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聚氨酯硬泡生产工艺


聚氨酯硬泡生产工艺 5.1 硬泡成型工艺 5.1.1 聚氨酯硬泡的基本生产方法 聚氨酯硬泡一般为室温发泡,成型工艺比较简单.按施工机械化程度可分为手工发泡 和 机械发泡.根据发泡时的压力,可分为高压发泡和低压发泡. 按成型方式可分为浇注发泡和喷涂发泡.浇注发泡按具体应用领域,制品形状又可分 为 块状发泡,模塑发泡,保温壳体浇注等. 根据发泡体系可发为 HCFC 发泡体系,戊烷发泡

体系和水发泡体系等,不同的发泡体 系对设备的要求不一样. 按是否连续化生产可分为间歇法和连续法.间歇法适合于小批量生产.连续法适合于 大 规模生产,采用流水线生产方法,效率高. 按操作步骤中是否需预聚可分为一步法和预聚法(或半预聚法). 1.手工发泡及机械发泡 在不具备发泡机,模具数量少和泡沫制品的需要量不大时可采用手工浇注的方法成 型. 手工发泡劳动生产率低,原料利用率低,有不少原料粘附在容器壁上.成品率也较低. 开发新配方,以及生产之前对原料体系进行例行检测和配方调试,一般需先在实验室 进 行小试,即进行手工发泡试验. 在生产中,这种方法只适用于小规模现场临时施工,生产少量不定型产品或制作一些 泡 沫塑料样品.手工发泡大致分几步:(1) 确定配方,计算制品的体积,根据密度计算用料 量, 根据制品总用料量一般要求过量 5%~15%.(2) 清理模具,涂脱模剂,模具预热.(3) 称 料,搅拌混合,浇注,熟化,脱模. 手工浇注的混合步骤为:将各种原料精确称量后,将多元醇及助剂预混合,多元醇预混 物及多异氰酸酯分别置于不同的容器中,然后将这些原料混合均匀,立即注入模具或 需要充 填泡沫塑料的空间中去,经化学反应并发泡后即得到泡沫塑料. 在我国,一些中小型工厂中手工发泡仍占有重要的地位.手工浇注也是机械浇注的基 础. 但在批量大,模具多的情况下手工浇注是不合适的. 批量生产,规模化施工,一般采用发泡机机械化操作,效率高. 2.一步法及预聚法 目前,硬质聚氨酯泡沫塑料都是用一步法生产的,也就是各种原料进行混合后发泡成 型. 为了生产的方便,目前不少厂家把聚醚多元醇或(及)其它多元醇,催化剂,泡沫稳定剂, 发 泡剂等原料预混在一起,称之为"白料",使用时与粗 MDI(俗称"黑料")以双组分形式混 合发泡,仍属于"一步法",因为在混合发泡之前没有发生化学反应.

早期的聚氨酯硬泡采用预聚法生产.这是因为当时所用的多异氰酸酯原料为 TDI-80. 由于 TDI 粘度小,与多元醇的粘度不匹配;TDI 在高温下挥发性大;且与多元醇,水等反 应放热量大,若用一步法生产操作困难,故当时多用预聚法. 若把全部 TDI 和多元醇反应,制得的端异氰酸酯基预聚体粘度很高,使用不便.硬泡 生产中所指的预聚法实际上是"半预聚法".即首先 TDI 与部分多元醇反应,制成的预 聚体 中 NCO 的质量分数一般为 20%~25%.由于 TDI 大大过量,预聚体的粘度较低.预聚体 再 和聚酯或聚醚多元醇,发泡剂,表面活性剂,催化剂等混合,经过发泡反应而制得硬质泡 沫 塑料.预聚法优点是:发泡缓和,泡沫中心温度低,适合于模制品;缺点是:步骤复杂,物 料流动性差,对薄壁制品及形状复杂的制品不适用. 自从聚合 MDI 开发成功后,TDI 已基本上不再用作硬质泡沫塑料的原料,一步法随之 78— 取代了预聚法. 5.1.2 浇注成型工艺 浇注发泡是聚氨酯硬泡常用的成型方法,即就是将各种原料混合均匀后,注入模具或 制 件的空腔内发泡成型. 聚氨酯硬泡的浇注成型可采用手工发泡或机械发泡,机械发泡可采用间歇法及连续 法发 泡方式. 机械浇注发泡的原理和手工发泡的相似,差别在于手工发泡是将各种原料依次称入 容器 中,搅拌混合;而机械浇注发泡则是由计量泵按配方比例连续将原料输入发泡机的混 合室快 速混合. 硬泡浇注方式适用于生产块状硬泡,硬泡模塑制品,在制件的空腔内填充泡沫,以及其 它的现场浇注泡沫. 5.1.2.1 块状硬泡及模塑发泡 块状硬质泡沫塑料指尺寸较大的硬泡块坯,一般可用间隙式浇注或用连续发泡机生 产. 块状硬泡切割后制成一定形状的制品.模塑硬泡一般指在模具中直接浇注成型的硬 泡制品. 块状硬泡的生产方法和连续法块状软泡及箱式发泡软泡相似. 原料中可加入一定量的固体粉状或糊状填料. 块状硬泡在模具顶上常装有一定重量的浮动盖板.反应物料量按模具体积和所需泡 沫塑 料密度计算,另加 3%~5%比较合适.这种情况下,泡沫上升受到浮动盖板限制,结构更 为均匀,各向异性程度减小.也可用自由发泡生产块状硬泡,即在没有顶盖的箱体内发 泡, 泡沫密度由配方决定.小体积(体积小于 0.5 m3,厚度不大于 10cm)聚氨酯硬泡生产配 方及工 艺目前已经成熟,国内普遍采用.大体积块状硬泡发泡工艺难度较大,国内生产厂家少.

在 大体积聚氨酯硬泡生产中,应注意防止泡沫内部产生的热量积聚而引起烧芯.一般需 控制原 料中的水分,不用水发泡以减少热量的产生,尽量采用物理发泡剂以吸收反应热,降低 发泡 原料的料温. 间隙式箱式发泡和模塑发泡,发泡过程大致是这样的:多元醇,发泡剂,催化剂等原料 精确计量后置于一容器中预混合均匀,加入异氰酸酯后立即充分混合均匀,具有流动 性的反 应物料注入模具,经化学反应并发泡成型. 箱式块状发泡工艺的优点是投资少,灵活性大.一个模具每小时一般可生产两块硬泡. 缺点是原料损耗大,劳动生产率低. 模塑发泡是在有一定强度的密闭模具(如密闭的箱体)内发泡,密度由配方用量和设定 的 模具体积来决定.一般用于生产一些小型硬泡制品,如整皮硬泡,结构硬泡等.模塑发泡 的 模具要求能承受一定的模内压力.原料的过填充量根据要求的密度及整皮质量而定. 大体积块状泡沫一般需用发泡机混合与浇注物料.高,低压发泡机均可.机械发泡,发 泡料的乳白时间远比搅拌式混合的短.因此,生产大块泡沫塑料,最好选用大输出量发 泡机. 连续法生产块状硬泡的过程与块状软泡的相似,所用发泡机,其原理和外观也与生产 软 泡的机器相似.如 Planibloc 平顶发泡装置也适用于生产块状硬泡. 5.1.2.2 浇注成型中的注意事项 浇注发泡成型的催化剂以胺类催化剂为主,可采用延迟性胺类催化剂延长乳白时间, 满 足对模具的填充要求,这类催化剂可提高原料体系的流动性,但不影响其固化性.异氰 酸酯 指数稍大于 100,如 105. 浇注发泡成型过程中,原料温度与环境温度直接影响泡沫塑料制品的质量.环境温度 以 20~30℃为宜,原料温度可控制在 20~30℃或稍高一些.温度过高或过低都不易得到 高质 量的制品.对船舶,车辆等大型制品现场浇注成型,难以控制环境温度,则可适当控制原 料 温度并调节催化剂用量. 79— 对模具的要求是结构合理,拆装方便,重量轻,耐一定压力,并且内表面还要有较好的 光洁度.同时还要根据模具的大小和不同的形状,在合适的位置钻多个排气孔.制造模 具的 材质一般是铝合金,有时也用钢模.模具温度的高低直接影响反应热移走的速度.模温 低, 发泡倍率小,制品密度大,表皮厚;模温高则相反.为制得高质量的泡沫塑料制品,一般 将

模温控制在 40~50℃范围.料温和模温较低时,化学反应进行缓慢,泡沫固化时间长; 温 度高,则固化时间短. 在注入模具内发泡时,应在脱模前将模具与制品一起放在较高温度环境下熟化,让化 学 反应进行完全.若过早脱模,则熟化不充分,泡沫会变形.原料品种与制件形状尺寸不同, 所需的熟化时间和温度也不同.一般模塑泡沫在模具中需固化 10min 后才能脱模. 由于混合时间短,混合效率是需重视的因素.手工浇注发泡,搅拌器应有足够的功率和 转速.混合得均匀,泡沫孔细而均匀,质量好;混合不好,泡孔粗而不均匀,甚至在局部范 围内出现化学组成不符合配方要求的现象,大大影响制品质量. 5.1.3 聚氨酯硬泡喷涂成型 聚氨酯硬泡喷涂发泡成型即是将双组分组合料迅速混合后直接喷射到物件表面而发 泡 成型.喷涂是聚氨酯硬泡是一种重要的施工方法,可用于冷库,粮库,住宅及厂房屋顶, 墙 体,贮罐等领域的保温层施工,应用已逐渐普及. 喷涂发泡成型的优点是:不需要模具;无论是在水平面还是垂直面,顶面,无论是在形 状简单的物体表面或者还是复杂的表面,都可通过喷涂方法形成硬质聚氨酯泡沫塑 料保温 层;劳动生产率高;喷涂发泡所得的硬质聚氨酯泡沫塑料无接缝,绝热效果好,兼具一定 的 防水功能. 5.1.3.1 低压及高压喷涂 一般按喷涂设备压力分为低压喷涂和高压喷涂,高压喷涂发泡按提供压力的介质种 类又 分为气压型和液压型高压喷涂工艺. 低压喷涂发泡是靠柱塞泵将聚氨酯泡沫组合料"白料"(即组合聚醚),"黑料"(即聚合 MDI)这两种原料从原料桶内抽出并输送到喷枪枪嘴,然后靠压缩空气将黑白两种原 料从喷 枪嘴中吹出的同时使之混合发泡.低压喷涂发泡的缺点是:原材料损耗大,污染环境;黑 白 两种原料容易互串而造成枪嘴,管道堵塞,每次停机都要手工清洗枪嘴;另外压缩空气 压力 不稳定,混合效果时好时坏,影响发泡质量,喷涂表面不光滑.但低压喷涂发泡设备价格 较 高压机低. 低压喷涂发泡施工是一般先开空气压缩机,调节空气压力和流量到所需值,然后开动 计 量泵开始喷涂施工,枪口与被喷涂面距离 300~500mm,以流量 1~2 kg/min,喷枪移动 速 度 0.5~0.8 s/m 为宜.喷涂结束时先停泵,再停压缩空气,拆喷枪,用溶剂清洗之. 高压喷涂发泡,物料在空间很小的混合室内高速撞击并剧烈旋转剪切,混合非常充分. 高速运动的物料在喷枪口形成细雾状液滴,均匀地喷射到物件表面.高压型喷涂发泡 设备与

低压型喷涂发泡设备相比,具有压力波动小,喷涂雾化效果好,属无气喷涂,原料浪费少, 污染小,喷枪自清洁等一系列优点.目前国内高压喷涂设备主要来自美国 Glas-Craft 公 司, Graco 公司,Gusmer 等公司.进口的高压喷涂机有的带可控加热器,可把黑白料加热(最 高 达 70℃).为了方便施工,在主加热器与喷枪之间配备长管.为防止两个发泡料组分在 流经 长管道时冷却降温,长管外面包有保温层,内有温度补偿加热器,以保证黑料,白料达到 设 定的温度. 选择合适的喷涂发泡设备,是控制硬质聚氨酯喷涂泡沫平整度及泡沫质量的关键之 一. 高压喷涂发泡效果明显优于低压喷涂发泡. 5.1.3.2 喷涂发泡工艺对原料的要求 ①毒性小,喷涂发泡时,原料喷散成很细的液滴,为减少对环境的污染和操作人员的健 80— 康,除发泡剂外,其它原料中的低沸点成分应严加控制,臭味大的叔胺催化剂尽量少用. 特 别是聚合 MDI 中,易挥发低相对分子质量的异氰酸酯含量要控制在很低范围内. ②粘度小,有利于在极短时间内混合均匀. ③催化剂活性要大,因为喷涂发泡工艺要求反应速度较快,泡沫应很快固化,不流淌. 一般选用三亚乙基二胺,二月桂酸二丁基锡等催化剂.具有催化作用的叔胺类多元醇, 如由 乙二胺与环氧丙烷反应制得的俗称"胺醚"的多元醇,常常用于喷涂发泡.组合料的固 化速 度应调节在适当的范围,如乳白时间 3~5s,不粘时间 10~20 s.这样,能保证反应液混 合 后立即在喷射面固化,形成泡沫塑料.这一点,对由下往上的顶部喷涂特别重要. 关于喷涂发泡的环境条件,有几点应注意. (1)喷涂发泡环境温度与待喷物体的表面温度较合适的温度范围是 15~35℃.有的施 工单位把 5~8℃作为最低温度界限.温度过低,泡沫塑料容易从物体表面脱落,而且泡 沫 塑料的密度明显增大.温度在 15~25℃范围内,泡沫塑料的密度没有明显变化;温度为 5℃ 时,密度明显升高.环境温度过高,发泡剂损耗太大. (2)异氰酸酯很容易和水反应生成含脲键结构.这种结构含量增高,则泡沫塑料较脆. 待喷涂物体表面若有露水或霜,应予以去除,否则,泡沫塑料的脆性增大,且影响与物体 表 面的粘接性. (3)在室外进行喷涂发泡作业,当风速超过 5 m/s 时,因反应产生的热量被风吹失, 热量不易积累,妨碍泡沫塑料进一步快速发泡反应,不易得到优质泡沫塑料.另外,风速 过 大,原料损耗也大.为防止喷涂物料细滴的飞散,减少对环境的污染,必要时,可用防风 帷

