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

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)件既滿足實際使用的力學性能，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、導熱系數(shù)、壓縮強度等）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重的后果。所以在實際生產(chǎn)過程中一個合理穩(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，或適當控制調(diào)節(jié)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(fā)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(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(fā)出脆響，就是熟化不充分的結(jié)果，泡沫體積停止膨脹標志發(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，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，泡孔細而均勻，否則泡孔粗且不均勻，甚至局部出現(xiàn)化學組成不符合配方要求，組分不均則環(huán)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(fā)泡，攪拌器（螺旋或者渦輪式）應有足夠的功率和轉(zhuǎn)速。低壓發(fā)泡機攪拌器轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分，手工攪拌1000轉(zhuǎn)/分。機械發(fā)泡，發(fā)泡料的乳白時間（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(chǎn)大塊泡沫最好選用大輸出量發(fā)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(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(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)時間與固化時間的差別，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)定劑當用量正確時，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，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(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(chǎn)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(diào)整泡沫穩(wěn)定劑的量，提高產(chǎn)品的強度，防止尺寸收縮；（4）混合不良時，對于高壓發(fā)泡機，應適當提高注射能力和清理混煉室；對于低壓發(fā)泡機，應適當提高攪拌機的轉(zhuǎn)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(shù)出版社.