) 一般来说,发泡指数越大,泡沫塑料的密度就越低。这一经验关系依赖于温度和大气压力等条件,还与配方中的其它因素,如加入阻燃剂、填充剂
7、等有关。,4.5.2.6环境因素对块泡物性的影响,1.温度的影响 聚氨酯的发泡反应随着物料温度上升而加快,在敏感的配方中将会引起烧芯和着火的危险。 在生产聚氨酯软泡时,发泡时的气温环境对反应性及泡沫塑料的物理性能也有一定的影响。例如,同样的配方,在夏季由于气温高,反应加快引起泡沫密度下降、硬度降低、伸长率增加、机械强度增加。 软泡最好在装备空调的车间中生产。为了得到所需性能的泡沫,可调节发泡配方以适合不同的气温环境。,2、空气湿度的影响 泡沫物料在发泡、熟化时与空气接触,大气湿度对泡沫物理性能有影响,见下表:,由表中数据可见,随着湿度的增加,由于泡沫中的异氰酸酯基团部分与空气中的水分反应,泡沫
8、的硬度有所下降,伸长率增加;由于脲基的增加,泡沫的拉伸强度有所增加。,3、大气压的影响 对同样的配方,当在海拔较高的地方发泡时,密度明显降低。 使用相等的发泡剂,在海平面比在海拔若干高度地区制得的块状泡沫密度高得多。,4.5.2.6配方及性能举例,块状软泡的配方及性能示例见下表:,一种高承载聚氨酯块状软泡的配方为:普通软泡聚醚75叔胺催化剂0.2接枝聚醚多元醇25辛酸亚锡0.2水3.6TDI指数110匀泡剂 0.8,一种低密度块状软泡举例,4.5.3模塑软泡,4.5.3.1概述 模塑软泡(moulding flexible PU foam)的生产方法是将聚氨酯原料混合后直接注入模具发泡成型,因
9、而泡沫制品的形状完全由模具决定。 聚氨酯软泡的模塑发泡工艺主要用于制造车船和家具的座垫、靠垫、头枕等。一般的模塑软泡垫材有较好的耐老化性能,在长期使用中,制品厚度及承载能力的损失很小。因此,模塑泡沫生产发展很快。 可以使用高压或低压发泡机进行软泡生产。因为模具必须逐个充填,生产形式为间歇式。,根据所用原料的反应特性,模塑聚氨酯软泡的生产分为热熟化和冷熟化工艺两种。 热熟化模塑泡沫的原料反应活性较低,反应混合物在模具中发泡结束后,需要连同模具一起加热,泡沫制品在烘道中熟化完全后才能脱模。,冷熟化模塑所用原料的反应活性较高,熟化时无需外部供热,依靠体系产生的热量,短时间即可基本上完成熟化反应,原料
10、注模后几分钟内即可脱模。由于原料体系及发泡反应过程的特点,大多数冷熟化模塑软泡具有较高的回弹性,而且压陷比大,一般称为冷熟化高回弹泡沫塑料。,热熟化和冷熟化泡沫体系的对比见下表:,影响泡沫密度的主要因素是:模具形状、制品尺寸、模温、物料填充量及出气孔的大小。配方中水的用量影响着泡沫的密度和硬度。,4.5.3.2热模塑软泡1.原料配方体系 热熟化模塑软泡又称热模塑泡沫。其所用的主原料与普通聚醚块泡原料差别不大。 一般使用水和异氰酸酯反应放出的二氧化碳作为发泡剂,100份聚醚多元醇的水用量多为2.54份。泡沫的密度主要通过改变水量进行调节,为了降密度及硬度也可加入适量的物理发泡剂。 热模塑泡沫所用
11、发泡催化剂有:亚乙基二胺或双(二甲基胺基乙基)醚,凝胶催化剂有辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。,与块状软泡相比,当发泡剂用量相同时,模塑软泡的密度较高,承载负荷(硬度)要高出3050,拉伸强度和断裂伸长率要低些,而压缩变定值却要高一些。 用作座垫的泡沫需要有较高的硬度和密度,可在配方中全部或部分采用聚合物多元醇和提高异氰酸酯指数;用作靠背的软泡要求较为柔软常规方法是添加辅助发泡剂,使用辅助发泡剂可提高泡沫物料的流动性和泡沫开孔率,得到密度和硬度均较低而弹性较高的泡沫。,2.生产工艺,生产过程中,应把模具温度调整至3040,在120以上的烘道内熟化。泡沫表面在100120时,可满足泡沫熟化的要求,而
12、热量浪费又较少。模具在烘道中经过的时间约有1015min,加上脱模、清理模具、模具冷却需约1015min,整个生产周期约为2030min。 低密度的模塑泡沫一般采用热模塑法生产。,4.5.3.3冷模塑高回弹软泡 冷熟化模塑泡沫又称高回弹(HR)模塑泡沫。冷熟化高回弹软泡与热熟化软泡相比,具有以下的特点:生产过程中不需外部提供热量,可节省大量热能;sag系数(压陷比)高,舒适性能好;回弹率高;,不加阻燃剂的泡沫也有一定的阻燃性能;生产周期短,可节省模具,节约成本。 与热模塑泡沫和高回弹块泡相比,冷模塑泡沫的原料可选择范围较宽,助剂品种多。通过选用不同的原料体系,可得到各种性能的泡沫塑料。,1.原
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