聚氨酯發泡材料工藝對成品性能的影響

張媛媛

（南京美思德新材料有限公司，江蘇南京 210046）

對于硬質聚氨酯泡沫材料來說，其生產配方變化比較大，而且各種產品性能也具有明顯差異，目前在冷凍冷藏設備、保溫管道、建筑、航空、電子電器、軍事的保熱保冷方面應用非常廣泛[1]。硬質聚氨酯泡沫保溫材料本身的工作效率高；而且具有施工便捷的優點，導熱系數相對較低，例如聚氨酯硬質泡沫材料導熱系數僅僅為0.08～0.026 9W/m·K；這也可以直觀地反映出硬質聚氨酯泡沫材料具有非常低的導熱系數，在多種工藝成型中實現了廣泛應用，而且完全能夠實現機械化的連續生產。管道保溫材料通常情況下采取的是現場噴涂施工方法，而針對不用進行批量生產的產品多數情況下采取的是發泡成型方法，常壓板式發泡也經常被用在材料質量檢驗過程中。針對國產與進口聚醚多元醇和多異氰酸酯成型保溫材料在常壓板式發泡與高壓發泡工藝下成型材料的性能進行研究時發現，兩種不同工藝方式成型材料性能差異明顯。本文主要通過對冷凍冷藏箱生產過程中利用檢測材料性能的常壓板式發泡工藝進行指導的可能性開展探討，并在此基礎上對多異氰酸酯的國產化可能性進行探討，同時對國產混合聚醚多元醇性能進行測試。

1 測試材料和方法

1.1 測試材料

測試材料分別是德國拜爾和國產的聚醚多元醇混料和多異氰酸酯材料。

1.2 測試方法和項目

（1）利用膠黏劑黏度測定方法測試材料粘度。

（2）利用液體密度計來測試材料密度。

（3）通過甲苯一六氫吡啶一鹽酸法來測定材料中異氰酸根的含量。

（4）通過自行設計方法針對異氰酸酯揮發性進行測試。

（5）充分結合GB10800—1989標準的具體要求對材料吸水率、壓縮強度、發泡特性、導熱技術等進行測定。

2 實驗結果與討論

2.1 原液性能

2.1.1 黏度測試結果

經測試后發現國產和拜爾公司生產的多異氰酸酯材料黏度分別為0.2Pa·s、0.21Pa·s，可以發現，國產材料在聚合度方面更低。

2.1.2 密度測試結果

在測試過程中發現國產的多異氰酸酯材料密度為1.235g/cm3，而拜爾公司生產的多異氰酸酯材料密度為1.236g/cm3，由此可見在密度方面進口材料密度稍大一些[2]。

2.1.3 異氰酸根含量測試結果

經過實驗測試后發現國產材料中異氰酸根實際的含量達到30.78%，而拜爾公司生產的材料中異氰酸根實際的含量達到31.25%，通過對比可以發現，進口材料在活性方面更具優勢，而且具有更多的官能團。

2.1.4 異氰酸酯材料揮發性測試結果

多異氰酸酯材料含有的揮發分越多，那么在生產過程中就會對操作者健康產生更大危害，而且通過測試會發現能夠直觀地反映出還有哪種低分子游離態異氰酸酯含量比較多。在本次研究過程中，通過選取同樣尺寸的兩杯來自公司和國產的多異氰酸酯材料，并將材料在敞口狀態下放置在80℃恒溫箱中進行鼓風干燥，整個處理過程時間為3h，完成處理后將材料放置在室溫條件下進行冷卻并進行稱量，經稱量后發現拜爾公司生產的材料揮發分含量為0.055%，而國產材料揮發分的含量為0.133%，通過測量結果可以說明，揮發性材料性能方面，國產材料與進口材料之間具有顯著差異。

