聚氨酯泡沫材料及成型方法总结(可编辑修改word版)

聚氨酯泡沫材料

一、概况

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上含有许多重复的- NHCOO-基团的高分子化合物统称为聚氨基甲酸酯。一般聚氨酯系由二元或多元有机异氰酸酯(通常为甲苯二异氰酸酯，简称 TDI)与多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而得。由于聚氨酯的结构不同，性能也不一样。利用这种性质，聚氨酯类聚合物可以分别制成塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等。近二十年来，聚氨酯在这几个方面的应用都发展很快，特别是聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯橡胶、聚氨酯涂料发展更加迅速。

泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度较小，质轻，隔热隔音，比强度高，减振等优异特性。根据所用原料不同和配方的变化，可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料几种。

脂肪族

异氰酸酯脂环族

芳香族

聚酯多元醇

多元醇聚醚多元醇

其它多元醇

胺类扩链剂

聚氨酯原料扩链剂

醇类扩链剂

叔胺类催化剂

催化剂

金属有机催化

阻燃剂

抗氧剂

其它助剂紫外线吸收剂

着色剂

增塑剂

图1 聚氨酯泡沫合成主要原料

1.1聚氨酯泡沫形成的化学机理

多元醇与多异氰酸酯生成聚氨酯的反应，是所有聚氨酯泡沫塑料制备中都存在

的反应。发泡过程中的“凝胶反应”一般即指氨基甲酸酯的形成反应。因为泡沫原

料采用多官能度原料，得到的是交联网络，这使得发泡体系能够迅速凝胶。基团

反应如下：

—NCO+—OH→—NHCOO—

在有水存在的发泡体系中，例如聚氨酯软泡发泡体系、水发泡聚氨酯硬泡体系，

多异氰酸酯与水的反应不仅生成脲的交联（凝胶反应），而且是重要的产气发泡

反应。所谓“发泡反应”，一般是指有水参加的反应。

—NCO+H2O+OCN—→—NHCONH—+CO2↑

上述几个反应产生大量的热，这些热量可促使反应体系温度迅速增加，是发泡反

应在短时间内完成。并且，反应热为物理发泡剂（辅助发泡剂）的气化发泡提供

了能量

二、软质聚氨酯泡沫塑料

软质聚氨酯泡沫塑料（简称聚氨酯软泡）是指具有一定弹性的一类柔软性聚氨

酯泡沫塑料，它是用量最大的一种聚氨酯产品。聚氨酯软泡的泡孔结构多为开孔的。一般具有密度低、抗氧化老化、耐油耐溶剂、弹性回复好、吸音、透气、保温性能，主要用作家具垫材、交通工具座椅垫材、各种软性衬垫层压复合材料，工业和民用

上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热保

温材料

2.1发泡原理及工艺

2.1.1预聚体法发泡工艺原理

预聚体法发泡工艺通常应用于聚醚型泡沫塑料。而聚酯型泡沫塑料因聚酯本身

粘度较大，生成预聚体后粘度更大，在发泡时不易操作，一般都不用此法。

预聚体法发泡工艺既是将聚醚多元醇和而异氰酸酯先制成预聚体，然后在预聚体

中加入水、催化剂、表面活性剂和其他添加剂，载高速搅拌下混合进行发泡。固化

后在一定温度下熟化即软质泡沫塑料。其流程示意图如下

叔胺及其他催

化剂

表面活性剂

发泡

水

聚醚多元醇

预聚体

泡沫制品

图 2 预聚体发泡流程示意图

2.1.2 预聚体工业制法及其发泡工艺

实例：在带有搅拌的干燥反应釜中加入聚酯，然后在室温下，在搅拌的同时加入异氰酸酯，由于异氰酸酯和聚酯的反应放热，因此必须根据釜的批量大小来控制异氰酸酯的加入速度，是反应温度不超过 90℃，加完后继续在 90℃温度下， 保持反应 1h 左右，冷却后装入干燥容器中即为成品。在生产过程中最好能始终通入氮气，以排除系统中的水分。

发泡工艺：实验室小量发泡一般采用手工发泡，即将预聚体、水、催化剂、表面活性剂及添加剂等一次加入，在高速搅拌 2~3s 后倾入模具内进行发泡。 半预聚体发泡工艺。

图 3 半预聚体发泡工艺流程图 半预聚体法发泡工艺目前在一般软质泡沫塑料中采用较少，大部分用于制造

水

添加剂 表面活性剂

催化剂

二异氰酸酯

预聚体

聚醚多元醇

二异氰酸酯

聚醚多元醇

聚醚（或聚酯）

多元醇

多异氰酸酯

水

混

合

发

泡

催化剂

泡

沫

制

品

表面活性剂

外发泡剂及其

他添加剂

半硬质制品。目的是为了较好的调节物料粘度和泡沫凝胶强度。

2.1.3一步发泡工艺

一步发泡工艺是目前普遍采用的制造工艺，主要是将聚醚（或聚酯）多元醇、

二异氰酸酯、水、催化剂、泡沫稳定剂及其他添加剂等原料一步加入，在高速搅拌

下混合后进行发泡。由于使用了有机锡等催化剂，反应速度较快，放热时温度较高，不需要在发泡后在进行加热熟化，并采用了有机硅泡沫稳定剂，因而在聚醚等物料

粘度较低的情况下也能得到泡孔较为均匀的泡沫制品。加上不需要预聚体的反应装置，因而具有工艺简单、设备投资少、易于操作管理等优点。由于物料粘度较小，对制造

低密度和模塑成型制品尤为有利，因而目前绝大部分生产已采用一步法发泡工艺。其

流程图如下

图4 一步发泡工艺示意图

2.1.4箱式发泡工艺

小规模生产块状软泡通常采用箱式发泡工艺，这是一种间歇式生产工艺，这

种发泡方法适用于实验室手工发泡。

反应物料混匀后立即倒入一只木制或铁皮制成的箱子一样的敞口模具中发泡

成型，故得名“箱式发泡”。箱式发泡的主要设备包括：①电控机械搅拌器，混合

料筒；②模具（箱）；③称量工具，如天平、台秤、量杯、玻璃注射器等计量工具；④用于控制搅拌时间的秒表。生产时，需在箱内壁涂用少量脱模剂，使泡沫容

易脱出。