高分子學習研究
工業是民族的脊梁
一、聚氨酯生產原料
聚氨酯生產主要原料有：黑料、白料、發泡劑。
1、黑料: 黑料的學名為多異氰酸酯，因其是一種黑色粘稠液體，故俗稱黑料。多異氰酸酯的主要品種有MDI、TDI、PAPI，其中MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）用於冰箱聚氨酯泡沫生產。
2、白料：工業生產冰箱聚氨酯泡沫時，通常先將組合聚醚型多元醇、催化劑，泡沫穩定劑進行混合，這種混合物是一種白色粘稠液體，俗稱白料。
(1) 組合聚醚型多元醇：冰箱聚氨酯泡沫所使用的多元醇為聚醚型多元醇。
(2) 催化劑：催化劑的主要作用是加速聚氨酯的形成，縮短固化時間，提高發泡質量。
(3) 泡沫穩定劑：泡沫穩定劑的主要作用是乳化系統中的各原料組份，保證體系反應順利進行；促進氣泡的成核作用；提高氣泡壁穩定性，使製品泡孔均勻細密，具有良好的機械性能。穩定劑的用量雖然不大，但對泡沫體的泡孔結構、物理性能、製造工藝都有著重大影響。
(4) 組合聚醚的性能指標(組合聚醚牌號：HY MA021801)
項目
單位
指標
備註
水分
%
2.10~2.20
羥值
mg KOH/g
445~475
酸值
PH11
粘度(25℃)
mPa*s
2500~3500
密 度(25℃)
g/cm3
1.07
黑料1.23
外觀
草黃色透明液體，無機械雜質
3、發泡劑：在聚氨酯發泡中，發泡劑主要作用是產生氣體，在聚氨酯中形成均勻分布的細小氣泡。發泡劑本身不參加多異氰酸酯和組合聚醚之間的化學反應。利用氟利昂（如R11、R12）作發泡劑的發泡工藝稱為有氟發泡。發泡劑不含氟利昂的發泡工藝稱為無氟發泡。如環戊烷發泡。
二、發泡工藝原理
通過高壓發泡機的注射槍頭把黑料 和白料與環戊烷的預混物進行混合，並注入箱體或門體的外殼和內膽之間的夾層內。在一定溫度條件下，多異氰酸酯（中的異氰酸根（-NCO））與組合聚醚（中的羥基（-OH））在催化劑的作用下發生化學反應，生成聚氨酯，同時釋放大量熱量。此時預混在組合聚醚的發泡劑（環戊烷）不斷汽化使聚氨酯膨脹填充殼體和內膽之間的空隙。
化學反應式nO=C=N—R—N=C=O + n HO—R』—OH --> —( OC—NH—R—NH—COO — R』—O —)n
三、環戊烷發泡工藝參數的控制
黑料和白料的配比： 黑料∶白料∶環戊烷 = 145∶100∶11.5
發泡原液溫度：黑料和白料溫度控制在18~25℃
模具溫度：40±5℃
箱預熱爐溫度：35~50℃，發泡爐溫度35~55℃。
注射壓力：黑料和白料注射壓力控制在13~16MPa。
熟化時間：≥6min
四、反應速度參數
反應標準條件：各化學試劑溫度為20℃，紙杯容量為455毫升，攪拌器為4片螺旋葉片，並帶6釐米的導向環，在2000轉/分鐘的速度下攪拌。
配 比
黑料 145
組合聚醚 100
環戊烷 13
項 目
單位
指標值
攪拌時間
S
6
乳白（始發）時間
S
14~18
凝膠（拉絲）時間
S
70~86
不粘（止發）時間
S
125~155
五、聚氨酯泡沫性能要求
1、自由發泡密度：24~27Kg/m3
2、聚氨酯模塑密度：34~36Kg/m3
3、壓縮強度： ≥0.20MPa
4、導熱係數： ≤19.6 mw/m·k
