延锋汽车零部件内饰发泡工艺培训.ppt
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1、发泡工艺 张伟立,一、聚氨酯发泡工艺基础二、典型发泡问题的分析三、聚氨酯发泡工艺常用术语四、聚氨酯发泡设备基础五、案例分享,课 程 内 容,聚氨酯发泡工艺基础,主链上含有-NHCO-基团聚合物通称为聚氨基甲酸酯简称为聚氨酯。Polyurethane,简称PU。,Cross-Linking in Polyurethane Polymers,聚 氨 酯 定 义,聚氨酯发泡工艺基础,聚氨酯理论空间结构,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,地毯;半硬质:扶手,方向盘;硬质:方向盘芯。根据多元醇品种分类,分为聚酯型、聚醚型;根据ISO不同分类:TDI、TM、MT、MD
2、I根据发泡方法分类,可以分为块泡,模塑和喷涂聚氨酯泡沫:块泡:复合泡沫。模塑:座椅,扶手,头枕。喷涂:方向盘,仪表盘。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 分 类,第一个反应生成聚氨酯,第二个反应生成聚脲(泡沫的骨架),上述两个反应都属于链增长反应,后者还生成二氧化碳,因而即可以看作链增长反应,又可视为发泡反应。注: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。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 泡 沫 形 成,混合:ISO与 Polyol system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
3、才开始变白并开始迅速起发。混合结束到起发之间的时间就是乳白时间。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复杂模具中分布。,聚氨酯发泡工艺基础,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:发泡开孔和稳定性的重要指标。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 泡 沫 形 成,聚氨酯原材料主要有ISO部分(又称黑料或B料)和POLY部分(又称白料或A料)组成。Component1(ISO部分):Pure TDI,TDI&MDI和Pure MDI。Component2(POLY部分):聚醚:聚醚多元醇和聚合物多元醇。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨
4、 酯 原 材 料,助剂:发泡剂:水交联剂:如DEOA催化剂:发泡胺催化剂和凝胶胺催化剂如:A-400 A-33泡沫稳定剂:硅油开孔剂:本身是一种聚醚其他助剂:如抗氧剂,阻燃剂等,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料,TDI:甲苯二异腈酸酯MDI:多亚甲基多苯基多异腈酸酯,Toluene Diisocyanate,Diphenylmethane Diisocyanate,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,Pure TDI:目前北美几乎全部使用TDI系统。主要特点:制作的产品密度比较低;产品拉伸比较好;耐老化性能较低。Whole MDI:这里的MDI指的是改性的MDI或
5、称MMDI,主要成分:(Prepolymer MDI+(4、4MDI,2、4 MDI)Isomers/Oligomers),聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,MDI系统主要特点是:活性比较高,反应速度快;对模具温度的依赖程度低,可以低模温生产;后熟化快;物理性能,特别是耐老化性能非常优良;撕裂强度较差;制作的产品密度比较高;,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,MDI&TDI:为了降低Whole MDI的密度,加入部分的TDI以降低产品的密度从而降低产品的成本。依据产品的性能加入的TDI各不相同。TDI&MDI:有TDI+Crude MDI组合而成;加
6、入的Crude MDI比例不同,有TM70/30,TM80/20等不同配比。如:TM80/20=VT06(TDI 80%+Crude MDI 20%),聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,聚醚多元醇-Base polyol 我们现在使用330NY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,加工性能就越好;,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-POLY部分,聚合物多元醇-Polymer polyol我们使用的是H45Y固含量:固含量越高则泡沫产品硬度越高;粘度:与固含
7、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;比例:产品硬度,物理性能和开孔性的重要控制点;,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-POLY部分,聚醚多元醇和聚合物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。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-POLY部分,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
