聚氨酯发泡性能评价方法的改进

聚氨酯发泡性能评价方法的改进

张衍荣　马德强

(烟台万华聚氨酯股份公司　264002)

摘　要:对传统的聚氨酯硬泡发泡性能评价方法和装置进行了比较,并设计了一套制作和操作方

便、评价精度较高的实验室发泡泡沫流动性能和脱模性能的评价模具。该装置可用于聚合M DI 、组合聚醚及助剂等原料发泡性能的评价和比较。

关键词:聚氨酯;硬质泡沫塑料;流动性;脱模性能;模具 在聚氨酯硬泡应用领域,对原料的发泡性能要求最严格的当属电冰箱、冷藏柜等行业。这些行业都是通过定量浇注和快速脱模的方式来进行发泡的。发泡过程中,由于发泡空间形状复杂,泡沫在固化前必须流经相当长的一段距离,最终要求均匀地充满整个发泡空间,脱模时不变形,以确保制品中聚氨酯泡沫的密度分布系数、压缩强度、尺寸稳定性等性能指标符合要求。对于聚氨酯原料开发部门和生产厂家来说,这意味着需要进行大量的发泡性能评价工作。

烟台万华聚氨酯股份公司在研究和质检工作中,经常需要对粗M DI 样品、组合聚醚及助剂的泡沫流动性和脱模性能进行评价,必须选择一种快速而准确的发泡性能评价方法和装置。传统的评价方法[1,2]都有各自的优点和局限性,为此,本工作对传统的评价方法进行了对比,经过改进,设计了一套制作简便、操作方便和精度较高的实验室内发泡性能评价装置。经实用证明,该装置适用于多种聚氨酯原料发泡性能的评价。

1　传统的发泡性能评价方法比较1.1　简易测试方法

在塑料管、纸管或细长塑料袋中进行聚氨酯发泡。这些方法具有成本低、操作简便等优点,但准确性较差,比较适合于对大量实验方案的初步筛选。1.2　兰芝(Lanze )模测试法

使用内腔尺寸为5cm ×20cm ×200cm 的垂直爬升模具,模具上设有温度控制装置,每次加料量

500g ,能够同时检测发泡原料的高度指数和密度分

布系数,检测结果准确度较好。但用料量偏多,用普

通搅拌器或台钻搅拌器混合时难以达到良好的搅拌效果,且加料不方便。如果使用高压发泡机,虽能改善混料效果和解决快速加料问题,但设备投资和操作成本大大增加。1.3　倾斜模测试法日本东曹公司设计的一种倾斜式模具,加料端长度20cm ,厚度6cm ;流动端长度100cm ,厚度3cm 。使用时将模具倾斜放置。该法用料量较兰芝模约少一半,用台钻搅拌器混合时可达到良好的搅拌效果。但使用时发现加料很不方便,用该模具难以模塑整体保温性能良好的泡沫试样,并且实验结果的重现性较差。1.4　中试发泡方法采用与实际工艺相同或相似的发泡设备和模具进行发泡,以评价原料的发泡性能。这种方法得到的评价结果准确,但设备投资和操作成本比兰芝模法和倾斜模法大得多。一般适用于产品开发成熟后的中试阶段。1.5　上机发泡实验

采用生产现场的发泡设备和工艺进行发泡,以评价原料的发泡性能。这种评价方法得出的结果最可信,但人力物力的消耗也最大,成本最高,故只适用于产品开发工作基本完成之后的最终评价,不适于产品开发的初期。

从上述传统测试方法可以看出,每种方法都有各自的优点和局限性。

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聚氨酯工业PO LY URETH ANE I NDUSTRY

2003年第18卷第1期

2003.V ol.18N o.1

2　发泡性能评价模具的设计

发泡性能评价包括泡沫流动性和脱模性能两项评价内容,因此,在进行模具设计时,必须考虑到发泡时的流动性和脱模性要求。模具横截面为方型或圆型均可,但圆形模具制作简便,密封性好,

便于整体保温且加料方便。鉴于目前大部分冰箱泡沫体的厚度在50～80mm 之间,故将用于评价发泡流动性的模具设计成直径为80mm 的圆柱体。脱模性评价模具则设计成一种简便易操作的方模。2.1　泡沫流动性评价模具

将泡沫流动性的评价装置设计成带夹套的圆柱

形垂直爬升模具。该模具内部以Φ80mm 不锈钢管剖开并抛光制成。模具腔内径为80mm ,高度1500mm 。外部焊接夹套,向夹套内通入恒温水,可方便而准确地调节和控制模具温度。该模具垂直放置,在进行泡沫流动性实验时,将其底端封闭,上部开口,从上部注入搅拌好的原料进行发泡。该模具可同时检测发泡高度指数和密度分布系数。模具示意图见图1。

图1　垂直爬升模具结构示意图

2.2　脱模性能评价模具

采用厚度为8mm 的钢板,加工成上下可以打开、内部尺寸为250mm ×250mm ×80mm 的方模,

用于脱模性能的检测。3　评价方法3.1　实验仪器与设备

恒温烘箱;低温恒温槽,恒温范围0～95℃,精度0.1℃;超级恒温器,恒温范围30～95℃,精度

0.1℃;台钻,搅拌转速2500r/min 。3.2　实验步骤3.2.1　准备工作

调节实验室温度为(20±1)℃;将组合聚醚和粗

M DI 样品瓶放入低温恒温槽内,恒温至20℃,备用;垂直爬升模具涂脱模剂;超级恒温器内加水后,恒温至40℃,然后向垂直爬升模夹套内通40℃的恒温水,打循环2h 以上,以保证模具完全恒温。方形模具涂脱模剂后,放入40℃恒温烘箱内恒温。恒温后进行测试。

3.2.2　泡沫流动性实验

按配方和发泡泡沫高度130～150cm 确定组合聚醚和粗M DI 的用量,用塑料烧杯称取组合聚醚和粗M DI ;用台钻进行搅拌混合,开动搅拌时即按下秒表,搅拌10s 后将混合料倒入恒温好的垂直爬升模具内进行发泡。泡沫固化后脱模,将泡沫体的边缝毛刺去除,称泡沫体的质量;测量泡沫体的高度,以泡沫高度除以质量,得到发泡高度指数(cm/g )。

将上述泡沫圆柱体按高度方向均分成20等份,分别测定其密度,计算出其平均密度及其均方根偏差S 。S 即为密度分布系数。

S =

1

n -1

Σ(ρi -ρ)2式中:n 为泡沫样品的分切块数;ρi 为第i 块泡沫的密度(kg/m 3);

ρ为全部n 块泡沫样品的平均密度(kg/m 3)。3.2.3　脱模性实验

按一定的过充填率,用塑料烧杯称取组合聚醚和聚合M DI ;用台钻进行搅拌混合,搅拌混合10s 后,将混合料倒入恒温的方形模具内,迅速合上模具,置入恒温烘箱内,熟化5～6min 后,打开烘箱,取出泡沫体,称重,并在室温放置后测量泡沫体中心的厚度。以过填充泡沫脱模后的膨胀量大小衡量泡沫的脱模性。膨胀量小的脱模性能好,可在较短的时间内脱模。

4　评价装置的可行性实验4.1　重复性实验

用相同的粗M DI 样品分别与国内冰箱行业用的组合聚醚A 和组合聚醚B 进行两次发泡实验,以检验该方法对发泡性能评价的重复性,其检测结果见表1。

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34・第1期 张衍荣等・聚氨酯发泡性能评价方法的改进