聚氨酯发泡工艺简介

经化学反响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根底。

但在批量大、模具多的情况下手工浇注是不适宜的。

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响。

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、水等反响放热量大，假设用一步法生产操作困难，故当时多用预聚法。

假设把全部TDI 和多元醇反响，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 与局部多元醇反响，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、外表活性剂、催化剂等混合，经过发泡反响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 已根本上不再用作硬质泡沫塑料的原料，一步法随之取代了预聚法。

浇注成型工艺浇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，差异在于手工发泡是将各种原料依次称入容器中，搅拌混合；而机械浇注发泡那么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。

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，3％～5％比拟适宜。

这种情况下，泡沫上升受到浮动盖板限制，结构更为均匀，(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，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响热，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，参加异氰酸酯后立即充分混合均匀，具有流动性的反响物料注入模具，经
化学反响并发泡成型。

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，()内发泡，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。

浇注成型中的考前须知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，那么可适当控制原料温度并调节催化剂用量。

对模具的要求是结构合理，拆装方便，重量轻，耐一定压力，并且内外表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，在适宜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。

模具温度的上下直接影响反响热移走的速度。

模温低，发泡
倍率小，表皮厚；模温高那么相反。

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，化学反响进行缓慢，泡沫固化时间长；温度高，那么固化时间短。

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，让化学反响进行完全。

假设过早脱模，那么熟化不充分，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。

聚氨酯硬泡喷涂成型聚可用于冷库、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外表或者还是复杂的外表，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。

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，喷涂外表不光滑。

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，均匀地喷射到物件外表。

高压型喷涂发泡设备与低压型喷涂发泡设备相比，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、白料到达设定的温度。

选择适宜的喷涂发泡设备，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。

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响速度较快，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响制得的俗称“ 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，能保证反响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外表温度较适宜的温度范围是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外表脱落，15～25℃范围内，温度为5℃时，环境温度过高，发泡剂损耗太大。

〔2〕异氰酸酯很容易和水反响生成含脲键结构。

这种结构含量增高，那么泡沫塑料较脆。

待喷涂物体外表假设有露水或霜，应予以去除，否那么，泡沫塑料的脆性增大，且影响与物
体外表的粘接性。

〔3〕在室外进行喷涂发泡作业，当风速超过5 m/s 时，因反响产生的热量被风吹失，热量不易积累，阻碍泡沫塑料进一步快速发泡反响，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〕待喷物体外表要无锈、无粉尘、无油污和无潮气。

必要时，应预先进行清洗和枯燥，到达上述要求。

〔5〕应注意平安卫生问题，加强劳动保护。

要戴防护镜，防止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，反响放热难以发散，容易产生烧芯变形等现象。

喷涂发泡施工考前须知环境温度和待喷涂外表的温度应在10℃以上。

温度过低，泡沫塑料与物体外表的粘接性差，易脱离，15～35℃之间。

温度太高，那么发泡剂损耗大。

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，喷涂物体外表不能有油、灰尘等。

假设外表有露水或霜，应予以除去，否那么将影响泡沫与物体外表的粘接性，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外表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) 37 kg/m3，地面＞45 kg/m3；(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≤ 0.024W/(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到达“ 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，质块状泡沫的制造必须符合以下要求：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；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，
最后参加异氰酸酯立即充分混合。

反响物料在到达乳白时间前注入模具，经化学反响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。

从设备供给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响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。

浮动盖板的重量要适宜，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拟大或原料体系需要参加填料的情况下的批量生产操作，原料中允许参加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，以防止泡沫的强度缺乏而损坏。

并且假设过早脱模，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，有一定潜在不平安因素。

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。

反响物料要充分混合，同样在到达乳白时间前浇入模具中。

经过大约十分钟〔根据反响装置而定〕固化后翻开模具，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，反响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，假设采用高反响性原料体系，应选用大输出量发泡机。

例如，30kg/m3 硬质泡沫塑料，模具尺寸为2m× 1m× 1m，需约66 kg 泡沫原料。

假设这些原料要在20s 内注入模具，发泡机浇注量必须到达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响液注入模具。

1m× 0.5m，长达数米的泡沫塑料，机器输出量约50 kg/min 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。

大局部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。

一种改良型被称作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块状聚氨酯硬泡的加工技术1．切割法通过锯或削————从块状泡沫上切取所需尺码的泡沫块，然后包覆所需的外表层，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外表层，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．泡沫填充法将反响混合物倒入要填充的空腔里，在其反响要固化时，泡沫体便粘到外表层上。

在有些应用中，必须采用特殊的施工步骤，才能确保泡沫对外表层的良好粘着，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外表，那么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那么必须打毛或涂粘合剂。

粒子板、石膏板和石棉水泥板，只要枯燥外表无尘，就能和泡沫粘牢。

有——分层浇注料法和注射法。

用分层浇注料发泡法时，将反响混合物浇注到立式模具开口端的各个外表层之间。

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，那么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，以使底层有时机固化。

需注意，因此不需要昂贵的模具。

由于反响混合物是分几次浇注到模具内的，大约38 kg/m3 因此加工速度较慢。

当采用注射法时，外表层和棱层都放入模具内，对反响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 模并影响泡沫沿着外表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外表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状相适合，并允许因温度和压力而产生的外表尺寸变化。

3．填料在反响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 直径的塑料管参加反响混合物。

泡沫在包住颗粒填料时，会遇到很高的流动阻力，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〕。