幕. (4)待喷物体表面要无锈,无粉尘,无油污和无潮气.必要时,应预先进行清洗和干 ,达到上述要求. (5)应注意安全卫生问题,加强劳动保护.要戴防护镜,避免在施工时吸入有害化学 原料. 喷涂泡沫塑料是一层层堆积起来的,一次喷涂的厚度要适宜.一次喷涂厚度一般为 10~ 30mm,最好为 15~20mm.具体厚度取决于泡沫塑料原料体系,温度,被喷基材的热导 率 等因素.一次喷涂厚度太薄,泡沫塑料的密度增大.一次喷涂厚度过大,反应放热难以发 散, 容易产生烧芯变形等现象. 5.1.3.3 喷涂发泡施工注意事项 环境温度和待喷涂表面的温度应在 10℃以上.温度过低,泡沫塑料与物体表面的粘接 性差,易脱离,而且泡沫密度明显加大.环境温度最好在 15~35℃之间.温度太高,则发 泡剂损耗大. 一次喷涂的厚度要适宜,单层喷涂的厚度约 15 mm 为宜.厚度太薄,泡沫密度增大, 太厚则不易控制喷涂表面的平整度. 待喷涂物体表面不能有油,灰尘等.若表面有露水或霜,应予以除去,否则将影响泡沫 与物体表面的粘接性,影响泡沫性能. 在室外喷涂时,当风速超过 5m/s 时,物料和热量损失大,不易得到满意的泡沫层,并 且污染环境.必要时可使用防风帷幕. 聚氨酯保温层喷涂施工结束后必须严格保护,以免破坏隔热效果或造成其它问题.隔 汽 层及聚氨酯硬泡表面均需采取保护性措施.地坪喷涂完毕后必须作好防水层及其上 面的水泥 砂浆保护层.墙面泡沫喷涂完毕后也必须采取其面层保护措施,以防碰坏. 国内贸易工程设计研究院是我国开展冷库喷涂施工的单位之一,该院对喷涂硬泡的 施工 提出了一个规程,其中对喷涂硬泡提出六项主要技术指标如下: (1) 密度 墙,顶喷涂泡沫密度>37 kg/m3,地面>45 kg/m3; 81— (2) 压缩强度(形变 10%时的压缩应力) 用于墙面,顶面为≥147kPa,一般地坪≥245 kPa,行走叉车的地坪≥294 kPa; (3) 导热系数 墙,顶泡沫≤0.022W/(m·K),地坪≤0.024 W/(m·K); (4) 尺寸稳定性 不大于 2%; (5) 吸水率 按照 GB8810 规定≤4%; (6) 阻燃性能 按照 GB2406-80 规定(样块尺寸 150mm× 12.5mm× 12.5mm),氧指数 ≥26,按照 GB8333-87 规定离火自熄时间必须达到"0"级标准. 5.1.4 块状聚氨酯硬泡生产及加工技术 5.1.4.1 块状聚氨酯硬泡的生产 块状硬质泡沫塑料是指尺寸较大的泡沫块,截面积大多接近矩形,用于切割制作一定 形 状的制品.所以,块状硬泡是一种坯料.生产方法分为间歇与连续两种类型.

硬质块状泡沫的制造必须符合下列要求: 泡沫块体尺寸要大;泡沫断面应为正方形或矩形,以尽量减少切割损失量;模具的数量 要少,这就要求熟化时间要短;块状泡沫各部位的密度变化应尽可能地小. 间歇法生产块状硬泡过程大致是这样的:多元醇,发泡剂,催化剂等原料精确计量后置 于一容器中预混和均匀,最后加入异氰酸酯立即充分混合.反应物料在达到乳白时间 前注入 模具,经化学反应并发泡后得到硬质泡沫塑料.在实验室,少量的低活性混合物可以用 简单 的可分散搅拌器手工混合.但当物料多于 500g 时,最好用机械搅拌器混合.从设备供应 商 那里可以得到许多设计合理的螺旋或涡轮式搅拌器.它的选择取决于发泡反应混合 物的多少 和粘度. 在间歇法生产块状泡沫中一般使用搅拌式混合.物料必须搅拌均匀才能注入模具,模 具 顶上常装有浮动盖板.浮动盖板的重量要合适,刚好能限制泡沫向上顶起就足够了.该 工艺 仅须人工投资,特别适用在配方经常改动或原料粘度比较大或原料体系需要加入填 料的情况 下的批量生产操作,原料中允许加入一定量的固体粉料或糊状物.这种简单块料工艺 能提供 每小时每模大约两块泡沫.而每块泡沫必须在泡沫上升终了以后至少需留在模具中 10~ 15min,以防止泡沫的强度不足而损坏.并且若过早脱模,泡沫会变形.通常还要保证 3%~ 5℅过填充量.与自由发泡相比,这通常足以得到平顶的块料和更加均一的,各向异性不 明 显的泡沫.该法优点是投资少,灵活性大.缺点是原料损耗大,留在混合容器内的原料无 法 回收;劳动生产率低,劳动力费用高;手工操作化学原料,有一定潜在不安全因素.图 5-1 表示其生产过程. (1)带铰链的模具,内涂蜡脱模剂或衬以聚乙烯薄膜;(2)浇入泡沫原料; (3)泡沫正在浮动盖板下上升;(4)泡沫充满模具,浮动盖板在上,泡沫呈矩形 图 5-1 间歇法浮动盖板式块状硬泡制法 要克服上述缺点得用发泡机混合与浇注物料.高,低压发泡机均可.反应物料要充分混 合,同样在达到乳白时间前浇入模具中.经过大约十分钟(根据反应装置而定)固化后 打开 模具,取出泡沫块.通常,块状泡沫熟化一周后再进行切割.机械发泡,反应物料乳白时 间 远比批量搅拌式混合为短.因此,生产大块泡沫塑料,若采用高反应性原料体系,应选用 大 82— 输出量发泡机.例如,若要生产密度为 30kg/m3 硬质泡沫塑料,模具尺寸为 2m× 1m× 1m, 需约 66 kg 泡沫原料.若这些原料要在 20s 内注入模具,发泡机浇注量必须达到

200kg/min. 由此可见,要求的输出量是很可观的. 较小输出量的发泡机同样能生产块状泡沫塑料,如图 5-2 所示,可用一移动分配管将反 应液注入模具.模具略倾斜.如用这种改进方法生产截面积为 1m× 0.5m,长达数米的泡 沫 塑料,机器输出量约 50 kg/min 即可.此方法适用于聚氨酯及聚异氰脲酸酯硬泡,后者发 泡 过程乳白时间较短.泡沫塑料密度在 30~200 kg/m3 范围可调节. 1—发泡机;2—多元醇贮罐;3—异氰酸酯贮罐;4—计量泵;5—混合头 图 5-2 块状硬质泡沫塑料生产工艺 连续法生产块状硬泡是最经济的加工方式.这种方法类似于软质块状泡沫的生产,所 用 发泡机,其原理和外观也与生产软泡的机器相似.原料经计量,混合均匀后连续注入由 纸或 聚乙烯膜围成的料槽内发泡.料槽安放在运输带上并不断向前移动.大部分连续生产 硬泡块 料设备的运输系统,侧壁在垂直方向上可向上移动.侧壁运输带与水平方向移动的运 输带同 步协调地驱动.有的设备侧壁是固定的,但其面层紧紧按在垂直辊轮上,以减少泡沫上 升的 阻力.顶端受顶部运输带限制,泡沫只能上升到设备调节的高度,以形成平顶泡沫.一种 改 进型被称作 planibloc 平顶发泡装置(如图 5-3)也适用于块状硬泡. 要生产高质量块状硬泡,原料体系乳白时间宜短,上升时间应可调节,不粘时间也宜短. 乳白时间与不粘时间短的原料体系,有利点在于:生产的硬泡,泡孔细而均匀,性能较好; 发泡设备的运输带长度短;固化快的泡沫塑料,可较早地切割成一定长度. 1—混合头;2—顶部纸;3—压板;4—泡沫;5—运输带 图 5-3 planibloc 块状泡沫塑料生产装置 5.1.4.2 块状聚氨酯硬泡的加工技术 83— 连续加工适用于大批量生产建筑用板材,而间歇加工方式则用于小批量生产各种尺 寸以 及复杂结构的板材.可以使用下列制造方法. 1.切割法 通过锯或削——木材加工所用方法在这里也适用——从块状泡沫上切取所需尺码的 泡 沫块,然后包覆所需的表面层,如木板,塑料板,粒子板,玻璃纤维增强塑料板.以聚氨酯, 不饱和聚酯,环氧树酯,聚醋酸乙烯酯,氯丁橡胶等为基的粘合剂为宜,根据所用粘合剂 的 类型,固化时需适当加压或加热.在确认所选用溶剂不会损害泡沫体和层压材料之后, 可以 使用含溶剂的粘合剂.由玻璃纤维增强塑料组成的表面层,也可以层压到泡沫层上.凡 适用 于玻璃纤维增强塑料的其它工艺方法,如人工贴合,喷涂和真空成型法,在此都适用.但

务 必注意用快速固化来限制苯乙烯对泡沫的影响. 该法的优点是:泡沫的生产很简单;层压材料的设计及其几何形状易于改变,可以经济 地制作较小的零件.该法的缺点是:切割块料时有废料;由于要粘合,增加了附加工序. 2.泡沫填充法 将反应混合物倒入要填充的空腔里,在其反应要固化时,泡沫体便粘到表面层上.在有 些应用中,必须采用特殊的施工步骤,才能确保泡沫对表面层的良好粘着,金属片材必 须涂 敷能增加粘着强度和抗腐蚀的底层材料.如果面对泡沫的那一侧有玻璃纤维露出表 面,则人 工压制的玻璃纤维增强塑料就可得到特别好的粘着性能.机械生产的玻璃纤维增强 塑料则必 须打毛或涂粘合剂.粒子板,石膏板和石棉水泥板,只要干燥表面无尘,就能和泡沫粘牢. 有两种现场发泡制造板材的方法——分层浇注料法和注射法. 用分层浇注料发泡法时,将反应混合物浇注到立式模具开口端的各个表面层之间.混 合 物的用量必须称量,以使每层的厚度不超过 20~25cm.如果每层的厚度大于这个数值, 则 泡沫的强度和尺寸稳定性就会受到不利的影响.注料的时间间隔至少应有 2min,以使 底层 有机会固化.需注意,第一层的厚度稍有不均匀就会影响下一层的表面平整性.这个方 法的 优点是产生的泡沫压力很小,因此不需要昂贵的模具.由于反应混合物是分几次浇注 到模具 内的,因而可以使用小而经济的发泡机 .也可以制得比较低的泡沫密度 (大约 38 kg/m3 ). 其不足之处是相邻两层之间生成的表皮层会引起泡沫密度不均.由于需要等待前一 层基本固 化才能浇注下一层,因此加工速度较慢. 当采用注射法时,表面层和棱层都放入模具内,对反应混合物必须进行精确计量以保 证 充满模腔.还要考虑到所要覆盖的流动距离.对于较长的制件,为了缩短泡沫必须流动 的距 离,建议浇注期间混合头在制件上方通过.也可以把制件分成几段,然后分段发泡. 模具和夹具的强度必须足以承受泡沫压力.这主要根据"填充系数"来确定.压力与填 充系数 α 的关系示于表 5-1.α 为成品模塑泡沫密度与自由发泡泡沫塑料密度之比值. 表 5-1 泡沫压力与填充系数 α 的关系 α 泡沫压力/kPa 1.2 10 1.5 30~40 2.0 70~90 2.5 130~160 模具温度影响泡沫密度分布,并影响泡沫沿着表面层的填充以及面层的粘接性.已证 明