5、尺寸穩定性（-30℃，24h）： ≤1.0%
6、閉孔率 ≥97%
六、發泡工藝控制要點
1、嚴格控制原液的理化性能
黑、白料中的多異氰酸酯、組合聚醚、發泡劑，催化劑及泡沫穩定劑的化學性能直接決定合成聚氨酯的化學反應和泡沫物理性能。是生產合格的聚氨酯泡沫基本條件。
黑、白料單體應為通明的粘稠液體，無絮狀不溶性雜質。若有不溶性雜質，將會堵塞發泡機的濾網，導致原料流量不穩定，黑白料的配比不符合要求混料不均勻。甚至堵死發泡機的管路不下料。
建議至少每周將發泡機（及預混機）的黑料和白料濾網及槍頭針閥徹底清洗一次。
2、嚴格控制原液的配比和注射量
必須嚴格控制黑料、組合聚醚和環戊烷的配比。在總注射量不變的情況下，黑料比例過大則會出現空泡，白料比例過大則出現軟泡，環戊烷比例過大則出現漲泡，比例過小則出現空泡。黑白料的比例失調，將會出現混料不均勻，泡沫出現收縮現象。
注射量的多少應以工藝要求為標準。注射量低於工藝要求量時將會出現泡體模塑密度低、強度低，甚至出現填充不密實空泡現象。注射量高於工藝要求時將會出現漲泡和漏泡現象，箱體（門體）出現變形。
3、嚴格控制工藝溫度和熟化時間
聚氨酯發泡是一個較複雜的物理和化學反應過程。原料、模具、預熱溫度及熟化時間的波動將直接影響到發泡質量。
A、黑料是一種較活潑的化學物質，極易與水發生化學反應，貯存的過程中應保證容器的乾燥密封並充乾燥氮氣保護，使用的過程中不應與水直接接觸。貯存溫度低於5℃會產生結晶現象，因此必須注意防凍。一旦出現結晶，應在使用前於70~80℃加熱熔化，並充分攪拌均勻。貯存溫度高於50℃會生產一種不溶性的固體，粘度增大，化學性質發生變化。白料亦存在同樣的性質。
故要求黑、白料應貯存在室溫（20~25℃）下的通風、陰涼、乾燥的地方，避免日曬、雨淋。
B、黑白料在發泡前應進行恆溫處理，控制發泡溫度在18~25℃。
溫度太低時黑白料的粘度大、流量不穩定、流動性差、混合不均勻，溫度太低時生成泡沫的反應速度慢熟化時間長。熟化時間不夠時箱體、門體脫模後仍發泡，出現外觀變形。
溫度太高時反應劇烈不易控制。容易出現注入較大箱體的泡液性能不均一，開始注入的泡液已經發生化學反應，粘度迅速增大，後注入的泡液還未反應。導致後注入的泡液不能將先注入的泡液推到箱體發泡流程的最前端，出現箱體局部空泡現象。
C、預熱爐溫度應控制在30~50℃，發泡爐溫度應控制在35~50℃，發泡模溫度應控制在35~45℃。
在冬季待發泡的箱體和門體溫度較低，須在預熱爐溫內進行預熱。否則較熱的聚氨酯液體接觸到箱體或門體時化學反應受到嚴重影響，出現泡液和殼體不粘現象。
發泡模溫度過低時，泡液體系流動性差，固化時間長，反應不徹底，出現空泡；發泡模溫度過高時，塑料內膽受熱變形，泡液體系反應劇烈。因此必須嚴格控制發泡模溫度和發泡爐的環境溫度。
特別是冬季時，每天早上開線是必須對發泡模、預熱爐、發泡爐及箱體和門體預熱30分鐘以上。夏季發泡一段時間後須對發泡系統進行冷卻降溫。
D、我司使用的黑白料發泡熟化時間必須在6分鐘以上。熟化時間太短，箱體、門體脫模後仍發泡，出現外觀變形。特別是門體變形後，與箱體裝配時出現門封縫隙大、漏冷、箱體不保溫，壓縮機頻繁啟動。
4、嚴格控制發泡機的注射壓力在13~16MPa
注射壓力不穩定時黑料和白料的配比不穩定、混合不充分。黑料和白料的注射壓力相差控制在5bar內，否則會出現串料損壞發泡機現象。
