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      硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料尺寸穩(wěn)定性的影響因素及控制方法

      2015-05-30 20:52:56趙巧光
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年23期
      關(guān)鍵詞:控制方法影響因素

      趙巧光

      摘 要:文章針對硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在使用中尺寸穩(wěn)定性的重要性,重點(diǎn)闡述了影響因素及其控制方法。因此研究硬質(zhì)聚氨酯泡沫尺寸穩(wěn)定性的影響因素及控制方法有著重要的意義。

      關(guān)鍵詞:硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料;尺寸穩(wěn)定性;影響因素;控制方法

      硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是由多異氰酸酯(俗稱黑料)和組合聚醚(俗稱白料)按一定配比合成的高分子化合物,具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、絕熱、隔音、防震、抗沖擊等優(yōu)良性能,因而廣泛用于工業(yè)制造、建筑、包裝、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè),并在現(xiàn)代國防工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。由于硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有優(yōu)良的加工成型性能,因此可以用來制作用于減震、支承、固定的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料結(jié)構(gòu)件,來代替一些金屬結(jié)構(gòu)件,這種聚氨酯結(jié)構(gòu)件既滿足實(shí)際使用的力學(xué)性能,又具有易成型加工的優(yōu)勢,但是由于這種結(jié)構(gòu)件屬于非金屬材料,在生產(chǎn)中其尺寸穩(wěn)定性受黑白料的配比、發(fā)泡時(shí)的模溫、料溫和環(huán)境溫度、發(fā)泡完成后的固化溫度和固化時(shí)間、黑白料的充分混合、白料(聚醚多元醇)的組分等多種因素影響;在使用中其尺寸穩(wěn)定性又會隨環(huán)境的溫度、濕度等產(chǎn)生變化,對長期使用帶來不利影響,因此研究硬質(zhì)泡沫塑料制品尺寸穩(wěn)定性的影響因素及控制方法有著重要意義。

      硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的尺寸穩(wěn)定性是指板材尺寸變化的程度也就是板材在縱、橫、厚度三個(gè)方向上的伸長或收縮程度。翹曲是指在一定條件下板材隆起的高度,主要指板材在厚度方向上凸凹形變與平面之間的高度差。尺寸的變化常體現(xiàn)為泡沫開裂或脫落,而這些必然會影響其正常使用。

      1 影響因素

      1.1 黑白料的配比

      泡料的發(fā)泡配比(也稱流量比,即發(fā)泡過程中組合聚醚與異氰酸酯用量的比值)是一個(gè)決定發(fā)泡料物理性能的重要參數(shù)。發(fā)泡料配比的變化,一旦超出一定的工藝范圍,會對泡沫質(zhì)量(如泡沫的形穩(wěn)性、閉孔率、導(dǎo)熱系數(shù)、壓縮強(qiáng)度等)有很大的影響,這會對產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和整體性能造成較為嚴(yán)重的后果。所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中一個(gè)合理穩(wěn)定的發(fā)泡配比范圍,對產(chǎn)品的正常生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。

      1.2 在發(fā)泡時(shí)的模溫、料溫和環(huán)境溫度

      料溫、模溫和環(huán)境溫度均影響反應(yīng)速度和物料粘度,故保證以上溫度穩(wěn)定是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的必要條件。最適宜環(huán)境溫度20-30℃;料溫20-30℃或稍高一點(diǎn),或適當(dāng)控制調(diào)節(jié)催化劑用量;模溫40-50℃,模溫過低則化學(xué)反應(yīng)緩慢,泡沫固化時(shí)間長,發(fā)泡倍率小,密度大,表皮厚;模溫過高則固化時(shí)間太短,反應(yīng)不充分,同時(shí),模具內(nèi)表面光潔度要好。

      1.3 發(fā)泡完成后的固化溫度和固化時(shí)間

      模具內(nèi)發(fā)泡,脫模前模具與制品一起放在較高溫度環(huán)境熟化,讓化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行完全,脫模時(shí)間太短,熟化不充分,泡沫會變形,導(dǎo)致被填充廂體的外壁凹凸不平甚至壁板與泡沫體剝離。例如脫模后有的制品會發(fā)出脆響,就是熟化不充分的結(jié)果,泡沫體積停止膨脹標(biāo)志發(fā)泡過程結(jié)束,熟化過程開始,至泡沫體不再上升,再留10-15分鐘,方可脫模。同時(shí),初始發(fā)泡料最好保證3%-5%的過量填充。

      1.4 黑白料的充分混合

      黑白料混合均勻,泡孔細(xì)而均勻,否則泡孔粗且不均勻,甚至局部出現(xiàn)化學(xué)組成不符合配方要求,組分不均則環(huán)境變化必然導(dǎo)致形變。