2.2 發泡特性

2.2.1 板式發泡

選擇規格型號為400mm×400mm×35mm 的空腔模具，首先在模具上涂抹脫模劑，然后將模板放置在烘箱中，在60℃進行1.5～2h 的預熱處理，通過處理后要保證模具表層溫度達到40℃；然后將提前完成（20±1）℃調溫處理的原液按照比例取出后快速進行攪拌，6s 后將攪拌好的原液倒入到經過預熱處理的模具中，對模具的成型時間、乳化時間、凝膠時間、不沾手時間進行觀察，并做好記錄[3]。乳化時間主要指的是開始攪拌后混合液出現發白現象后的時間；玻璃棒從混合液中抽出后出現了拉絲狀的時間為凝膠時間；用手觸摸不會出現黏手現象但時間點為不沾手時間；成型時間指的是泡沫停止上升的時間。表1為國產、拜爾公司生產、以及國產和進口混合材料板式發泡特性。

表1 所示為國產、拜爾公司生產、以及國產和進口混合材料板式發泡特性

從表1看出，混合材料與拜爾公司生產材料在性能方面比較接近，而本次研究過程中所選擇的幾項性能指標方面，國產聚醚多元醇材料性能相對較差。

隨后再針對板式發泡成型材料進行的性能統計過程中發現，在閉孔率和導熱系數等幾個性能指標方面，混合材料與拜爾公司生產材料性能非常接近，而國產材料在這兩個性能指標方面表現更加優異。

（1）板式發泡式樣低溫性能分析

在本次實驗過程中，利用-30℃的低溫環境將板式發泡成型物進行168h 處理，通過統計后發現材料的體積和整體重量變化率數據呈現出了分散性。在經過詳細分析后發現，成型泡沫材料的性能指標很可能會受到材料溫度、模具溫度、環境溫度、取放時間、稱量準確性、攪拌速度等多種因素的影響。而且由于板式發泡泡沫處于自然上升狀態，因此每一塊的上下部分在性能方面也會存在一定差異，種種因素使得泡沫性能數據出現了分散性。針對這個狀況，需要對各種影響因素的一致性進行有效控制，在此基礎上利用相同的配比通過多次發泡成型制備了三種體系的5塊板，對每一塊板不同位置和不同操作對材料性能的影響進行探討[4]。

①位置因素的影響

取每種配方的樣板不同位置取樣后進行低溫實驗驗，在具體統計不同位置樣本的平均重量和平均體積變化率等相關參數后發現，不同位置試樣在體積和重量方面變化率都產生了明顯的不同，這也充分說明了不同位置的泡沫泡壁厚度存在不均勻的狀況，而且在微觀強度方面也有一定差別，經過長期的低溫試驗后，泡壁會出現破裂現象，導致內部氣體產生逃逸，這樣不僅會影響泡沫本身體積，而且也會造成泡沫重量變輕。而在本次實驗過程中發現，不同位置泡沫體積和重量變化情況不相同，可見位置對泡沫試樣性能也會有一定影響。

②不同操作對低溫性能的影響

三種材料在經過低溫實驗后，將實驗數據進行數學處理發現，在不同的操作下成型泡沫體耐低溫性能產生一定變化，但是從各種統計數據發現，數據之間相對比較接近，這也充分說明不同操作對于泡沫體低溫性能的影響相對比較小。

（2）板式發泡試樣高低溫交變性能研究

取板式發泡試樣放置在-30℃冰箱環境下冷藏24h，然后再利用70℃高溫電熱干燥箱進行24h 干燥處理，重復5次這種處理，最后在室溫狀態下進行冷卻，對各項性能數據進行統計后發現，不同位置的材料高低溫交變性能變化呈現出無規律狀態。但是在重要損失方面不同位置存在較大差異。而且每次操作對于試樣的高低溫交變性能也會產生一定的影響。從整體統計結果來看，三種材料中，國產材料體積和重量變化率最小，整體高低溫交變性能最好。

3 結束語

實驗發現，板式自然發泡工藝在國內外內容比較廣泛，但是這種發泡材料，生產過程中性能會受到多種因素影響，國產多異氰酸酯材料與進口材料配合使用后不僅表現出了較好的配伍性，而且材料整體性能也比較優越。