發泡的過程中應經常檢查發泡機的注射壓力，清理髮泡機的注射系統，不能出現堵料現象。
黑、白料、環戊烷混合不均勻，表現為聚氨酯泡沫密度不均勻、局部出現大的氣泡、泡沫開裂、泡沫局部發軟：泡沫上出現白色、黃色或黑色的條紋，泡沫縮癟。
5、發泡前的準備工作：
A、模具的清理檢查，
發泡前應將附在發泡模上漏泡殘沫等雜物清理乾淨，檢查模具配合精度。否則發泡時將會產生損壞箱體、漏泡等嚴重的質量問題箱發泡前應檢查箱體的排、吸氣管是否按要求整理好，是否有彎折。引出線是否齊全，排水管是否已裝好。發泡工藝板是否按工藝要求粘貼好。
B、門發泡前應檢查門體的把手是否裝正，有無歪斜。配線裝配尺寸是否符合工藝要求。門鎖是否按要求裝配好。美紋紙是否按工藝要求粘貼，是否出現漏泡的可能。
6、取放箱取放箱（門）體的要求：
（門）體都要垂直輕拿輕放，不允許有碰傷內、外箱體；發泡後的箱（門）體應均勻間隔放置在流水線上。然後檢查發泡質量是否符合要求。漏泡應用工具清理乾淨，不可擦劃傷箱（門）體。
7、發泡工藝控制方法
1）每班生產前，必須檢查各參數是否符合工藝要求。以後每隔3個小時再核查一次，並記錄檢查結果。
2）每班生產前，必須檢測一次自由發泡體的混合情況及密度。每班檢測一次箱體和門體的模塑泡體的混合情況及密度。然後將自由發泡體和模塑泡體在-20℃冷凍24H，觀測其收縮情況。泡沫體應無明顯的收縮。並記錄檢查結果。
七、聚氨酯發泡常見問題及決絕措施
異常問題
可能產生的原因
解決措施
漏泡
1、箱體或門體在發泡前預裝時密封不實，有漏泡的間隙。
2、發泡原液配比不當，發泡劑偏多。
用美紋紙、海綿或膩子密封嚴實。
調整發泡原液配比
漲泡
1、發泡量過多。
2、發泡模具鬆動，發泡時受力變形。
3、機械室斜板漲泡變形，主要是發泡枕頭尺寸偏小。
1、調整發泡量
2、維修發泡模具
3、更換發泡枕頭或對發泡枕頭進行修改。
空泡
發泡量偏低
原液配比不當，發泡劑偏低
發泡速度太快，
發泡液在箱體內的流程太長。
發泡時，箱體內困氣
增大發泡量
調整配比
調整發泡速度
更改注泡孔的位置或添加 導流塊，縮短，發泡液在箱體內的流程
在適當的位置增加透氣孔
不粘
內膽表面有油汙
內膽表面光滑度太高，泡液粘接力差
環境溫度太低，原液、模具、箱體和門體表面溫度太低。
用酒精清洗油汙
更換表面粗糙的內膽，或對內膽表面打磨增加粗糙度
提高環溫，對發泡系統進行預熱。
混料
不均勻
注射壓力太低
原液太髒或溫度太低，流量不穩定
提高注射壓力，加強黑白 料的混合
對原液進行過濾，定期清洗濾網和針閥。提高原液溫度。
收縮
原液配比不當
混料不均勻
調整配比
混料均勻
密度
不均勻
混料不均勻
發泡液在箱體內各向的流程相差太長
混料均勻
更改注泡孔的位置或添加導流塊，縮短，發泡液在箱體內的流程
變形
熟化時間不夠
箱體或門體材料強度不夠收縮變形
延長熟化時間
提高材料抗收縮強度
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來源：網絡資料|高分子學習研究編輯整理！
本期編輯：suo
期次：聚氨酯 第10期
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