      反應(yīng)物料要充分混合,且要在達(dá)到乳白時(shí)前澆入模具,攪拌時(shí)間僅有40-50秒,因此必須提高混合效率,尤其手工澆注發(fā)泡,攪拌器(螺旋或者渦輪式)應(yīng)有足夠的功率和轉(zhuǎn)速。低壓發(fā)泡機(jī)攪拌器轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分,手工攪拌1000轉(zhuǎn)/分。機(jī)械發(fā)泡,發(fā)泡料的乳白時(shí)間(從物料混合開始到混合后物料發(fā)白為止,表示泡沫的反應(yīng)特性,不同的配方有相應(yīng)的最佳乳白時(shí)間。)遠(yuǎn)比攪拌式混合的短,所以生產(chǎn)大塊泡沫最好選用大輸出量發(fā)泡機(jī)。

      1.5 白料的組分

      特種高官能度聚醚復(fù)配使用,使泡沫形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可以大大提高泡沫耐低溫性能;高官能度交聯(lián)劑的使用也大大提高了泡沫的尺寸穩(wěn)定性;相反,若聚醚中含有大量二官能度成分,反應(yīng)后形成的大量的線性分子結(jié)構(gòu)在低溫情況下則很難穩(wěn)定;若選用的聚醚,生產(chǎn)階段采用強(qiáng)堿催化,反應(yīng)徹底,使聚醚保持較高反應(yīng)率,即在與黑料接觸時(shí)能反應(yīng)的較為完全。

      白料除了主要原料聚醚多元醇外,還包括催化劑、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑、阻燃劑等必不可少的輔助原料。不同廠家提供的白料中的催化劑和穩(wěn)定劑不同,會形成啟發(fā)時(shí)間與固化時(shí)間的差別,對成型后的收縮有很大的影響。

      發(fā)泡劑用量太多泡沫體太軟或泡沫疏松,發(fā)泡劑用量太少泡沫體太硬泡孔粗大,都會影響泡沫尺寸穩(wěn)定性。

      泡沫穩(wěn)定劑當(dāng)用量正確時(shí),可使泡沫自然開孔,并使泡沫從發(fā)泡上升到完全固化前保持穩(wěn)定。用量太少,泡沫將部分或全部塌泡;但用量太多,泡沫會出現(xiàn)小裂紋或開裂,同樣會影響尺寸穩(wěn)定性。

      1.6 溫度、濕度的影響

      在氣溫變化(比如春秋季節(jié)、尤其北方)以及零件溫度變化時(shí),會導(dǎo)致收縮變化。高密度泡沫的尺寸隨溫度、濕度的增加而增大,同時(shí)濕度對泡沫尺寸的影響比溫度顯著,由于水分滲透進(jìn)入泡孔,造成溶漲效應(yīng),隨著濕度的增加,泡沫的重量也同時(shí)增加。

      另外,密度越高,尺寸隨溫度變化越小,特別是溫度在45℃以內(nèi),泡沫密度幾乎不影響尺寸隨溫度的變化,因此,尺寸穩(wěn)定性與密度并無直接聯(lián)系。

      2 控制方法

      在原料來源穩(wěn)定可靠、配方科學(xué)合理的前提下:

      (1)控制作業(yè)環(huán)境和原料儲存溫、濕度,并能根據(jù)環(huán)境變化對配方做合理的微調(diào);(2)通過高溫熟化,即在60-80℃的溫度環(huán)境中,時(shí)效7至8天,可以有效地降低收縮對成品的影響。長期庫存的成品,也會受到多種因素的影響,尤其是在溫度變化比較大的時(shí)候,產(chǎn)生縮料的情況。高溫熟化時(shí)效處理,可以減少變形的影響;(3)加大促進(jìn)凝膠效應(yīng)的催化劑的量,同時(shí)相應(yīng)調(diào)整泡沫穩(wěn)定劑的量,提高產(chǎn)品的強(qiáng)度,防止尺寸收縮;(4)混合不良時(shí),對于高壓發(fā)泡機(jī),應(yīng)適當(dāng)提高注射能力和清理混煉室;對于低壓發(fā)泡機(jī),應(yīng)適當(dāng)提高攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和清理注料嘴;對于手工操作,應(yīng)適當(dāng)增加攪拌時(shí)間。

      參考文獻(xiàn)

      [1]聚氨酯中國95國際會議論文集[C].

      [2]朱呂民.聚氨酯合成材料[M].江蘇科學(xué)技術(shù)出版社.

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