温度在 25~45℃之间效果最好.脱模时间取决于配方,流动距离,模具温度,填充系数 与 脱 模 后 容 许 的 尺 寸 变 化 . 预 制 尺 寸 和 厚 度 都 较 小 的 制 件 (1m2× 3cm) 脱 模 时 间 为 5min;10~ 20cm 厚的大型制件的脱模时间为 20~60min.为了保持侧面泡沫压力可以使用涂有 隔离剂 的可拆式支撑板架.这些支撑板架也可以用作制件边缘的漏模. 这类支撑板也起到保持表面层的间距和模腔排气的作用.支撑板必须尽可能地与侧 面形 84— 状相适合,并允许因温度和压力而产生的表面尺寸变化. 3.填料 在反应混合物中掺用细的或极细的填料就需要用高耐磨的泵.目前,在硬泡领域里值 得 一提的只有生产过程中混合的糊状阻燃剂.当使用大筛孔的颗粒材料——粗粒填料, 如粒度 在 10~30mm 之间的多孔粘土,泡沫玻璃和多孔石粉时,模腔应在制件发泡之前就先 填满. 通过每隔 80~100cm 插入一根 10mm 直径的塑料管加入反应混合物.泡沫在包住颗粒 填料 时,会遇到很高的流动阻力,从而大大地提高了泡沫密度.经验证明,所需要的反应混合 物 料量同无粒状填料而使泡沫制件的密度达到 60 kg/m3 时一样多.模具应设计得能承 受(0.8~ 1.2)× 105 Pa 的压力.这类制件用作罩面材料和预制的民用建筑构件(聚氨酯轻质混凝 土). 5.2 几种聚氨酯硬泡制品的制造 5.2.1 聚氨酯板材及夹心板 硬质聚氨酯泡沫塑料板材重量轻,强度高,绝热效果好,是理想的建筑材料,用于屋面 隔热,冷库等.这种板材大多覆有面层,故是以硬泡为芯材的夹心板材或称复合板材.面 层 软,硬质材料均可.软质材料有牛皮纸,聚乙烯涂层牛皮纸,沥青纸,玻璃纤维织物,沥青 玻璃纤维织物,铝箔等.硬质面材有钢板(平板及型材),碎木料胶合板,粗纸板,灰泥板, 增强水泥板,矿棉板,珍珠岩板,石膏板等. 复合板材加工方法大致分为连续复合成型法,非连续复合成型法,硬泡块料切割法等. 连续法劳动力费用低,节能,是较先进的方法. 5.2.1.1 连续复合成型法 连续复合成型法生产硬质泡沫塑料板材,生产效率高.20 世纪 60 年代初已经工业化, 产品主要用在建筑上.建筑物不仅绝热效果好,而且简化屋顶施工过程,大大节省劳动 力费 用. 连续复合成型法有如下几种类型. (1)水平复合成型 水平复合成型法制复合板材的过程大致是这样的,复合成型机上 有两个连续提供上,下面材的辊筒.泡沫塑料原料连续计量,充分混合后,送到匀速移动

的 底层面材上发泡.有的底层纸可弯折,使其横截面成矩形.泡沫逐渐上升,接近终止升高 时, 上层面材与未凝固的泡沫接合.然后,新复合的泡沫被输送至加热区固化,使面材与泡 沫很 好粘接. 水平连续复合设备,计量与混合部分采用高低压发泡机均可.计量组分二,三,四组分 的都有.注料方式有混合头带喷出管或分配管往返移动注料,也有混合头固定,连接配 料装 置或压料辊把反应物均匀送到底层面材上.泡沫与上,下面材复合后均需送到上,下间 距固 定的加热区固化,以生成厚度均一,不变形的板材.输送带系统有几种形式: ①下层为由铰链连接的浮动板(图 5-4),浮动板对泡沫产生的压力不太大,对硬泡泡 孔结构不会有破坏作用,生产速度 4~8m/min. ②固定间距运输带(图 5-5),优点是生产的板材厚度均匀,由于膨胀中的泡沫可能会 对上下面产生压力,故需要采用强有力的运输带. ③上下两面金属压板均封装在一无驱动装置的通道内,通入带压热空气,使泡沫在一 定 压力下加热固化,通道外设有牵引装置(图 5-6),生产速度可达 60 m/min. 85— 1—浮动板;2—固定板;3—运输带;4—皮带加热器; 5—混合头;6—加热装置;7—原料;8—空气;9—泡沫 图 5-4 带浮动板的水平复合成型法工作原理 1—面材;2—红外加热器;3—混合头;4—空气加热器;5—切割锯 图 5-5 固定间距水平复合成型法示意图 1—上层面材;2—混合 头;3—下层面材;4—喷射空气;5—带压热空气 ;6—牵引装 置;7—切割锯 图 5-6 通道式高速连续复合装置示意图 (2) 双金属面复合法 这种方法实质上是金属异型板材的加工与硬质泡沫塑料发泡 成 型两种操作的结合.首先把金属板加工成一定特定形状的凹凸板,然后把硬泡原料混 合均匀 后注入上下金属板之间,发泡成型后得双金属面复合板.图 5-7 和图 5-8 分别为双金属 面复 合成型过程和复合板制品. 1—红外加热器;2—往返移动式混合头;3—切割锯;4—真空堆叠;5—金属面材成型 图 5-7 双金属面复合法 86— 图 5-8 双金属面硬质泡沫塑料复合板材 金属面材通常为钢板,铝板,其中有一面可以是带彩色的金属板或镀锌板.由于金属面 材已加工成一定凹凸形状,所以复合板材刚性较大,不易弯曲,适用于大型建筑屋顶绝 热. 为了确保硬质泡沫塑料与金属面材间牢固粘接,金属板要预热后才能送到发泡区. 双金属复合板材成型时,有一点要注意.因其面层高低不平,泡沫料液可能会分布不均

匀.制造具有较深梯形凹槽断面的复合板材时,在特别深的凹陷部位,可采用预发泡方 法, 这样整个横截面上的物料分布较均匀. (3)增强复合板材的成型 为提高复合板材的强度,在成型过程中,加入增强材料是 有效的方法.增强材料有钢丝网,天然纤维,合成纤维,玻璃纤维.常用的增强材料是玻 璃 纤维.玻璃纤维除有增强作用外,还能提高泡沫塑料的阻燃性.例如,普通聚异氰脲酸酯 泡 沫塑料置于高温火焰中,会炭化并开裂;而嵌入玻璃纤维能有效地阻止裂缝继续加深. 含玻 璃纤维的复合板材耐冲击,韧性好.这种板材以水平连续复合机加工时,只要另安装一 套玻 璃纤维添加系统即可,玻璃纤维被连续地送到泡沫反应混合物中.玻璃纤维应预先经 表面处 理,以提高与泡沫的粘接性.图 5-9 是两种玻璃纤维增强硬泡复合板材制造工艺示意图. (A) (B) 1—玻璃纤维增强材料;2—上层面材;3—原料贮罐; 4—切割刀;5—加热部分;6—混合头;7—下层面材 图 5-9 玻璃纤维增强硬泡复合板材的制造工艺流程图 图 5-9 所示的 A,B 两种生产方法很相似,上下层都有面材,区别在于泡沫塑料在加热 区能否自由上升.增强硬质泡沫塑料板材的密度一般在 150~400 kg/m3 范围内,玻璃 纤维含 量一般是泡沫塑料板材总量的 30%,板材厚度可达 5cm. 板材连续复合成型生产中,反应物料分布一定要均匀.混合头简单地往返浇注物料,在 板材宽约 1.25m 时,生产速度一般限于 9~10 m/min.高于此速度,混合头移动换向时, 反 应物料在板材边缘处易过量.另外,往返速度过高,操作上不太安全.若用两个以上混合 头 87— 联合注料,虽然减少每一个混合头的浇注量,但混合头间协调操作有些困难.高速连续 复合 成型过程,最好的浇注物料方法仍是用一个混合头,但混合头不往返移动,固定在中央, 连 接一个压料辊或其它能使物料迅速分布均匀的配料装置.高速连续复合成型生产过 程对温度 与泡沫料的反应速度非常敏感,特别是聚异氰脲酸酯泡沫体系.为减弱敏感程度,应采 用高 粘度规格的聚合 MDI. 5.2.1.2 非连续法生产夹心板 非连续法也称间歇法,适用于生产速率毋需太高,或较厚的,尺寸较大,结构较复杂的 板材的加工. (1)压机注射法 图 5-10 表示压机注射法的原理.计量泵把化学原料打入混合头,混 合均匀后,从模具注料孔把原料注入模具空腔.模具空腔内已事先安放了面材.发泡,熟 化

后,即可从模具中取出板材. 1—发泡机;2—计量泵;3—混合头 图 5-10 压机注入法工作原理示意图 这种加工方法的优点是设备简单,适应多种品种的生产. 根据应用需要,选用平面或凹凸形面材作复合板的面层,软硬面材均可,模具边框条在 泡沫加工完毕后即卸去,可反复使用.其截面设计成凸缘和凹槽相配合的形状,这样,复 合 板材边缘也形成相应的凹凸形,装配时很方便,并能消除"冷桥",提高绝热效果. 压机注射法的泡沫反应物料,过填充量一般为 10%~15%.压机的选择取决于生产效 率. 轻型压机夹紧力约 100kPa,能满足大多数板材生产的需要.模具中间设有隔板,故一次 发 泡可得数块板材.生产中温度控制很重要,这关系到硬泡的性能及泡沫与面层材料的 粘接性. 注料时,面层材料的温度以 30~40℃为宜.具体最佳温度范围取决于面层材料的热导 率大 小及泡沫反应物料体系的特性.泡沫在压机中保持最大压力的时间,除与原料体系有 关外, 很大程度上取决于泡沫芯层的厚度及过填充程度.为防止板材离开压机后变形,一般 说来, 每 1cm 厚硬泡在压机中保压时间为 2~3min.生产中,对保压时间应留有一定的安全 系数. 因为生产环境条件很难绝对恒定,多少会有一些变化.如,泡沫厚为 50~75mm,板材尺 寸 为 3m× 1.2m,生产周期约 15min,其中注料时间约 10s.对于较长的板材,如房屋侧墙板, 大型冷藏车的侧壁板,可用分区浇注法,每一分割区都有浇料口.发泡区大小以适合发 泡机 注料为前提.分区浇注法示意图见图 5-11. 另一种方法也适用于生产较长的板材,即专门设计一扁平形状注料设备伸入模具腔 内, 其移动速度能自控(图 5-12).板材长度可达 12m. 88— 图 5-11 分区浇注法示意图 图 5-12 长板材压机注入法简图 (2)垂直复合法 垂直复合法适用于制造大尺寸厚板材,如冷藏库所需的厚度大于 100mm 的复合板材.对于乳白时间较短,反应速度较快的泡沫塑料原料体系,垂直复合 法 不需要大输出量的发泡机.输出量为 4~15 kg/min 发泡机一般能满足生产要求,具体 输出 量视板材厚度和硬泡密度而定. 还有一些其它复合方法,其原理相近. 5.2.1.3 块料切割粘贴法 木工适用的锯,磨等加工方法均可适用于加工块状硬质泡沫塑料.硬泡被加工成一定 形

状与尺寸后,粘贴上面层材料就成为复合板材.聚氨酯,环氧树脂,不饱和聚酯,聚乙酸 乙 烯等胶粘剂都能用于粘贴硬泡.粘贴前,要把硬泡表面切割时留下的粉尘除干净.减压 吸尘 除粉方法较为有效.粘贴过程所加压力大小和加热程度随胶粘剂种类而异.有的胶粘 剂内含 溶剂,预先要鉴别这些溶剂是否会损坏硬泡和面层材料.玻璃纤维增强聚酯或环氧树 脂等增 强材料,能粘合于泡沫塑料上作面材. 块料切割粘贴的优点是:生产装置较简单,能制造曲面板材,改变板材形状与尺寸均较 方便与经济.制品常用作建筑物上曲线部分的构件,船艇,运动器材等.缺点是有边角废 料 生成,浪费泡沫塑料坯料,增加一道粘贴工序,比较麻烦,耗费劳动力. 5.2.2 冰箱等腔体的浇注 聚氨酯硬泡在保温隔热方面典型的应用是作为冰箱冰柜的保温层.原始的冰箱用玻 璃纤 维,软木,岩棉等作保温材料,但保温层厚,重量大,保冷效果差.聚氨酯泡沫塑料由于成 型方便,保温隔热效果优异而成为许多种家用器具如电冰箱,冰柜,热水器等的最佳保 温材 料.除此之外,聚氨酯硬泡还用于各种管道,贮罐保温层的现场浇注填充. 聚氨酯原料注入各种器具的壳体空腔内,可将所有空间充满硬泡,发泡成型后,与壳体 形成整体,抗冲击,绝热效果好. (1) 冰箱箱体的填充 冰箱,冷柜的箱体外壳一般是薄钢板,内衬是热塑性塑料.壳体与内衬之间填充聚氨酯 89— 硬泡.发泡过程,壳体与内衬都必须承受压力.工位上夹具等部件是生产设备重要组成 部分, 支撑与承受发泡压力,并使壳体与内衬间空隙距离保持恒定.发泡时,箱体温度一般控 制在 40~45℃,以有助于形成总体密度较均匀的泡沫,且使泡沫具有良好的粘接性.浇注口 的位 置选择也很重要. 冰箱外壳与塑料内衬之间的腔体形状复杂,大致上属扁平形状,在浇注时要注意使物 料 充满整个空腔,故物料在乳白发泡过程应具有较好的流动性,泡沫必须在凝胶之前(纤 维时 间以前)充满腔体.但物料粘度也不能太低.为了评价组合料的流动性,人们设计了几种 方 法.一种称为"兰芝模"(又称 Brett 模)法,现已成为用于测试冰箱硬泡原料流动性(泡沫 爬 升高度)的一种标准测试方法,测试时将 50mm× 200mm× 2000mm 的模具竖放,将温度 恒定 的泡沫原料注入,固化后测试泡沫的上升高度及几个限定高度处的泡沫密度,泡沫高 度与重

