聚氨酯硬泡生产工艺(3)

的

底层面材上发泡.有的底层纸可弯折,使其横截面成矩形.泡沫逐渐上升,接近终止升高时,

上层面材与未凝固的泡沫接合.然后,新复合的泡沫被输送至加热区固化,使面材与泡沫很 好粘接.

水平连续复合设备,计量与混合部分采用高低压发泡机均可.计量组分二,三,四组分 的都有.注料方式有混合头带喷出管或分配管往返移动注料,也有混合头固定,连接配料装

置或压料辊把反应物均匀送到底层面材上.泡沫与上,下面材复合后均需送到上,下间距固

定的加热区固化,以生成厚度均一,不变形的板材.输送带系统有几种形式:

①下层为由铰链连接的浮动板(图5-4),浮动板对泡沫产生的压力不太大,对硬泡泡 孔结构不会有破坏作用,生产速度4～8m/min.

②固定间距运输带(图5-5),优点是生产的板材厚度均匀,由于膨胀中的泡沫可能会 对上下面产生压力,故需要采用强有力的运输带.

③上下两面金属压板均封装在一无驱动装置的通道内,通入带压热空气,使泡沫在一定

压力下加热固化,通道外设有牵引装置(图5-6),生产速度可达60 m/min. 85—

1—浮动板;2—固定板;3—运输带;4—皮带加热器; 5—混合头;6—加热装置;7—原料;8—空气;9—泡沫 图5-4 带浮动板的水平复合成型法工作原理

1—面材;2—红外加热器;3—混合头;4—空气加热器;5—切割锯 图5-5 固定间距水平复合成型法示意图

1—上层面材;2—混合头;3—下层面材;4—喷射空气;5—带压热空气;6—牵引装置;7—切割锯

图5-6 通道式高速连续复合装置示意图

(2) 双金属面复合法 这种方法实质上是金属异型板材的加工与硬质泡沫塑料发泡成

型两种操作的结合.首先把金属板加工成一定特定形状的凹凸板,然后把硬泡原料混合均匀

后注入上下金属板之间,发泡成型后得双金属面复合板.图5-7和图5-8分别为双金属面复

合成型过程和复合板制品.

1—红外加热器;2—往返移动式混合头;3—切割锯;4—真空堆叠;5—金属面材成型 图5-7 双金属面复合法 86—

图5-8 双金属面硬质泡沫塑料复合板材

金属面材通常为钢板,铝板,其中有一面可以是带彩色的金属板或镀锌板.由于金属面 材已加工成一定凹凸形状,所以复合板材刚性较大,不易弯曲,适用于大型建筑屋顶绝热.

为了确保硬质泡沫塑料与金属面材间牢固粘接,金属板要预热后才能送到发泡区. 双金属复合板材成型时,有一点要注意.因其面层高低不平,泡沫料液可能会分布不均

匀.制造具有较深梯形凹槽断面的复合板材时,在特别深的凹陷部位,可采用预发泡方法,

这样整个横截面上的物料分布较均匀.

(3)增强复合板材的成型 为提高复合板材的强度,在成型过程中,加入增强材料是 有效的方法.增强材料有钢丝网,天然纤维,合成纤维,玻璃纤维.常用的增强材料是玻璃

纤维.玻璃纤维除有增强作用外,还能提高泡沫塑料的阻燃性.例如,普通聚异氰脲酸酯泡

沫塑料置于高温火焰中,会炭化并开裂;而嵌入玻璃纤维能有效地阻止裂缝继续加深.含玻

璃纤维的复合板材耐冲击,韧性好.这种板材以水平连续复合机加工时,只要另安装一套玻

璃纤维添加系统即可,玻璃纤维被连续地送到泡沫反应混合物中.玻璃纤维应预先经表面处

理,以提高与泡沫的粘接性.图5-9是两种玻璃纤维增强硬泡复合板材制造工艺示意图. (A) (B)

1—玻璃纤维增强材料;2—上层面材;3—原料贮罐; 4—切割刀;5—加热部分;6—混合头;7—下层面材

图5-9 玻璃纤维增强硬泡复合板材的制造工艺流程图

图5-9所示的A,B两种生产方法很相似,上下层都有面材,区别在于泡沫塑料在加热 区能否自由上升.增强硬质泡沫塑料板材的密度一般在150～400 kg/m3范围内,玻璃纤维含

量一般是泡沫塑料板材总量的30%,板材厚度可达5cm.

