硬質聚氨酯泡沫塑料尺寸穩定性的影響因素及控制方法

趙巧光

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

關鍵詞：硬質聚氨酯泡沫塑料；尺寸穩定性；影響因素；控制方法

硬質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，具有質量輕、比強度高、絕熱、隔音、防震、抗沖擊等優良性能，因而廣泛用于工業制造、建筑、包裝、運輸等行業，并在現代國防工業中發揮著重要作用。由于硬質聚氨酯泡沫塑料具有優良的加工成型性能，因此可以用來制作用于減震、支承、固定的硬質聚氨酯泡沫塑料結構件，來代替一些金屬結構件，這種聚氨酯結構件既滿足實際使用的力學性能，又具有易成型加工的優勢，但是由于這種結構件屬于非金屬材料，在生產中其尺寸穩定性受黑白料的配比、發泡時的模溫、料溫和環境溫度、發泡完成后的固化溫度和固化時間、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；在使用中其尺寸穩定性又會隨環境的溫度、濕度等產生變化，對長期使用帶來不利影響，因此研究硬質泡沫塑料制品尺寸穩定性的影響因素及控制方法有著重要意義。

硬質聚氨酯泡沫塑料的尺寸穩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

泡料的發泡配比（也稱流量比，即發泡過程中組合聚醚與異氰酸酯用量的比值）是一個決定發泡料物理性能的重要參數。發泡料配比的變化，一旦超出一定的工藝范圍，會對泡沫質量（如泡沫的形穩性、閉孔率、導熱系數、壓縮強度等）有很大的影響，這會對產品的外觀質量和整體性能造成較為嚴重的后果。所以在實際生產過程中一個合理穩定的發泡配比范圍，對產品的正常生產起著至關重要的作用。

1.2 在發泡時的模溫、料溫和環境溫度

料溫、模溫和環境溫度均影響反應速度和物料粘度，故保證以上溫度穩定是產品質量穩定的必要條件。最適宜環境溫度20-30℃；料溫20-30℃或稍高一點，或適當控制調節催化劑用量；模溫40-50℃，模溫過低則化學反應緩慢，泡沫固化時間長，發泡倍率小，密度大，表皮厚；模溫過高則固化時間太短，反應不充分，同時，模具內表面光潔度要好。

1.3 發泡完成后的固化溫度和固化時間

模具內發泡，脫模前模具與制品一起放在較高溫度環境熟化，讓化學反應進行完全，脫模時間太短，熟化不充分，泡沫會變形，導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出脆響，就是熟化不充分的結果，泡沫體積停止膨脹標志發泡過程結束，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，初始發泡料最好保證3%-5%的過量填充。

1.4 黑白料的充分混合

黑白料混合均勻，泡孔細而均勻，否則泡孔粗且不均勻，甚至局部出現化學組成不符合配方要求，組分不均則環境變化必然導致形變。

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

1.5 白料的組分

特種高官能度聚醚復配使用，使泡沫形成立體網狀結構，可以大大提高泡沫耐低溫性能；高官能度交聯劑的使用也大大提高了泡沫的尺寸穩定性；相反，若聚醚中含有大量二官能度成分，反應后形成的大量的線性分子結構在低溫情況下則很難穩定；若選用的聚醚，生產階段采用強堿催化，反應徹底，使聚醚保持較高反應率，即在與黑料接觸時能反應的較為完全。

白料除了主要原料聚醚多元醇外，還包括催化劑、發泡劑、泡沫穩定劑、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定劑不同，會形成啟發時間與固化時間的差別，對成型后的收縮有很大的影響。

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

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

1.6 溫度、濕度的影響

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

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

2 控制方法

在原料來源穩定可靠、配方科學合理的前提下：

（1）控制作業環境和原料儲存溫、濕度，并能根據環境變化對配方做合理的微調；（2）通過高溫熟化，即在60-80℃的溫度環境中，時效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候，產生縮料的情況。高溫熟化時效處理，可以減少變形的影響；（3）加大促進凝膠效應的催化劑的量，同時相應調整泡沫穩定劑的量，提高產品的強度，防止尺寸收縮；（4）混合不良時，對于高壓發泡機，應適當提高注射能力和清理混煉室；對于低壓發泡機，應適當提高攪拌機的轉速和清理注料嘴；對于手工操作，應適當增加攪拌時間。

參考文獻

[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].江蘇科學技術出版社.