量的比越高,说明流动性越好.还有一种方法是用直径约 100mm 的长塑料管,观察反应 物 料的爬升高度. 冰箱腔灌注聚氨酯发泡料时,一般过填充 10%~15%,这样可减少垂直方向与水平方 向泡孔形状和强度的差异.而若泡沫密度过低,冷冻后收缩率过大,这就要求冰箱泡沫 的密 度不能小于某一数值,否则易变形.因此冰箱硬泡存在"最小填充密度".在冰箱填充硬 泡 后无需脱模,但若发泡几分钟后物料还没完全固化,则撤去夹具后泡沫可能膨胀,故评 价泡 沫的脱模时间和相关性能仍非常重要. 反应原料一般采用组合料,典型的机械发泡工艺参数为:乳白时间 8~11 s,拉丝时间 50~80 s,不粘时间 70~110 s,脱模时间 4~8 min.轻工行业标准 QB/T 2081-95"冰箱, 冰柜用硬质聚氨酯泡沫塑料"提出的聚氨酯硬泡技术指标为: 表观芯密度 28~35 kg/m3 压缩强度 ≥100 kPa 导热系数 ≤0.022 W/(m·K) 吸水率(V/V) ≤5% 闭孔率 ≥ 90% 尺寸稳定性(线性变化率) 低温(-20℃ 24h) ≤ 1% 高温(100℃ 24h) ≤ 1.5% 5.2.3 管道及贮罐保温壳层 5.2.3.1 预制绝热管的加工 地区集中供热,石油输送等管道是由金属内管,硬质泡沫塑料绝热层和外套管(或保护 层)组成的.外层可用聚乙烯,聚氨酯等材料制作.这种管道可在工厂预制,也可在现场 加 工.硬质泡沫塑料成型方法大致分为以下几类. 1.浇注 预制绝热管是由金属内管(输送管)和外管组成,并在两管之间以硬质聚氨酯泡沫作绝 热层.制造这种地面绝热管的方法很简单,只需在内钢管和由聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯 或 石棉水泥制成的外套管之间的环状空穴里注入液体反应混合物发泡. 浇注成型是最普遍的方法,实际上是一种空腔内浇注硬泡原料液的方法.管道的内外 管 充当模具,故不必另备模具.图 5-13 是其制作原理示意图.物料从一端注入,发泡时管道 垂直,水平或倾斜放置均可,微倾斜时效果最好.在这种状态下,反应物从下端灌进管内. 实际生产中用这种方法可以加工长度达 16m 的管子. 对于较长的管道,宜采用所谓移动浇注法.这类成型方法,反应物料流经距离较短,能 较均匀地分布在整个管道上,快速反应原料体系也能适用.通过移动混合头或拉动浇 有反应 物料的纸条来实现移动浇注(图 5-14 和图 5-15).前一种在内外管空腔中伸入一小型能 动的 混合头,混合头均匀移动,硬泡原料均匀地注入腔内.后一种则是把反应物连续浇注到

管外 的纸条上,纸条均匀移入管内,这些原料随之进入空腔内发泡成型. 对于无外套管的管道,有一种较方便的连续发泡成型方法.管外有一条形金属或塑料 片 材,在片材卷合前,将泡沫塑料原料液浇注在片材上.片材卷合和发泡后,即成为具有硬 泡 90— 绝热层的管道. a—混合头;b—反应混合物; a—间隔支架;b—排料管;c—混合头; c—内管线;d—外管 d—供料管; e—运动方向 图 5-13 浇注模塑法 图 5-14 采用牵引式混合头的加工方法 图 5-15 采用牵引纸的加工法 图 5-16 内管旋转而喷涂设备自动轴向运动的喷涂法 2.喷涂 喷涂成型法适用于无外套管,大直径管道外制作硬泡绝热层,见图 5-16.硬泡原料液 喷在旋转着的管道外表面,混合头与管道沿轴向作相对运动.喷涂法制作的硬泡绝热 层,表 面不太平整.为了保护绝热层免遭损坏,必须用沥青绷带,玻璃纤维增强塑料复合材料 或塑 料涂层将其包覆起来.聚氨酯弹性体是很合适的材料,挤塑法成型的聚乙烯套管也能 做保护 层. 3.模塑半圆形预制件 用半圆形硬质泡沫塑料预制件做管道保温层是一种通用而简便的方法.生产厂按标 准管 径准备若干套模具,即可成批加工出一系列管径的预制件.使用时,把两个半圆形泡沫 塑料 对合,就成为一个完整的绝热套. 4.块料切割 用块状硬质泡沫塑料可切割成一定尺寸的绝热层.这种方法最大的缺点是泡沫塑料 的损 耗率高.为提高材料的利用率,可按直径大小如图 5-17 所示那样顺次排列切割.但是, 不 管如何排列,仍有一些材料不能很好利用. 图 5-17 由块状泡沫塑料切割管道绝热层 5.2.3.2 管子外壳 管子的半圆形外壳层由聚氨酯硬泡切取,或用模塑法制得. 91— 1.半圆管壳体和模塑件 使用特殊的切割机和切削机,用块状泡沫生产壳体.通常先用块状泡沫材料锯成毛坯, 然后按照尺寸将毛坯切割和切削成半圆形的管状泡沫件.当采用模塑发泡方法生产 时,就能 获得封闭式表面结构的模塑管件. 根据不同的需要,壳体可用沥青毡,塑料薄膜或铝箔或金属片材来包覆.另一种方法是 在连续化生产线上制造壳体.常常使用由完整的壳体切制成的半圆式壳体作为工业

设备管线 系统的绝热层. 为了使得用于低温管道的绝热材料具有所需的低水蒸汽渗透性,可在外层铝箔里面 发 泡.无外覆层的聚氨酯硬泡可满足热管道的绝热要求.管道外壳体要非常适合于管线 的转向. 阀门,弯管接头和法兰可以用模塑件.这种模塑件可用模具发泡制得,也可用壳体裁切 制得. 壳体的安装方法类似于已知的用软木或矿棉制造壳体的方法.其优点是重量轻.聚氨 酯壳体 易于切割,调整和固定.无包覆层的绝热壳体通常在安装之后再在外表面上包覆以防 护材料, 如 PVC 薄膜. 2.预制绝热管道 规建筑方式的城市供热系统,管道绝热施工在现场进行."覆盖式沟道"这种程序劳 动强度大并且难以控制.如果沟道灌水或者管道泄漏,绝热层就会完全失效.使用聚氨 酯绝 热的管道,发泡是在工厂进行的,在厂里发泡可以做到很均一;另一优点是生产成本低 而效 率高.通过使用不透水蒸汽的外覆层,整个系统在各个方向上都是密闭的.所生产的预 制绝 热管内径可达 120mm,长度可达 16m.管子在现场焊接,焊口处用两瓣半圆管壳或用现 场 发泡方法绝热,并且缠绕收缩薄膜来防水. 预制绝热管既可用"复合绝热",也可用"壳式绝热"方式制造.采用"复合绝热"方 式,内,外管之间形成牢固的连接.如果采用"壳式绝热"方式,内管能与绝热层相对活动. 这是通过发泡前向内管上涂敷隔离剂方法达到的.同理在内管和聚氨酯绝热层之间 会存有空 隙.几种复合预制保温管道示意图见图 5-18. A—复合绝热;B—带润滑层的复合绝热; C—有筒状外壳的管中管系统,外套管与输送管同轴且位于绝热层上 图 5-18 预制绝热管系统 城市供热系统面临着因温度变化而产生的热胀冷缩的问题.这种体系所用的材料具 有不 同的热膨胀系数,温度变化很大(内部+140℃,外部-20℃).因此,为了克服所产生的应 力,必须使用特殊的补偿方法. 将管子装上补偿元件和固定点.为消除应力,补偿元件和固定点的数量和位置可以通 过 管子的最大允许应力,磨擦力和支管的位置来控制.基本上有两种可行的补偿方法:一 种是 "外补偿"方法主要用于复合体系.热膨胀时,整个管道系统就在砂床上滑动.内管和外 管 的粘合可使同心管道作为一个整体,外管和泡沫层的热膨胀要受到抑制,因为内管的 热膨胀

要小很多. 如果在外管和内管之间没粘合,在内管和绝热层之间就会产生"内补偿".带有隔离剂 92— 的壳体绝热以及内管与绝热层之间有空隙的绝热就是如此,隔离剂将绝热层和内管 隔开.因 此,热应力就由内管的轴向运动得到补偿.外管在地下是不运动的. 管道系统的热胀冷缩可以用肘形管和弯头加以补偿.有些系统使用空心弯头,有些系 统 则使用填有半软泡沫的弯头.由于泡沫有弹性,这种弯头随管子而运动.T 形管用于连 接主 管道和支管道. 一般常用的壳体绝热方法是由一种普通的绝热方法改进而来的.外管同绝热层预制 在一 起.输送管是在外管安装好后插进去的.这种结构具有常规系统的优点而无其缺点.象 水泥 管一样,渗进的水可以排到最近的排水孔中.即使这种管道短期受雨水淹泡,聚氨酯绝 热层 仍能保持干燥.外管可用石棉-水泥或者塑料(例如 PE 或 PVC)制造.内管常用浸有酚醛 树酯的纸管,玻璃纤维增强塑料管或铝管制造.管子焊接处的绝热用两瓣半圆式壳体 封闭, 有时可在内管与金属板外模壳之间填充物料发泡,而外模壳一般都留在原处,不取下. 3.现场浇注制造管道 现场浇注成型发泡法成功地用于化学工业和石油工业中的低温管道的绝热保温.在 管子 外面包覆镀锌金属薄板或薄铝板并安装上间隔圈形成不连续的环状空腔,向空腔内 填充聚氨 酯反应混合物,制成没有热桥的绝热层.如果间隔圈用预制的半圆式壳体制造,其效果 尤佳. 这种方法用于直径大于 11cm(4 英寸)的管子.直径较小的管子常常使用多孔式的间 隔圈,并将反应混合物逐步灌进去.法兰和阀门也可用这种方法隔绝. 现场浇注成型泡沫特别适宜于输送介质温度非常低的保温管,例如用于储存液化气, 气 体容器和氧气液化装置上用的管子. 除了这些间歇式加工方法之外,还有一些连续化生产完整管子外壳的专利方法.将薄 膜 片套在一芯子上为内模,内模直径要与以后要绝热的管径相同;外模由安装在链条上 的钢质 或铝质的两瓣式外壳构成,这种外壳环绕并包围着内模,从而形成所需要绝热的空腔 尺寸. 反应混合物浇注在另外一层薄膜上并送入环形空腔,发起的泡沫将该薄膜片压向外 模的内表 面,这样就由硬质聚氨酯泡沫制成了具有相应表面的环状管壳体. 管道绝热层泡沫塑料的密度由应用要求决定.根据应用条件的不同,大致可分为两类. 一类是地区集中供热系统的管道绝热层.人口密集的城镇采暖,由热力系统集中供热

较为适 宜.这种地区集中供热系统,热水和 130℃以下的过热水的管道都可用硬质聚氨酯泡 沫塑料 作绝热层.这种管道,相当大一部分埋设在地下,一部分则在建筑物内.考虑到地下管道 承 受地面车辆载荷的需要,同时,这种管道不能经常维修,要求使用寿命较长,所以,一般 选 用密度为 60~80 kg/m3 的泡沫塑料.另一类是一般工厂,如化工厂的管道绝热层.这些 管 道不承受载荷,并有条件定期维修,对使用寿命的要求,相对的可以低一些.这种类型的 管 道绝热层泡沫塑料,其密度一般在 30~50 kg/m3 范围. 5.2.3.3 贮罐的绝热 硬质聚氨酯泡沫可在很宽的温度范围内用于贮罐和运输罐的绝热.由于生产方法和 要求 的不同,对于常规要求温度在-30~130℃之间的绝热方法和要求在低温-30~-200℃ 的绝 热方法之间也有所不同. 1.正常温度范围 采用喷涂法或逐层发泡法涂覆硬质聚氨酯泡沫进行罐体绝热技术上是非常重要的, 并且 是成本低,效率高.多层浇注可以在被绝热物体和所涂覆的外覆层之间产生牢固的连 接.对 于冷藏贮罐需要有一层防水蒸汽扩散层,而该层可与绝热层相结合.而喷涂法特别适 用于所 贮存物料的温度始终高于环境温度的贮罐,不需要用防水蒸汽扩散层.但是,聚氨酯泡 沫应 涂以耐天候老化的涂料. 逐层浇注特别适合于垂直的或弯曲的表面.外模,即化工中常用的金属板模型,是从底 部向上分段设置并逐层发泡的,如球罐表面的绝热层. 93— 罐体和泡沫的温度至少应为 15℃.为了获得均匀的下一层,反应混合物的均匀浇注是 重要的.如果反应混合物浇注到一个不平整的表面上则物料就会向最凹处流动,在那 里会产 生极高的发泡反应最后出现孔洞.这种缺点可以通过沫状发泡方法来克服.乳白的反 应混合 物不能流动,能产生厚度更均匀的泡沫.这种方法所使用的设备比浇注成型法稍贵些: 低沸 点物理发泡剂如 HFC-134a 必须用另一个计量泵计量后再送入混合头. 圆柱形和球形容器如果没有太多的法兰或管子的连接点,那么喷涂泡沫层就可以不 用脚 手架来进行.为此,就要用一种能够引导混合头作垂直或周向活动的装置.这样涂覆的 绝热 层厚度在 10~20mm 之间;前一层喷涂后可以马上涂覆下一层.厚度超过 50mm 时,可

