聚氨酯注塑发泡工艺及注意事项

聚氨酯注塑发泡工艺及注意事项

聚氨酯泡沫塑料是以异氰酸酯和多元醇为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物，是聚氨酯合成材料的主要品种之一。

聚氨酯泡沫塑料的主要特征是具有多孔性，因而材料的相对密度小，比强度高。聚氨酯泡沫塑料种类多样，根据所用原料的不同以及配方的变化，可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料等；根据所用多元醇的品种分类又可将其分为聚酯型、聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；而根据发泡方法分类又有块状、注塑、模塑以及喷涂聚氨酯泡沫塑料等类型。

不论选取哪一种原料，也不论采用哪一种发泡方法，其发泡过程一般都要经过形成气泡核、气泡核膨胀以及泡体固化定型等阶段。工业上常用的聚氨酯泡沫塑料制备方法有：挤出发泡、注塑发泡、模塑发泡、压延发泡、粉末发泡以及喷涂发泡等等。其中，注塑发泡是聚氨酯泡沫塑料最重要的成型方法之一，接下来，洛阳天江化工新材料有限公司将为大家重点讲述一下聚氨酯注塑发泡工艺以及注意事项。

一、结构发泡注塑成型

结构发泡法是注射成型工艺技术中的一项革命，它保留了传统注射成型工艺的许多优点，又避免了传统注塑工艺中经常遇到的一些问题，如制品强度不够、生产周期太长以及模塑率低等问题。

结构发泡法最大的特点是可以不用增加设备，用普通的注塑机便可以注塑生产，不过采用模腔扩大法发泡的高压结构发泡注塑机与普通注塑机相比，增加了二次合模保压装置。

此外，采用结构发泡技术还可以使用低成本模具对大型复杂制品进行模塑，并且可以多模腔同时操作，从而降低了制品的生产成本。结构发泡法制得的成品是一种具有致密表层的连体发泡材料，其单位重量的强度和刚度比同种未发泡的材料高3-4倍。

近年来，结构发泡注塑成型工艺得到了很广泛的发展，成型方法也很多，但归纳起来可以分为三种：低压发泡法、高压发泡法（注：此处的低压和高压指模具模腔内的压力）以及双组分发泡法。

1、低压发泡法

低压发泡法注塑与普通注塑的区别在于其模具的模腔压力较低，约在2-7Mpa的范围内，而普通注塑则在30-60Mpa之间。低压发泡注塑一般采用欠注法，即将一定量（不注满模腔）的塑料熔体（含有发泡剂）注入模腔，发泡剂分解出来的气体使塑料膨胀而充满模腔。

在普通注塑机上进行低压发泡注塑，一般是将化学发泡剂与塑料混合，然后在机筒内进行塑化。洛阳天江化工新材料有限公司提醒大家，在注塑过程中需要注意以下几点：首先，必须采用自锁式射嘴；其次，在注射时，由于气体的扩散速度很快，会造成制品的表面粗糙，因此注塑机的注射速度要足够快，一般采用增压器来提高注射速度和注射量，使注射动作在瞬间完成。

2、高压发泡法

高压发泡法的注塑模腔压力在7-15Mpa之间，采用满注方式，即一次注射量正好等于模具模腔的容积。为了使制件得到发泡膨胀，可以采用强制扩大模腔，或者使一部分塑料分流出模腔，一般较多采用模腔扩大法。采用扩大模腔法的注塑机与普通注塑机相比，增加了二次合模保压装置，当塑料和发泡剂的熔融混合物被注入到模腔后延时一段时间，然后合模机构的动模板向后移动一小段距离，使模具的动模和定模稍为分开，模腔扩大，模腔内的塑料开始发泡膨胀。制品冷却后在其表面形成致密的表皮，由于塑料熔体的发泡膨胀受到动模板的控制，因此，也就可以对制品的致密表层的厚度进行控制。动模板的移动可以是整体移动，也可以是部分移动使局部发泡，从而得到不同密度的制品。高压发泡法对模具的制造精度要求高，模具费用高，并且对注塑机有二次锁模保压要求。

3、双组分发泡法

双组分发泡法是一种特殊的高压结构发泡注塑方法，它采用专门的双组分注塑机。这种注塑机有两套注塑装置：一套用来注塑制品的芯部，一套用来注塑制品的表层。在注塑时，先注入皮层物料，然后通过同一浇口再注入混有发泡剂的芯部材料。由于芯部材料呈层流状态流动，这就保证了芯部材料均匀地包覆在皮层内部，使型腔得到完全填充。当熔料填满型腔后，再注入少量不含有发泡剂的熔料，使浇口封闭。制品取出后，再去掉浇口即得到具有不发泡致密表层和有芯部发泡的轻质制品。

二、微孔发泡注塑成型

微孔发泡注塑成型属于物理发泡法。常规泡沫塑料的泡孔直径一般大于50μm，泡孔的密度（单位体积内泡孔的数量）小于106个/cm3。这些大尺寸的泡孔受力时常常成为初始裂纹的发源地，降低了材料的机械性能。为了满足工业上要求降低某些塑料产品的成本而不降低其机械性能的要求，20世纪80年代初期，美国的一些专家学者以CO2、N2等惰性气体作为发泡剂研制出泡孔直径为微米级的泡沫塑料，并将泡孔直径为1μm-10μm，泡孔密度为109-1012个/cm3的泡沫塑料定义为微孔塑料。

微孔发泡注塑成型工艺一般要经历聚合物/气体均相体系的形成、泡孔成核、泡孔长大及泡孔定型四个阶段，其成型过程复杂，各个阶段的形成机理不同，主要影响参数也不同。聚合物/气体均相体系的形成是发泡过程的必要条件，直接影响后续泡孔的成核、长大及定型；气泡核的形成阶段对泡孔的密度和分布有着决定性的作用。泡孔长大的过程直接影响泡孔的几何形状和结构；泡孔定型阶段则决定气泡长大的结果能否得到保持。

典型的微孔发泡注塑工艺与普通注塑有很大的不同，其不同之处主要表现在：在机筒中需将超临界流体注入到聚合物中，然后经混炼均化后形成单相溶液；注射时熔体不用充满型腔，未充满的部分可以通过气泡长大来补充；保压阶段大大减短，甚至不用保压。

微孔注塑发泡过程中，在螺杆的计量段将超临界流体注入注塑机机筒中，当超临界流体和塑料熔体沿着螺杆向前输送时，由超临界流体本身的扩散作用和螺杆的剪切混合作用，使超临界流体溶于塑料熔体中形成单相溶液，这种单相溶液的黏度比纯熔融塑料的低很多。为避免单相溶液在机筒中提前发泡，必须保证机筒中的单相溶液在整个成型过程中都维持在一定的压力（超临界流体的临界压力）之上。只有单相溶液才能发生均匀的成核作用，在熔体内形成大量的气泡核，在注射阶段，由螺杆把单相溶液注入型腔，由于压力骤降，气泡开始成核并逐渐长大，直到熔体完全充满型腔，再经由模具冷却，最后开模顶出制品。整个成型过程中各个加工参数都是相互依赖的，微孔注塑的注射速度要比普通注塑快，提高注射速度有利于得到更高的气泡核密度，进而得到较佳的泡孔结构，提高制品的力学性能。