为什么加工聚氨酯制品离不开模具

为什么加工聚氨酯制品离不开模具

对于经常采用的常压浇注和加压模制等加工方法而言，对模具的要求不尽相同，对于常压敞口浇注成型，由于不需要外部加压，模具材料的强度不是重点考虑的问题，只要尺寸稳定，耐热性合适便可作为模具材料。例如：硅橡胶、环氧树脂，尼龙66、酚醛树脂、聚四氟乙烯、低熔点合金等均可作为模具材料使用。但是在工业生产中，从耐久性出发，唯有金属模具最为合适。对于加压模制成型，所采用的模具则必须是金属制造的。

聚氨酯制品模具设计需要满足如下几个方面：

1、保证产品使用的基本要求，提高产品质量、产品持量（包括外开尺寸、性能、外观等）各项指标必须符合产品设计和使用的要求。

在具体设计一副模具时，应考虑的事项是多方面的，从收缩率引起的尺寸变化，排气，定位，到时分型面的确定，型腔孔的多少以及所选用的材质等方面都要认真地加以考虑。

2、脱模、清模容易，操作方便

模具是制造产品所使用的工具。目前，我们的硫化操作还是以手工为主。模具的组装、拆卸、浇注及胶件的脱模都要求以是方便易行，不能损坏产品。

操作是否方便，不但影响生产效率，而且到工人的劳动强度和人身安全。模具一般很重，手工操作劳动强度较大，如果设计不合理，开户不方便，脱模困难，就会进一步加大劳动强度。因此，在保证模具机械强度的前提下，力求减轻模具的重量，并采在锥形定们，开设启模口，必要时安装手柄和卸模装置，以方便使用。

3、制造容量，成本低廉

加工模具是一件十分细致、复杂的工作。不但要求所使用的加工设备精良，工人师傅也应具有丰富的经验和扎实的基本功，模具的加工一般需要较长的时间，因而价格也较贵。所以模具的结构设计要求简单，并且要充分考虑到加工的难易程度。

总之模具设计，要兼顾产品质量、制品生产操作和模具加工制造这三方面的要求。

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一、聚氨酯弹性体的概述

所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温，扯断伸长率＞50%，外力撤出后复原性比较好的高分子材料，而玻璃化温度高于室温的高分子材料称为塑料。在弹性体中，其扯断伸长率较大（＞200%）、100%定伸应力较小（如＜30Mpa）、弹性较好的可称为橡胶。所以弹性体是比橡胶更为广泛的一类高分子材料。

聚氨酯弹性体，又称聚氨酯橡胶是弹性体中比较特殊的一大类，其原材料品种繁多，配方各种各样，可调范围很大。聚氨酯弹性体硬度范围很宽，低至绍尔A10以下的低模量橡胶，高至绍尔D85的高抗冲击橡胶弹性材料。所以聚氨酯弹性体的性能范围很宽，是介于从橡胶到塑料的一类高分子材料。

二、聚氨酯弹性体主要原材料

聚氨酯弹性体用的原料主要是三大类，即低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂（交联剂）。除此之外，有时为了提高反应速度，改善加工性能及制品性能，还需加入某些配合剂。下面只对生产的聚氨酯鞍座所用原材料进行具体描述。

反应过程：多元醇与二异氰酸酯反应，制成低分子量的预聚体；经扩链反应，生成高分子量聚合物；然后添加适当的交联剂，生成聚氨酯弹性体。

2.1 低聚物多元醇

聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度较低，通常为2或2~3.相对分子质量为400~6000，但常用的为1000~2000.主要品类有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚ε-己内酯二醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇等。它们在合成聚氨酯树脂中起着非常重要的作用。一般可通过改变多元醇化合物的种类、分子量、官能度与分子结构等调节聚氨酯的物理化学性能。

2.1.1聚酯多元醇

聚酯多元醇简称聚酯，是聚氨酯弹性体最重要的原料之一。它是由二元羧酸和多元醇缩聚而成，最常用的二元羧酸是己二酸，最常用的多元醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇。此外，一些特殊聚酯还用戊二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油等多元醇。由于可用的多元醇品种多，所以聚酯的分子结构多种多样，品种牌号也较多。为了得到端羟基聚酯，必须用过量的多元醇与二元羧酸反应。一般采用间歇法生产聚酯。其反应过程分为酯化反应和酯交换反应两个阶段。生产装置大同小异，一般工艺流程，主要设备包括缩合釜、分馏冷凝器、冷凝器、计量罐、真空系统、加热冷却系统和控制系统。整个系统的气密性要求十分严格。缩合釜搅拌轴可采用端面机械密封。加料顺序先加多元醇和配合剂，后加已二酸，然后充氮。酯化反应从加热升温开始到220~250℃后约1h基本完成。此阶段主要是常压脱水过程，生成低分子聚酯和缩合水。当升温到135℃左右时酯化反应最激烈，生成大量缩合水。由于缩合水的蒸发会发生大量气泡上升，用1，4-丁二醇和1，6-乙二醇为原料时气泡尤为激烈。此时应及时调节加热功率，控制冷凝器出水速度，防止大量水蒸气将大量分子多元醇带出分馏冷凝器。激烈反应过后，维持适宜的出水速度，逐渐将反应温度升到220~250℃.当酸值降至

30mgKOH/g左右或出水量约等于理论水量时，由于混合物中的羟酸很少，酯化难以继续进行，出水基本停止，酯化反应阶段基本结束。

本次聚氨酯鞍座中所选用的低聚物多元醇为聚酯多元醇，牌号为ODX-218,分子量2000。

2.2 多异氰酸酯

多异氰酸酯品种也不少，但产量最大的只有两种，即二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）及其聚合物多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和甲苯二异氰酸酯（TDI）。多异氰酸酯我们采用德国拜耳的TDI-100。

TDI是以甲苯为基本原料，用硝酸和硫酸的混合物进行硝化生成二硝基甲苯，然后溶于甲醇中，在雷尼催化剂和15~20Mpa的氢气压下进行加氢还原成甲苯二胺（TDA），在经光气化制得的。

甲苯硝化的第一阶段生成邻位、对位、间位三种硝基甲苯异构体混合物，且其含量分别为55%~60%、35%~40%和2%~5%。异构体的含量几乎不受反应条件的影响。将上述单硝基甲苯混合物进行不硝化生成2,4-二硝基甲苯和2,6二硝基甲苯，其比例为80/20，再经还原和光化制得80/20TDI(T-80)。如单硝基甲苯混合物现经结晶分离出纯的邻位和对位单硝基苯，再分别进行第二次硝化和还原，光化，可制得65/35TDI(T-65)和纯2,4-TDI（T-100）。

化学反应方程式：

异氰酸酯的反应是有有机酸酯与氰酸钾而得：