能 需要等到泡沫放热部分消散之后才能再喷下一层.如果等候的时间太长,比如一个晚 上,则 会对层与层之间的粘结强度产生不利的影响. 手工喷涂需要有熟练的技巧.涂覆不均匀会使泡沫厚度不同和出现空穴.这种方法应 该 限用在厚度小于 150mm 的涂覆场合.即使最好的作业也会使 50mm 厚的泡沫,产生大 约 10% 的公差. 建议喷涂法不要用于低温场合,因为在喷涂泡沫的表面上铺放金属防水蒸汽扩散层 是很 困难的. 2.低温范围 对于非常低的温度(低于-30℃)的保温绝热,硬质聚氨酯泡沫是一种可靠的绝热材料. 同时,内部绝热已经被证明是一种在技术上令人感兴趣的解决方法.这种方法是绝热 液态丙 烷(常压下-45℃)所用容器的最新方法,但对于液态天然气(-160℃)所用容器,这种 方法仅在特殊场合下使用. 内部绝热 硬质聚氨酯泡沫能耐受脂肪族烃的作用.若使用一种甚至在低温下也不会 收 缩或破裂的绝热材料,就有可能使用普通钢来制造处于环境温度下能承受负荷的罐 体外壳. 否则,罐体就必须使用在极低温度下仍能保持韧性的特种钢材.为了提供高质量的内 部绝热 层,特别开发的泡沫能与外罐体粘合,可阻止内部绝热层受冷收缩.在弯曲表面上,径向 力 被加到切线方向的分力上,这两者泡沫都必须适应,因此泡沫需要有高的伸长率和足 够的强 度.只有用喷涂方法才能获得均匀和细小的泡孔结构.泡沫的机械性能必须足以经受 得住容 器内物料的静压力,特别是底部的材料.如果泡沫有一定的蒸汽渗透性,气体就会在泡 孔内 冷凝.如果将容器排空并迅速加热,这种冷凝的气体就有可能破坏某些部位上的泡孔. 外部绝热 用硬质聚氨酯泡沫作外层绝热层的液化天然气贮罐已经证实可安全使用 若 干年.乙烯贮罐 5 年后的平均传热系数,用蒸发速率测定为 0.021.要得到低温所需要的 大 于 200mm 厚的绝热层,常常把喷涂法同逐层浇铸法或纤维绝热层结合起来使用,见图 5-19. A) 喷涂-多层浇注法:a—逐层浇注泡沫;b—喷涂泡沫;d—外金属板;e—内罐体 B) 喷涂-纤维织物-浇注法:a—逐层浇注泡沫;b—喷涂泡沫;c—纤维织物层 C) 逐层浇注-纤维织物法:a—逐层浇注泡沫;c—纤维织物层 图 5-19 罐体绝热层的几种可能组成结构 使用喷涂泡沫和现场浇铸泡沫并用方法时,喷涂泡沫涂覆在必须承受较高应力的低

温 侧.在绝热层的关键部位上,喷涂泡沫与浇注泡沫之间的界面位于绝热层的中部.特殊 的技 术能确保与外金属壳体完全分离. 94— 用喷涂泡沫和无机纤维绝热层并用的方法能获得较大的厚度,无需与金属外壳相分 离. 无机纤维可部分地承受热收缩和机械应力.对于大的温度变化,这种绝热层不太适用, 因为 罐体的"呼吸"作用会使湿气聚集在绝热层中. 当无机纤维和浇注泡沫并用时,如果泡沫冷却就会在无机纤维绝热层上收缩.因为泡 沫 粘合在外金属壳体上;所以,在液化石油气的温度范围内,泡沫能够承受所产生的应力. 在这里,罐体和外部金属板之间的连接也被阻断,但由于金属板与泡沫之间相互粘合, 有足够的抗扩散能力. 5.2.4 高密度结构型聚氨酯硬泡制品 5.2.4.1 合成木材 高强度聚氨酯结构泡沫是在整皮模塑工艺的基础上发展起来的一种高密度聚氨酯硬 泡, 具有很好的刚性和强度.这种材料主要应用在三个方面: ①作雕刻装饰品方面的高级木材的替代品. ②日常用的梯子芯材与支撑材料. ③作家具或建筑方面的构造材料(门窗等). 由于高强度聚氨酯结构泡沫有以上用途,可以替代高级木材使用,所以,也有人称这种 材料为聚氨酯"合成木材". 聚氨酯结构泡沫"合成木材"的特点: ①制品的重复模制性极为优良,不仅可以模制出一定的制品外形尺寸,而且可以模制 出 逼真的木材纹理及其它图案. ②外观与手感接近木材,成型工艺简单. ③模具可以用铝,铁或塑料制成,造价低. 聚氨酯合成木材可应用于家具,体育器材等许多领域. ①体育 硬质聚氨酯泡沫越来越多地用于冲浪浮板上,生产方法是在预成型的 ABS 壳体中填 充 泡沫.硬质泡沫能为制品提供所需的浮力和刚性. ②家具 用聚氨酯硬泡制造椅子所花费的工时比用木材制造同类产品要少得多.特别优越的 是这 种家具的设计非常灵活,式样多变.生产是很经济的:制造一个成品框架,依据式样和厚 度, 只需 10~20min.与其它适合于这一应用的发泡材料相比,生产设备所用的投资比较 小,一 般无需金属模具,只要用玻璃纤维增强聚酯或者环氧树脂制造的钢板增强支撑模具

即可. 椅子骨架的强度取决于泡沫密度,椅子外壳壁的壁厚和其设计.壁较厚和低靠背比壁 薄 而高靠背所用的泡沫密度要低些.壁厚约为 2~3cm 时,密度应在 90~100kg/m3 之间; 壁厚 在 10cm 以上时,密度则在 50~55kg/m3 之间.建议泡沫密度不小于 50kg/m3,因为低密 度泡 沫的强度以及泡沫表面是不令人满意的. ③模型设计专用聚氨酯板材 高密度结构型聚氨酯硬泡适合于制作基础模型,模具的专用硬质聚氨酯泡沫塑料板 材. 该材料可以缩短模型及模具制作时间,降低模型及模具制作成本,提高模型及模具加 工精度, 其制作出的模型及模具的尺寸稳定性好,加工模型及模具方便快捷,是一种较理想的 可加工 模型材料,能够满足广大工业造型设计厂家的需要. 该材料是模具,基础制模,模拟模型,CAM 编程等专用材料.可广泛应用于电脑,冰 箱,汽车,飞机,电器,模具及模型设计等行业,它可弥补石膏,石蜡,木材,铝材等存在 的误差较大,易受潮变形等不足之处,适应了生产精品和数控加工工艺的要求,满足了 模型, 模具生产厂家的生产需要.该材料不仅可以机械加工,特别适用 CNC 三轴,五轴加工中 心, 而且还可手工操作,制作后的模型不受潮湿条件限制,不腐蚀,不变形,是设计模型,制 作 95— 模型较理想的可加工材料,特别是还可任意粘接. 模型设计专用聚氨酯板材的密度可根据用户的实际需要来确定,可在 40~800kg/m3 之间 任意调整.在使用过程中,影响模型设计专用聚氨酯板材使用的两个重要因素是泡沫 的强度 与泡孔的大小均匀程度,而这两个因素与泡沫的密度大小有着紧密的联系.同时模型 制作过 程粘接所需的是聚氨酯胶粘剂.由于聚氨酯胶粘剂与模型设计专用聚氨酯板材的原 材料属于 同一系列,即本体粘合,因此其粘接后的模型从粘接强度及外观等各方面效果上都是 最佳的. 5.2.4.2 整皮硬质泡沫 硬质整皮泡沫塑料常常称为结构泡沫.整皮泡沫的特性不仅取决于聚氨酯母体材料 的物 理性能,而且在很大程度上也取决于整个截面的密度分布.所产生的聚氨酯泡沫制品 的密度 多半在 0.2 与 0.8g/cm3 之间.但是,较高密度和较薄表皮的制品在日益增多.从整皮泡 沫逐 步过渡到密度为 1.1g/cm3 的密实产品是可能的.

(1)制造 在室温下为液体的 4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)系多异氰酸酯原料,可用于硬质 聚氨酯整皮泡沫的制备.多元醇原料,最好采用聚醚多元醇,因为它们具有性能和成本 方面 的优点. 市场上常以多元醇预混料供应用户.除聚醚外,这些预混料中还包含如催化剂,扩链剂 和最常用的有机硅表面活性剂等添加剂.用户只需向这种多元醇预混料中添加发泡 剂.根据 预混料中聚醚的用量,羟值和官能度的不同,其粘度范围在 100~800 mPa· 之间. s 硬质聚氨酯整皮泡沫用的发泡剂最好是低沸点的卤代烷烃.以前所用的发泡剂为一 氟三 氯甲烷,可得到满意的表面.目前已逐步为 HCFC-141b 所替代. 在硬质聚氨酯整皮泡沫的许多应用中,较低的燃烧性是必不可少的.这可通过加入阻 燃 剂来实现. 把惰性固体添加剂或填料加到一种或多种反应组分中这种方法越来越普遍.在使用 这些 填料(如玻璃纤维,硫酸钡)时,务必注控制填料水分,并需防止固体沉积的形成. 硬质聚氨酯整皮泡沫的着色可通过加入色浆来进行.因为这些泡沫会变黄,因此着色 只 限于土色调和暗色调. 硬质聚氨酯整皮泡沫生产的重现性好的基本条件是保持原料的恒温(± 0.5℃),以及保 持原料规定的核化程度. 原料温度的改变可能危害到混合质量并产生不同的加工特性(乳化时间,凝胶时间), 也会产生不同的流动特性(空气的留存和脱模问题). 对于许多聚氨酯硬质整皮泡沫来说,通过添加气体进行核化是形成芯内具有细小的 规则 的泡沫结构的基本要求.为了保持所需的核化程度,建议使用带有控制器的核化装置. 在多元醇的贮罐中使用慢速运转的搅拌器,以使得混合物料(包括含固体填料的物料) 保 持良好的均匀性.贮罐中液面必须尽可能保持不变,这样会在多元醇混合物中使发泡 剂的含 量保持不变,尤其是在较高的温度下;如果使液面遽然下降太多,从而使液面上空间增 大, 那么少量发泡剂就会从多元醇-发泡剂混合物中蒸发出来. (2)表面处理 渗到模具卸开线的聚氨酯材料通常以聚氨酯薄层(飞边)的形式粘到模制品上,制品脱 模后,用刮削工具将它除掉. 在大规模生产中,采用自动修整装置.以机械方法从模制品上除去飞边. 滚道结块可在除掉飞边的同时除掉. 由于滚道和模腔之间的过渡部位上有厚度大于 2mm 的壁,导致模制品在修整时不可 能不 损伤密实的表皮.这些部位必须在其后涂覆工序之前进行修补.对于这些缺陷的修补, 应遵

守与软质聚氨酯整皮泡沫相同的规则. 96— 为了改善制品的外观,可在聚氨酯整皮泡沫表面上涂一层涂料.虽然看起来这种方法 似 乎非常好,但几个关键要点必须注意:为了制备低密度仿木制品,通常使用模内涂层,它 能 精确地复制出模具表面的花纹.为加速不同涂料的熟化,模塑温度需要在 60~80℃的 范围内. 装配 由于技术与经济上的原因必须有一道装配工序.例如,在用聚氨酯整皮泡沫型材 制造窗框时,可用另一道工序把各种不同长度的型材组装成窗框. 粘接 聚氨酯整皮泡沫最好用以聚氨酯,环氧或聚酯为基的双组分粘合剂粘接.这些粘 合剂与聚氨酯的分子基团相反应,并同时通过机械粘合和化学粘合进行粘接.如果要 把其它 材料粘接到聚氨酯上必须对粘合剂进行调节,以适应于这两种材料的要求. (a) 从 6cm 模塑型材料上切制 (b) 分离模型 (c) 一步法发泡框架 图 5-20 用粘接法的各种型材制造聚氨酯窗框 螺丝 用螺丝连接硬质聚氨酯整皮泡沫具有优良的剪切和拔脱强度.如果螺丝连接时 要 拆卸和重新组装,应把螺丝插入件直接发泡到模塑制品内.在发泡操作之前,将这些螺 丝插 件放置在模腔内,这样就被埋置在聚氨酯泡沫中. 螺丝插入件也可以后来模压到装配孔中. 通常自攻木螺丝或金属片螺丝是直接拧进整皮泡沫的.螺丝的拔脱力与孔径和泡沫 制品 的密度有关系.装配孔的孔径不应超过螺丝直径的 40%.与木材相比,硬质整皮泡沫的 拔脱 力介于枞木和红杉之间.聚氨酯模制品可采用木材加工的工具进行加工.5mm 圆头木 螺丝的 拔脱力与装配孔直径以及木螺丝直径的关系分别见图 7-21 和图 7-22(密度 600kg/m3). 图 5-21 木螺丝的拔脱力与孔直径的关系 a—白桦木;b—枞木;c—聚氨酯;d—红杉 图 5-22 木螺丝拔脱力与木螺丝直径的关系 (3)应用 硬质聚氨酯整皮泡沫的应用取决于材料的优良性能,多种可供选择的结构,设计的灵 活 性和低廉的加工. 夹层结构可以使低密度材料获得高的强度.尽管模塑制品密度低,但硬质聚氨酯整皮 泡 沫的表面在韧性,表面硬性,抗龟裂和耐磨性能方面可与非泡沫材料相媲美. 用硬质聚氨酯整皮泡沫制造的模制品,壁厚可在很宽的范围内变化.基本上,壁厚可以 97— 几毫米到几厘米. 由于模塑制品的密度能在很宽的范围内选择,所以用硬质聚氨酯整皮泡沫可以制造 很厚 的制品.可以通过增加壁厚而同时减小密度的方法来实现,从而使制品的总重量保持