8、理想的范围是90105;MDI系统理想的范围是8595。,聚氨酯发泡工艺基础,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:,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 化 学-A料跟B料之比,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:,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 化 学-聚 醚 组 合 料,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程图,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
9、力。,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程,成型两种原料在一定的温度下反应,成型时间约为180s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,需要挂在悬挂链上进行后处理,该过程需要6小时;,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程,温度(包括料罐温度、模具温度、冷水机温度、机房温度)压力(包括料罐压力、泵前压力、泵后压力、浇注压力、循环压力、过滤网压力)流量(混合头流量)自由发泡高度自由发泡速度流水线节拍,聚氨酯发泡工艺基础,发 泡 工 艺 控 制 点,发泡测试标准-大众泡沫标准(TL52653),聚氨酯发泡工艺基
10、础,聚氨酯发泡工艺基础,发泡测试标准-大众泡沫标准(TL52653),聚氨酯发泡工艺基础,发泡测试标准-大众泡沫标准(TL52653),发泡测试标准-通用泡沫标准(GM6293),聚氨酯发泡工艺基础,原因分析:1.浇注方式 泡沫在模具中分布不合适 2.模具问题 外协件尺寸或两个工装间有差异3.过度飞溅 浇注时有气泡形成 4.有外协件在模具中 流动受阻产生气泡 5.未充满 未形成足够压力以赶出气体6.起发太快 泡沫前端移动太快,典型发泡问题的分析,气泡,原因分析1.操作 从脱模到包装 2.气袋掉下 在固化时太早或太快3.熟化不够 不能阻止泡沫变形4.泡沫鼓起 开模时泡孔由于压力膨胀,典型发泡问题
11、的分析,变形,原因分析1.模具结构 模具形状复杂 2.模具脏 不能使模具保持干净 3.脱模剂不够、固含量不够 4.熟化不够 起模时泡沫强度不够,典型发泡问题的分析,撕裂,原因分析1.模具分型面上有碎片2.合模不正确3.模具内化工料量不正确 计量 4.温度 5.TPR 6.浇注方式,典型发泡问题的分析,硬边和溢料,原因分析1.太稳定 起发时泡孔破裂比例太低 2.催化剂含量高-在脱模时熟化太过开孔困难 4.混合头积料 聚氨酯积在混合室内5.过度填充 模具内压力过高6.熟化不够 冷却时 泡沫强度不足以保持产品形状 7.气袋落下 气袋的夹持力释放,典型发泡问题的分析,收缩,原因分析:1.模具漏气 过度
12、飞溅或过度排气2.校对-TDI 或polyol 流量变化 3.催化剂平衡 起发与凝胶速度不匹配4.原料受污染 原材料中混有其他原料 5.浇注方式 模具中发泡分布不正确6.过度填充 模具内压力过高7.未充满 模具内已经充满但不足以建立稳定的内压 8.气袋过早落下 浇注后气袋压力释放太早9.模具温度 太冷或太热 10.机械震动 在泡沫成型时模具震动太大 11.组份的影响 影响发泡的反应12.混合头受污染 泡沫积在混合室内,典型发泡问题的分析,塌泡/逃气,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45
13、00-6500之间,ISO可以是TDI/TM/MDI;该工艺生产效率高,耗能少,目前普遍使用;我们的工艺为冷熟化工艺;,聚氨酯发泡工艺常用术语,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。,聚氨酯发泡工艺常用术语,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;正常生产浇注时,选择的流量范围需要在泵线性
14、上输出量的上下限之间。,聚氨酯发泡工艺常用术语,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POLY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POLY/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种或3种POLY组合料进行对喷,混合后反应生成聚氨酯发泡;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,这样在制造不同密度,不同硬度时工艺的宽容度更大。,聚氨酯发泡工艺常用术语,TPR是timed pressure release的简称,
15、即压力定时释放,有时也称为放气,即预先开孔;如果放气太早,产品比较嫩,此时容易出现撕裂现象;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;,聚氨酯发泡工艺常用术语,初喷正常浇注时,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,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;如果是聚醚先出来,则发泡上会有粘乎乎的湿料;如果是ISO先出来,则发泡上会有发脆的泡沫(轻度初喷时)或出现ISO(初喷严重时);另外有一种特殊的情况:先浇注的地方出现偏软的情
16、形,原因可能是ISO与POLY中的1种或2种组分先出来,另外1种POLY出来慢,导致先浇注点发泡偏软,聚氨酯发泡工艺常用术语,末喷正常浇注结束时,ISO喷嘴与POLY喷嘴同时关闭;如果一种组分的喷嘴关闭比较慢,关闭比较慢的组分最后会有少量原料未混合就流出混合室,这样泡沫上浇注的最后一点会有湿料,这种现象叫做末喷。,聚氨酯发泡工艺常用术语,发泡指数IndexISO与POLY反应时,如果ISO与POLY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;Ind
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