不变. 另外,在加工中还有可加入增强材料,如金属材料,以便获得尺寸高度稳定的结构.它 还允许在材料中加进其它插入件,例如固定装置.用这种方法将各结构连接起来,会将 机械 负荷分布均匀. 硬质聚氨酯整皮泡沫可给设计者在式样设计上提供很大的自由度.这可以通过改变 模塑 制品的重量来达到.重量可为几克到几千克,在特殊情况下,可达 100kg 左右. 这类材料具有非常好的流动性,可以制造面积很大的和外形复杂的制品. 由于这类材料可精确地复制模具表面,从而形成不同的表面纹理.由这类合成材料制 得 的成品和半成品在建筑工业,运输和汽车工业,家具工业,体育和娱乐行业,以及工业制 品 的生产中获得了应用. 用于建筑领域的塑料制品,要求有优良的热稳定性,良好的尺寸稳定性,耐老化和耐腐 蚀性能. 优良的隔热和隔冷性能来源于硬质聚氨酯整皮泡沫的泡沫结构和泡沫内芯的非常低 的 密度.硬质聚氨酯结构泡沫在建筑领域有许多应用,包括:屋顶排气孔,天窗,连接件,屋 顶排水沟,方的和长的天窗框,屋顶出口框和天窗框,滚动式百叶窗壳体,窗台,阳台内 衬, 天花板,墙壁纸,管道梯阶,通风管,结构元件,排水沟,扶手,装饰条,门框,窗框和窗 户型材. 图 5-23 为屋顶排水制件和聚氨酯硬泡屋顶顶绝热板连接的剖面示意图,图 5-24 为窗 户型 材剖面图. a—硬质聚氨酯整皮泡沫;b—硬质聚氨酯泡沫;c—弹性体密封件; d—混凝土;e—热塑性塑料(PVC)滤网;f—排水管(PVC);g—石子 图 5-23 屋顶排水制件和聚氨酯硬泡屋顶顶绝热板连接的剖面 98— 图 5-24 窗户型材剖面图 通过对金属增强型材的包封来改进结构的方法主要用于各种窗框和型材的生产.硬 质聚 氨酯结构泡沫与金属型材之间的互锁连接,保证材料有优良的尺寸稳定性和扭转韧 性.此外, 用一镶嵌的增强金属角材可保证窗框角的连接韧性. 用金属型材增强的聚氨酯结构泡沫所制造的窗框,具有很低的热膨胀系数[(15~25)× 10-6K-1],这就有可能制造出密封的节能窗户. 在门窗制造中,硬质聚氨酯材料作为铝型材的绝热材料具有极其重要的地位.为了在 各 种密度(200~1200kg/m3)下取得最佳的发泡效果,在生产中,实际上采用了不同的技 术. 在汽车工业中,用硬质聚氨酯结构泡沫制造的模塑制品已用于加热器和空调的壳体, 控

制台,仪表板,车顶制件,框架,阻流板以及引擎,车体和内部装饰部位的各种衬层. 图 5-25 为卡车的导流板作用示意图.大面积的导流板在背面用肋条增加. 图 5-25 卡车的导流板 硬质聚氨酯结构泡沫与其它材料相结合可用来生产手感柔软的轻质时髦的内部装饰 门 板,这是用一单独的表面层(如带有各种装饰性表面的热塑性塑料板或织物)以一步模 塑法 与低密度硬质聚氨酯结构泡沫粘接而成的. 硬质聚氨酯结构泡沫能用来制造各种塑料家具,以及与其它材料组合的家具.必要的 表 面层通常用抗擦伤和切割以及光稳定的涂料来制作.另外,用硬质聚氨酯结构泡沫生 产模塑 制品的工艺也可精确地复制出表面花纹,如木材的纹理.在家具领域中的应用包括单 人沙发, 长沙发和床,桌椅.洗涤盆和坐浴盆应符合卫生要求. 学校儿童的书桌和椅子,实验室的器具和零售商品贮藏器具是硬质聚氨酯结构泡沫 塑料 的日益增长的应用领域. 良好的隔音性能可使其应用于电视机,收音机,扩音器,收录机,和音箱的外壳. 体育,游戏和娱乐制品必须在有时恶劣的气候下经受住高的机械应力而不损坏.用硬 质 聚氨酯结构泡沫制造的模塑制品必须满足以上的要求.下坡的和越野的滑雪板的内 芯用整皮 泡沫制成.整皮泡沫的其它应用还有:水上滑橇,乒乓球和网球拍,桨和划船用具,野营 用 具和各种附件.尤其在滑雪橇和球拍上的应用(见图 5-27 和图 5-28),因为反应性聚氨 酯混合 物的一个特殊的优点是具有非常好的粘合性能,所以它能与其它材料制成复合材料. 99— a—ABS 覆层;b—EP-GR 的上凸缘;c—聚氨酯芯; d—钢边;e—EP-GF 下凸缘;f—PE 滑面 图 5-27 下坡滑雪板夹层结构示意图 a—PC(聚碳酸酯);b—Al(铝); c—PU(聚氨酯) 图 5-28 网球拍的框架示意图 聚氨酯整皮泡沫也应用于电气,电子,机械制造,办公用具,音响设备,数据处理装置 和仪器等方面. 其它的应用实例有:电缆连接器和配线器外罩,开关箱,电缆盘;计算机外壳,复印机, 打字机和电传机. 5.3 单组分泡沫密封剂 自 20 世纪 60 年代以来聚氨酯泡沫和弹性材料就得到迅速发展,到目前为止,单组分聚 氨酯泡沫填缝剂由于便于携带和易于使用,仍然是一种颇受欢迎的材料,在建筑上有 许多用 途,具有很大的潜在市场.这种填缝剂是以二异氰酸酯等多异氰酸酯为基础的预聚物,

使用 时较稠的液态预聚体从特制的阀喷出,形成大量的低密度泡沫,预聚体中大量残留 NCO 基 与空气中的水反应产生二氧化碳而固化,形成较硬的泡沫,它与大多数建筑材料有较 高的粘 附力,并可与潮湿的表面粘结,因此这类聚氨酯已成为非常适用的填充与密封材料. 单组分泡沫密封剂是将硬泡原料全部都装在一个耐一定压力的容器中.原料液由端 NCO 基预聚体与发泡剂等组成.施工时,打开包装罐阀门,罐中的低沸点发泡剂高压气 体 将原料液射出,同时在减压下混合料中的发泡剂膨胀,使聚氨酯迅速发泡.空气中的水 分与 预聚体中的 NCO 基团反应,泡沫固化. 单包装泡沫塑料主要用于建筑物空隙填充,例如门,窗与墙体间的缝隙,砌砖时的缝隙, 屋面板与管道连接处的填缝.由于硬质泡沫塑料有固定与密封作用,提高了建筑物或 构件的 绝热效果.其主要性能特点: (1)单组分发泡填充,5~10 min 成形,1 h 后可切割,填充快速,施工简单,效率高; (2)填充度高,保证充分密封; (3)产品在填充发泡的同时,多余的泡沫可从缝隙两边流出,不会造成对门窗框体的 挤压变形等负影响; (4)可与水泥砂浆和 PVC 板牢固粘结; (5)泡沫对 PVC 框体材料无任何腐蚀作用; (6)固化后形成均匀的半硬质闭孔材料,可防水,隔声,阻碍空气流通,保证窗体周 边的密封性; 100— (7)泡沫固化后,胀出的部分易于修整,可用刀具切割加工,方便快捷; (8)表面可用涂料,乳胶漆刷涂保护,防止紫外线照射使材料老化,使用寿命可达 50 年以上; (9)半硬质聚氨酯泡沫具有弹性,形成弹性连接,可防止框体热胀冷缩引起的不良影 响并具有减震,防震作用; (10)固化后的材料具有一定的阻燃性,可在火源移开后自动熄灭; (11)固化泡沫耐温变(耐温变范围为-30~100℃),耐溶剂,酸,碱侵蚀,产品适用 性强; (12)产品无氟利昂,使用过程对大气臭氧层无影响,固化泡沫对人体无危害.泡沫的 强密封性可减少能量散失,属于环保节能材料. 5.3.1 单组分泡沫胶制备 (1)白料的配制 在反应器中加入聚醚和阻燃剂,升温至 105℃.真空脱水 1 h 后降温至 50℃;加入硅油, 催化剂及其它助剂,制成白料. (2)产品定量灌装 将黑料和白料定量灌入马口铁气雾罐,用封口机封口,再定量冲入 70g HFC-134a 等后 在振摇机上振动 10 min. 5.3.2 技术参数 成分 聚氨酯类

颜色 乳白色 施工密度(ASTM D 1622) 22~25 kg/m3 固化物密度 20 kg/m3 拉伸强度(ASTM D 2856) 103 kPa 导数系数 0.03 W/(m· K) 表面固化时间 5~10 min 完全固化时间 12~24 h 固化后适用温度 -129~116℃ 5.3.3 影响性能的主要因素 (1)催化剂对填缝剂的影响 国内研究机构最初用催化剂 A 作单组分聚氨酯填缝剂的催化剂,由于这类催化剂活 性 太高,最终导致罐内胶体增稠甚至凝固.据说目前广泛采用的是潜催化剂,一种潜催化 剂 Cat 与 A 分别对单组分泡沫料的贮存稳定性(贮存期)的影响见表 5-2. 表 5-2 催化剂品种对贮存稳定性的影响 表干时间 5min 10min 催化剂 Cat >9 个月 >12 个月 催化剂 A <2 个月 <3 个月 (2)催化剂量对泡沫性能的影响 催化剂用量多少对泡沫收缩率影响很大,在发泡反应进行时物料粘度的增加速度是 关键 因素之一.粘度增加过快,所产生的气体在发泡反应完成之前就已固化,使泡沫塑料密 度增 加,压缩变形性能下降;粘度增长过慢,气体在发泡反应之前就已逸出,结果导致小泡并 大 泡,倒塌等现象发生,进而直接影响到泡沫的抗压强度,撕裂强度等性能.粘度增大的速 度 实际上是凝胶反应速度,催化剂在这里是关键因素.催化剂的使用量以泡沫表干时间 来决定, 考虑到生产可行性,实验认为表干时间在 7~15min 之间为佳. 101— (3)白料与黑料的配比对泡沫性能的影响 单组分聚氨酯泡沫的固化机理是异氰酸酯基团与空气中的水分反应从而达到固化目 的, 反应式为: 2RNCO + H2O → RNHCONHR + CO2 一般情况下异氰酸酯过量较多.泡沫的密度,压缩强度和剪切强度等也直接与异氰酸 酯 与多元醇指数有关.有研究改变异氰酸酯基与羟基摩尔比 R,测试泡沫的性能,结果如 表 5-3 所示. 表 5-3 R 值与泡沫塑料性能的关系 R 密度/(kg/m3) 粘接强度/kPa 剪切强度/kPa 压缩强度/kPa

4.0 15.0 100 100 22 5.2 17.0 150 170 32 6.5 21.0 214 280 49 7.8 21.5 220 310 57 备注 与 PVC 粘接 粘接铁板 泡沫抗压 由表 5-3 可见,R 值(对应于异氰酸酯含量)越高,密度,粘结强度,剪切强度,抗压强 度等与硬段含量有关的性能值越高.兼顾产品的综合性能,在该体系 R 值为 6.5 较为合 适. (4) 影响贮存稳定性的其它因素 除了上面所讨论的催化剂是影响稳定性的重要因素外,原料的水分含量,聚醚多元醇 中 K+ 含 量 等 也 是 影 响 贮 存 稳 定 性 的 主 要 因 素 . 一 般 情 况 下 要 求 白 料 中 水 分 含 量 <0.1%,K+含 量<0.001%较为恰当. 5.3.4 应用及填缝施工方法 5.3.4.1 施工步骤及方法 (1) 根据工程量及工程进度计划,提前进行材料选购和工具配备.使用的材料和工具 主 要有聚氨酯高效填缝剂,清洗剂,乳胶漆及作业刀具等; (2) 填缝施工前,应检查门框安装是否牢固,是否横平坚直,高低一致; (3) 使用枪式产品对框体与墙体间缝隙进行填充,密封; (4) 填缝剂固化后.将其胀出的部分用刀具切割加工,使其表面与框体齐平; (5) 对填缝剂切割加工后,还要将其表面用乳胶漆刷涂保护,以防材料老化. 5.3.4.2 施工注意事项 (1) 所使用的聚氨酯高效填缝剂必须有产品的有效使用期限和使用说明; (2) 施工人员应戴工作手套和护目镜; (3) 缝隙填充前,应将墙表面的灰渣清理于净; (4) 在使用枪式产品时,若枪头无法伸进缝隙,应根据缝隙尺寸和位置选用不同孔径 及 不同弯度的吸管装在枪管前部,以达到充分填充的目的; (5) 填缝剂固化前,应避免移动框体. 5.4 产品缺陷的分析和处理 表 5-4 列出了在生产硬质聚氨酯泡沫的工艺过程中经常出现的一些问题及其解决方 法. 102— 表 5-4 硬质聚氨酯泡沫生产中常见问题及解决方法 缺陷 可能原因 解决方法 泡沫硬度低,低温下收缩 (泡沫颜色正常) 过填充量低,造成升起末端 泡沫"拉长".可能是物料量 少情或发泡剂用量少 用实验室制取泡沫的原料和生产中所用原料,按 标准比较升起的高度和密度.如果发泡剂用量

少,进行调整;若投料少,适当增加投料量.并 检查对泡沫表观的影响. 泡沫硬度低,低温下收缩 (泡沫颜色淡) 异氰酸酯/多元醇的比例偏低 检查发泡机的异氰酸酯过滤器,并测定在操作压 力下异氰酸酯和多元醇的计量比率,调整到推荐 比例. 泡沫颜色深,发脆 异氰酸酯过量(计量不正确) 检查并清洁多元醇过滤器,测定在运 转条件下异 氰酸酯和多元醇的计量(如果压力下计量比例大 大下降,需更换多元醇泵) a)泡沫混合物混合或成核不 足. 增加搅拌器的速度;清洁混合器头,提高进入混 合头的混合/成核气体量 b)发泡原料被油脂,硅油污 染,或者泡沫原料体系不相 溶. 对比实验室制取泡沫的原料和生产中所用原料, 检查污染可能对实验室发泡的影响.确认后,清 洁,彻底冲洗机器并重新充填,避免污染 c)泡沫组分比例"波动"或变 化大 加压平衡原料流量或调整高压机液压系统,以便 得到均匀的泡孔结构 d)被从安装在混合头上的清 洁溶剂进口渗出的溶剂污染 检查并清洁溶剂进口出的单向阀 泡沫结构不均匀,有条 纹. 泡沫结构粗 e)被可能渗出的水污染 检查可能渗水的地方 a)气体被升起的泡沫封闭 清洁或改变出气孔;改变夹具或模具的角度以更 改模腔内的气流结构;改变注射点的位置 b)在发泡压力下,发泡剂在 表面冷凝 将表面层温度提高到最低 30~35℃. c)泡沫发泡不足,发泡剂用量 低(敞开容器中的原料在升 温时引起的损失) 对比实验室制取泡沫的原料和生产中所用原料, 适当添加发泡剂,得到标准的密度 d)表面层污染 清洁表面层,避免被油,润滑油,硅酮,脂肪酸 等污染

泡沫中有空隙或裂痕 e)混合/成核气体用量过高 将流入混合头的气体限制到最小需要值,以便得 到满意的泡孔结构. 清洁混合头,若需要稳定气体流速,则更换气阀 a)面材温度太低 提高夹具或压板的温度,或增加保压时间,以达 到注射泡沫混合物之前的平衡温度 b)不足以维持与面材良好接 触的过填充量 增加过填充量或增加发泡剂用量 c)发泡过程中异氰酸酯过量 检查计量比例,校正到标准比例 d)面材被油脂或其它影响发 泡的物质污染 清洁,若需要在发泡之前对面材进行脱脂 泡沫与面材粘结性差 e)泡孔或吸附面层的水分过 量 使用前干燥面材 a)夹具保压时间太短 增加夹具保压时间 从夹具或压力机上取下 的泡沫制品变形 b)泡沫过填充量太高 以不大于 5%的比例逐步减少注料量或减少 发泡 剂的用量 103— 六章 聚异氰脲酸酯泡沫塑料 聚异氰脲酸酯(PIR)泡沫塑料是指分子结构中含有异氰脲酸酯环的硬质泡沫塑料. 聚异氰脲酸酯泡沫塑料与硬质聚氨酯泡沫塑料相比较,有以下几个特点. (1)耐热性好 它能在 150℃长期使用,尺寸变化率≤1%.短期使用温度则更高.硬 质聚氨酯泡沫塑料,若在此温度长期使用,强度明显下降,外观与尺寸也发生变化. (2)耐火焰贯穿性好 厚度为 2.5cm 左右的聚异氰脲酸酯泡沫塑料板,用丙烷火焰对 着它的一侧中心灼烧,30min 左右才能把泡沫塑料板烧穿.高密度聚异氰脲酸酯泡沫 塑料和 加入无机填料的品种,火焰贯穿时间更长,甚至可达几个小时.硬质聚氨酯泡沫塑料,在 同 等条件下,一般几分钟就烧穿了. (3)燃烧时发烟量低. 聚异氰脲酸酯泡沫塑料所用原料及成型方法与聚氨酯泡沫塑料基本相同.由于它的 性能 优良,容易成型,现已用于冷冻,运输和建筑部门.以聚异氰脲酸酯泡沫塑料为芯材的复 合 板材,重量轻,隔音,隔热效果好,可用作房屋的墙板和屋顶等构件. 6.1 制备聚异氰脲酸酯泡沫塑料的技术路线 含异氰脲酸酯环的泡沫塑料可用两种技术路线制备. (1)先合成含有异氰脲酸酯环的多元醇,然后与异氰酸酯反应.例如: 把上述聚醚多元醇与异氰酸酯反应,生成含有异氰脲酸酯环的泡沫塑料. (2) 以异氰酸酯为原料,在催化剂存在下,生成分子中含有异氰脲酸酯环的泡沫塑料.

这个过程的化学反应式是: 三聚体(异氰脲酸酯) 工业生产中,聚异氰脲酸酯泡沫塑料都是以这种技术路线生产的.以下内容都是这个 路 . 氧丙烷 OO O n m l CH2CH2O(CH2 CH O) H CH3 OCH2CH2 CH2CH2O(CH2 CH O) H N C N C N C O + CH3CH3 H(OCH CH2) CH3 HOCH2CH2 O CH2 CH CH2CH2OH CH2CH2OH N C N C N C O O OO HOCH2CH2 CH2CH2OH CH2CH2OH N C

N C N C O 异氰脲酸 3 H 环氧乙烷 OO + O CH2 CH2 H H N C N C N C O R NCO3 RR R OO O C N C N C N 三聚催化剂 104— 6.2 聚异氰脲酸酯泡沫塑料的改性 未经改性的聚异氰脲酸酯泡沫塑料,由于太脆等原因,没有多少使用价值.多年来,科 学家们做了大量的改性研究工作,在异氰脲酸酯环之间引入氨基甲酸酯,恶唑烷酮,碳 化二 亚胺和酰胺基等.目的是使聚异氰脲酸酯泡沫塑料成为具有实用意义的制品. 6.2.1 氨基甲酸酯改性 引入氨基甲酸酯是降低聚异氰脲酸酯泡沫塑料的脆性和增加韧性的最有效的方法. 氨基甲酸酯改性聚异氰脲酸酯结构是: 氨基甲酸酯的引入将降低聚异氰脲酸酯泡沫塑料的耐燃性.随着氨基甲酸酯含量的 增

加,这种负面影响也增大.图 6-1 表示加入聚氨酯后对泡沫塑料热失重曲线的影响. 1-聚异氰脲酸酯泡沫(低聚氨酯含量) 2—含 20%聚氨酯的聚异氰脲酸酯泡沫塑料 图 6-1 氨基甲酸酯对聚异氰脲酸酯泡沫塑料热失重的影响 因此,选择适当的氨基甲酸酯的含量是很重要的.以甘露醇-氧化丙烯聚醚多元醇为例, 当 OH 与 NCO 的摩尔比在 0.1~0.2 范围内,泡沫塑料的耐热性和耐火焰贯穿性最佳, 其它 性能也较好. 用聚酯多元醇生产的聚氨酯改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料技术,已得到广泛的应用. 6.2.2 环氧树脂改性 用环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料时,环氧树脂中的环氧基与异氰脲酸酯基反 应生 成恶唑烷酮结构,化学反应式是: 环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料可用一步法成型,也可用预聚法成型.前一种方 法异氰酸酯环氧树脂恶唑烷酮 R NCO 105— 所得的泡沫塑料较后一种方法脆. 三氯化铁对这种预聚体的生成有催化作用,粗异氰酸酯中存在少量杂质三氯化铁,故 不 必另加催化剂. 环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料中,往往同时加入多元醇,成为三元体系的制品. 考虑到泡沫塑料的综合性能,三种成分的比例在一定范围较为合适(图 6-2). 图 6-2 三元体系泡沫塑料的最佳范围 这类泡沫塑料,一般到 250℃才开始有较明显的失重现象. 6.2.3 碳化二亚胺改性 聚碳化二亚胺是由多异氰酸酯缩合,脱去二氧化碳而生成的.其结构式可以表示为: 碳化二亚胺的生成反应,需要加入催化剂.某些含磷化合物可作为催化剂.制备泡沫塑 料时,一般采用预聚法,先制成含碳化二亚胺结构的预聚体. 碳化二亚胺改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料有很高的耐热性.表 6-1 列出四种结构在 400℃ 时的失重情况. 表 6-1 四种结构的热失重 品 种 400℃时的热失重/% 碳化二亚胺-异氰脲酸酯 5.5 异氰脲酸酯 15.0 氨基甲酸酯-异氰脲酸酯 39.0 氨基甲酸酯 50.0 异氰酸酯和酸酐反应生成酰亚胺和二氧化碳,利用这个反应可制得聚酰亚胺改性聚 异氰 脲酸酯. 碳化二亚胺和酰亚胺生成过程中,放出大量二氧化碳,使泡沫塑料结构中开孔率增加, 热导率增大,影响绝热的效果.在实际应用中很少利用这类反应. 以上这些改进方法中,只有聚氨酯改性法的反应较易控制,其它方法的反应较难控制,

.2.1 高压发泡机工作原理 高压机的工作原理是把原料的压力能转化为动能,使其在极小的空间内高速混合.在 进 行低压循环时,原料从料罐内流入计量泵,经过分流阀,热交换器,再回流入料罐,全线 的 管道都是大管径,没有阻力所以压力很低.在进行高压循环或灌注时,分流阀关闭了,原 料 在灌注头内经过一个可调的喷嘴,由于通道缩小,强行把压力提升,同时流速增加,两种 原 料在从喷嘴喷出时高速碰撞,互相充分混合,所以均匀程度比传统的机械式搅拌器要 好得多. 图 7-2 为 PUROMAT 高压发泡机工作原理示意图. 图 7-2 高压发泡机结构和工作原理图 7.2.2 高压发泡机结构组成 一台高压发泡机主要组成结构包括料罐,泵,混合枪头,液压系统,恒温系统,控制系 统以及辅助系统等. 1.物料贮存,配制及恒温系统 物料贮罐多采用带有搅拌,并有夹套或盘管恒温装置的反应釜,材质多为不锈钢,若使 用碳钢反应釜,则应在内表面采用化学镀,金属或塑料喷涂或刷防腐涂料等方法,镀上 不与 多元醇和异氰酸酯组分反应并能抵抗其侵蚀的防锈层.高压机的随机工作贮罐一般 都比较 小,多为 300~500L 之间,用于直接向计量泵供料.大多数生产厂家都使用配制好的组 合 聚醚,因此不再需要在生产现场配料.若生产者需要自己配制多元醇及异氰酸酯组分, 则应 另设较大的配料釜,搅拌配制均匀后向高压机工作料罐供料.为了能保证连续生产并 保持料 液的温度恒定,工作料罐除配有独立的恒温系统外,一般配备液面控制自动补料设备, 及时 从原料桶或配制釜中少量多次补充原料,保持工作料罐液面稳定并经常处于满罐状 态,从而 保证料液温度波动小,稳定在工艺要求的范围内. 在高压发泡机中需使用耐压 0.4~0.6MPa 的压力罐,以干燥的氮气或空气加压向计量 泵 供料.若需要另加辅助发泡剂,则应根据选用的辅助发泡剂品种,确定对料罐的相应要 求. 一般发泡设备中都配有单独的恒温系统,可以独立制冷或加热,用水作传热介质,并通 过冷 热水系统与物料贮罐结合起来成为独立的恒温调节体系,除工作料罐的夹套或盘管 外,通常 在回流管路中还装有热交换器,以强化对物料温度的控制,保证生产过程中物料温度 的稳定. 2.计量系统

通常高压机使用双组分原料体系,使用两台计量泵,一台用来计量输送异氰酸酯,一台 114— 用来输送多元醇与匀泡剂,催化剂等助剂的混合料.为了满足产品的特殊需要,有时需 要第 三组分及更多的组分,可单独配置添加剂(如发泡剂等)专用泵,色浆,填料专用泵等.高 压机所使用的计量泵一般是齿轮泵,环形活塞泵,多柱塞计量泵,多柱塞计量泵的最大 工作 压力可达 30MPa,在高压发泡机中,各计量泵的实际工作压力一般是 4~15MPa.下面 介绍 A2VK 高压计量泵. A2VK 高压计量泵是可变量轴向柱塞泵,它的柱塞泵组是活动的,可以左右摇摆,它的 吐出量与泵组对轴心的角度成正比,角度越大吐出量越大,同时由于摆动的角度不大 于 25 度,吐出量与摆动角度基本上是线性变动. A2VK 计量泵主要分为开放式与封闭式两大类. 开放式:原料从外界(料桶)经顶部或旁边进入泵体腔内,柱塞泵的进料口直通泵腔. 这样的设计,进料阻力小,但进料压力不能高过 0.4 MPa,不然主轴密封圈容易泄露,同 时 也可能把泵腔撑破. 封闭式:原料从外界(料桶)经底部进入封闭通道,直接进入进料口,这样的设计,进 料阻力大,但进料部位可以承受高压,碰上高粘度原料,可以增压泵把原料强行送入.由 于 柱塞泵允许微量原料从柱塞边缘倒流入泵腔内,所以泵腔必须有泄流装置,不然会因 压力增 高而破裂.同时在装好新泵时记住要人工填满泵腔,不然此泵可能在空泵腔的情况下 运行好 长的一段时间,直到最后被倒流的原料填满泵腔为止. 众所周知,泵主轴伸出泵体外的部分必须有防止泄露的密封圈.早期的计量泵只有一 个 密封圈,后期的泵则装上两个密封圈,在两圈之间充以增塑剂 DOP,一是防止空气的侵 入, 二是可以用来润滑外圈.由于白料不会干涸,因此 DOP 是静态封存.但黑料遇到空气会 固 结,因此特别需要装一个小的气动润滑泵,定期定量的送出 DOP,不让黑料有机会在两 圈 之间长期停留. 除以上几种泵外,比较重要的还有单冲程柱塞计量泵. 单冲程柱塞计量泵是一种单料筒慢冲程柱塞计量泵.它的主要计量部件是一个沿轴 向运 动的圆柱形耐磨计量柱塞及与之配合的计量柱塞泵.两个安装于柱塞缸体进出管路 中的单向 阀,保证物料只能从进口或出口单向进入或排出缸室.计量柱塞的动力通常来自液压 系统, 通过液压活塞推动计量柱塞进入计量缸体内,排除与其体积相同的流体.精确地控制

计量柱 塞的行程,就可实现精确计量物料排量. 单冲程柱塞计量装置的排料量通过柱塞行程长度来控制,泵组间流量比例及排量大 小决 定于柱塞直径的选择及对柱塞行进速度的控制.有多种方法可以实现对液压活塞的 精确控 制,例如使用可调节流量的轴向柱塞计量泵电子液压伺服系统或由频率发生器和步 进电机等 来控制液压油量,从而精确控制液压活塞的行程. 为了保证计量的稳定,精确,计量柱塞泵配有温度控制装置,以维持缸体及物料的温度 恒定.采用液压动力源的单冲程柱塞计量泵可应用于高压或低压系统,其最大工作压 力达 25MPa,可处理的物料粘度范围为 3~50000 mPa· s,物料中允许含有大量填料,甚至磨 蚀 性填料(如玻璃纤维或其它有机,无机的磨蚀性填料),是其它类型的计量泵所无法胜 任的. 单冲程柱塞计量泵只适合用于非连续生产工艺.它的一次最大排料量取决于计量柱 塞及 柱塞缸的容积,通常柱塞缸的容积在 2~15 L 之间,物料注射量在 7~13000 cm3/s,有 若干 个规格可供选择. 过滤器也是计量系统的重要元件.物料在由料罐进入计量泵之前必须经过过滤器,以 过 滤系统中可能带入的固体机械杂质,保护精密的计量泵免遭意外破坏及过度磨损.常 用的过 滤器主要有网式过滤器及片隙式过滤器. 3.混合系统 因为混合是聚氨酯加工中非常重要的一道工序,混合头是反应物料汇集并混合溶解 或均 115— 匀分散的地方,混合好的物料也由混合头注入模具成型,所以通常把混合头看作是机 械的心 脏,聚氨酯工艺的大量研究工作主要致力于混合技术的开发. 高压发泡机的混合系统一般有混合头,混合头支架及运动机构,供料管道等若干部分 组 成. 在高压混合系统中,具有高压势能的物料,在通过喷嘴进入混合头之后急速泄压,势能 转换成动能,两组分物料的高速液流急速交汇,充分地分散,混合.根据料流交汇形式的 不 同,高压混合头主要可分为撞击式和平行流两种形式,其中大部分属于撞击式.由于对 于模 塑制品要求的日渐提高,高压设备的物料系统已由直接系统转化为循环系统. 一般来说,高压混合头由物料转向元件,物料喷嘴,混合室,混合头清洗元件等若干部 分组成.

混合头物料转向元件通常是一个液压控制换向的柱塞,用以把物料从循环状态切换 到混 合状态,完成浇注后再切换回循环状态.在只有一个液压控制柱塞的混合头中,这个柱 塞也 兼具有混合头清洗元件的作用,在把料液切换成循环状态时,同时完成对混合室的自 清洁. 混合室是个反应物料汇集混合的地方,混合效果的好坏主要决定于物料在混合室中 的分 布及流动状态.各物料组分通常以逆流方式注入混合室,通过料流撞击以及在混合室 内产生 的湍流进行混合. 物料喷嘴是控制物料进入混合室并调节流速及分布状态的注孔装置,主要有柱形及 锥形 两种形式,一般来说,锥形喷嘴的分散及混合效果要高于柱形喷嘴.撞击混合是利用各 组分 高速进入混合室的冲击力进行的,在进入混合室的物料喷嘴出口处,物料的线速度需 达到约 150m/s,为此喷嘴注孔的尺寸要与注料量相匹配. 混合室的容积都比较小,一般多在 0.1~10 cm3 之间,减小混合室的容积,可缩短物料 喷嘴间的距离,有利于改善和提高混合质量,在混合枪室的流道中设置节流块,或改变 物料 的流向均可强化料流的扰动,提高混合效果,同时也有利于在混合头喷嘴出口处物料 的平稳 流出. 混合室的清洗最初采用压缩空气,这比较适合于清洗小型的混合头,如混合室容积较 大 的就难以清洗干净.目前,大多数高压混合头都采用活塞清洗法,用一个配合精密的清 洗杆, 自浇注完成后,把剩余的物料从混合室及喷嘴中推出去,在由多个活塞控制的混合头 中,这 一过程是多个活塞互相配合动作的结果. 以下介绍几种不同设计的高压混合头. (1)直流自洁式混合头 这是一种适用于敞口模具浇注的高压混合头.此类混合头最早由 Krauss-Maffei 及 EMB 公司推出.其工作原理示意于图 7-3. 这种混合头只有一个控制活塞,在循环位置时,物料通过控制活塞上的流道返回机上 贮 罐,活塞后退,各组分物料注入混合室,当活塞再度向前运动时,注射中断并重新循环. 随 着活塞的前移,混合室内的物料被推出,完成混合头的自清洁. 116— (1)循环状态 (2)混合状态 图 7-3 Puromat 混合头工作原理示意图

(2)"L"型自洁式混合头 这是一种分别由 Cannon 公司(称为 FPL 型)和 Krauss Maffei 公司独立完成开发的混 合 头,其工作原理,结构简图及液压控制原理分别示意于图 7-4. (1)高压循环 (2)浇注准备 (3)浇注 .2.4 高压发泡设备的操作和维护 下面简单介绍高压发泡设备的正确的开机步骤和关机步骤.具体各个厂家设备的正 确操 作方法请严格按照生产商提供的操作说明书或遵循其技术人员的培训来进行操作. 不同品牌 设备的操作步骤可能会有所不同. A.开机步骤: ① 检查机器的外表,打开进料泵阀; ② 检查气源是否正常(0.6~0.8 MPa),料罐压力调至 0.15~0.2 MPa(<0.4MPa); ③ 检查过滤器或定期更换过滤器; ④ 启动电源; ⑤ 将冷水机打开,温度控制在 10℃左右; ⑥ 将料温设定在工作温度范围; ⑦ 启动液压泵,再启动料泵(高压); ⑧ 开低压循环,高压循环,压力调整在 15 MPa; ⑨ 进行生产. B.关机步骤: 120— ① 将大活塞来回工作几次,枪头下放 DOP 清洗剂; ② 关料阀,高压泵,再关电; ③ 卸高压泵压力; ④ 关气源; ⑤ 关冷水机. C.设备的保养: 日保:设备外表清洁,无污物,无滴料;每天旋转搅拌过滤器;下班要保养枪头. 周保:喷嘴清洁;清理空气过滤器. 月保:每月更换 DOP,润滑液. 半年保:电机上加黄油;更换液压油和冷水. 高压机采用的均为自洁式混合头,即注射完毕不需用溶剂清洗,而是用清洁杆自动地 清 洗混合室和出料口,这是高压机比低压机的一个显著特点.但高压机如果较长时间停 机,处 理不当也会造成局部堵塞现象,必须按以下步骤处理: (1) 排出两组分的物料(可以从混合头,贮缸下部阀门,软管连接处等部位先后排出) (2) 用 20%的 DOP 溶剂和 80%的二氯甲烷混合液(不少于 20kg)抽入贮缸,开动机器, 使机器处于高,低压循环状态,并多次按动注射按钮清洗混合头,混合液在机器中的清 洗时 间不得少于 30min.

(3) 排出清洗混合液,倒入清洁的 DOP(不少于 20kg),开动机器,继续运转 30min, 然后排出,再倒入清洁的 DOP 封机. 上述步骤完成后,机器各部位并没有完全清洗干净,特别是异氰酸酯一侧,一旦进入水 分就会结块.因此如果较长时间停机,必须每隔一两天开动机器不少于 1 小时,避免局 部死 角结块. 7.2.5 知名公司的高压发泡设备 7.2.5.1 Hennecke 公司高压发泡设备 Hennecke(亨内基)公司是德国拜耳的全资子公司,具有 50 多年的历史.主要致力于 聚氨酯发泡设备的生产,具有极其丰富的经验,因此成为了这一领域的领导者. 亨内基的生产设备主要分为硬泡和软泡的生产,多种生产设备和生产线适用于生产 不同 的产品.其中包括价格经济的 Baseline 发泡设备;用于冰箱门体发泡的 RotaMat 生产线; 用 于冰箱箱体发泡的 LinFlex 生产线;MegaFoam 软泡生产线以及同时可以生产聚酯和 聚醚泡 沫的 QFM 生产线.近年来为了适应不断变化的市场需求,亨内基公司通过不断地研究 和探 索开发出了 NovaFlex MultiFill 新技术,它是一种应用于二氧化碳发泡体系的填充料 发泡技 术.此外还有 Contimat 聚氨酯夹心板生产线. 亨内基公司在供应设备的同时,配备了一流的售后服务与技术支持,因此国内许多著 名 的大企业都是亨内基公司的客户,诸如海尔,一汽,马士基等等. 作为聚氨酯设备供应商,亨内基公司始终认为通过更新产品和生产理念来达到更高 的标 准以及提供专业服务是不可推卸的责任,因此它正以此为目标不断地努力与进步. (1)HK 发泡机 HK 已经成为顶级高压发泡机的代名词.全球几千台 HK 发泡机成功地应用于多种多 样 的生产中.其原理特点是:通过极其先进的混合头设计,达到最佳混合效能;计量精度高, 原料混合比稳定;石英计时器可精确控制注射时间;经过证明的可靠性;最高的效能;操 作 环境安全;自动化程度高.由于采用模块化的结构体系,HK 发泡机可根据不同的工艺 要求 进行调整.多元醇和异氰酸酯的混合比可以任意设定.HK 发泡机按 1:1 和 2:1 类型制 造, 这样可以保证两个计量泵和混合头在最佳的输出范围内工作.如果和喷嘴,混合头尺 寸相匹 配,普通聚氨酯原料输出量的可调范围为标定量的 20%~100%,HK55 的最低输出量 约为 121— 40 g/s(A:B=1:1),或 60g/s(A:B=2:1),实际运用中,实际输出量有时可低很多. 根据原料的起泡时间,注射时间的实际使用范围从十分之几秒到 15 秒.其各种设备参

数见 表 7-1. 表 7-1 亨内基 HK 发泡机设备参数 泵的最大输出量 多元醇 异氰酸酯 总输 出量 功率 净重 A:B=1:1 g/s g/s g/s kW kg HK55L 55 55 110 20 2100 HK135L 135 135 270 23 2200 混合头是机器的心脏和产品成功的关键.产品的质量和生产的经济性,都取决于混合 头 的质量,根据不同的应用,Hennecke 提供了 3 种不同的 HK 发泡机混合头:MX 型,MQ 型 和 ML 型.每个混合头都有独特的优点.它们都代表了目前先进的工艺水平,是稳定质 量控 制的需要.标准混合头 MX 包含了一般应用的广阔范围.它是具有优异性能的专利混 合头 的代表.混合腔出口截面的节流可以精确地对应于期望的输出量和原料粘度.可根据 生产要 求更换喷嘴的尺寸,同 MQ 系列相比,MX 混合头的整个高度降低了约 1/3.而使用 MQ 混 合头的优势在于:加工低粘度的 TDI 和 TDI 混合物;同时计量和混合四至六种原料组 分; 多次连续注射时使用不同的多元醇或添加剂,如颜料等(独立喷嘴控制);加工磨蚀性 原料 组分时(使用活塞计量装置);可选择的单独喷嘴控制.ML 混合头系列包括手动操作,特 别轻质的混合头,出口管的直径和长度均可调节,即使再复杂的注射位置均可顺利接 通.这 些混合头经常被用于夹心板,管路绝热和集装箱等生产. 文章来源:www.syjiansuji.net&www.wfggw.org


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