板材连续复合成型生产中,反应物料分布一定要均匀.混合头简单地往返浇注物料,在 板材宽约1.25m时,生产速度一般限于9～10 m/min.高于此速度,混合头移动换向时,反

应物料在板材边缘处易过量.另外,往返速度过高,操作上不太安全.若用两个以上混合头 87—

联合注料,虽然减少每一个混合头的浇注量,但混合头间协调操作有些困难.高速连续复合

成型过程,最好的浇注物料方法仍是用一个混合头,但混合头不往返移动,固定在中央,连

接一个压料辊或其它能使物料迅速分布均匀的配料装置.高速连续复合成型生产过程对温度

与泡沫料的反应速度非常敏感,特别是聚异氰脲酸酯泡沫体系.为减弱敏感程度,应采用高

粘度规格的聚合MDI.

5.2.1.2 非连续法生产夹心板

非连续法也称间歇法,适用于生产速率毋需太高,或较厚的,尺寸较大,结构较复杂的 板材的加工.

(1)压机注射法 图5-10表示压机注射法的原理.计量泵把化学原料打入混合头,混 合均匀后,从模具注料孔把原料注入模具空腔.模具空腔内已事先安放了面材.发泡,熟化

后,即可从模具中取出板材.

1—发泡机;2—计量泵;3—混合头 图5-10 压机注入法工作原理示意图

这种加工方法的优点是设备简单,适应多种品种的生产.

根据应用需要,选用平面或凹凸形面材作复合板的面层,软硬面材均可,模具边框条在 泡沫加工完毕后即卸去,可反复使用.其截面设计成凸缘和凹槽相配合的形状,这样,复合

板材边缘也形成相应的凹凸形,装配时很方便,并能消除\冷桥\提高绝热效果.

压机注射法的泡沫反应物料,过填充量一般为10%～15%.压机的选择取决于生产效率.

轻型压机夹紧力约100kPa,能满足大多数板材生产的需要.模具中间设有隔板,故一次发

泡可得数块板材.生产中温度控制很重要,这关系到硬泡的性能及泡沫与面层材料的粘接性.

注料时,面层材料的温度以30～40℃为宜.具体最佳温度范围取决于面层材料的热导率大

小及泡沫反应物料体系的特性.泡沫在压机中保持最大压力的时间,除与原料体系有关外,

很大程度上取决于泡沫芯层的厚度及过填充程度.为防止板材离开压机后变形,一般说来,

每1cm厚硬泡在压机中保压时间为2～3min.生产中,对保压时间应留有一定的安全系数.

因为生产环境条件很难绝对恒定,多少会有一些变化.如,泡沫厚为50～75mm,板材尺寸

为3m×1.2m,生产周期约15min,其中注料时间约10s.对于较长的板材,如房屋侧墙板, 大型冷藏车的侧壁板,可用分区浇注法,每一分割区都有浇料口.发泡区大小以适合发泡机

注料为前提.分区浇注法示意图见图5-11.

另一种方法也适用于生产较长的板材,即专门设计一扁平形状注料设备伸入模具腔内,

其移动速度能自控(图5-12).板材长度可达12m. 88—

图5-11 分区浇注法示意图

图5-12 长板材压机注入法简图

(2)垂直复合法 垂直复合法适用于制造大尺寸厚板材,如冷藏库所需的厚度大于 100mm的复合板材.对于乳白时间较短,反应速度较快的泡沫塑料原料体系,垂直复合法

不需要大输出量的发泡机.输出量为4～15 kg/min发泡机一般能满足生产要求,具体输出

量视板材厚度和硬泡密度而定.

还有一些其它复合方法,其原理相近. 5.2.1.3 块料切割粘贴法

木工适用的锯,磨等加工方法均可适用于加工块状硬质泡沫塑料.硬泡被加工成一定形

状与尺寸后,粘贴上面层材料就成为复合板材.聚氨酯,环氧树脂,不饱和聚酯,聚乙酸乙

烯等胶粘剂都能用于粘贴硬泡.粘贴前,要把硬泡表面切割时留下的粉尘除干净.减压吸尘

除粉方法较为有效.粘贴过程所加压力大小和加热程度随胶粘剂种类而异.有的胶粘剂内含

溶剂,预先要鉴别这些溶剂是否会损坏硬泡和面层材料.玻璃纤维增强聚酯或环氧树脂等增

强材料,能粘合于泡沫塑料上作面材.

块料切割粘贴的优点是:生产装置较简单,能制造曲面板材,改变板材形状与尺寸均较 方便与经济.制品常用作建筑物上曲线部分的构件,船艇,运动器材等.缺点是有边角废料

生成,浪费泡沫塑料坯料,增加一道粘贴工序,比较麻烦,耗费劳动力. 5.2.2 冰箱等腔体的浇注

聚氨酯硬泡在保温隔热方面典型的应用是作为冰箱冰柜的保温层.原始的冰箱用玻璃纤

维,软木,岩棉等作保温材料,但保温层厚,重量大,保冷效果差.聚氨酯泡沫塑料由于成 型方便,保温隔热效果优异而成为许多种家用器具如电冰箱,冰柜,热水器等的最佳保温材

料.除此之外,聚氨酯硬泡还用于各种管道,贮罐保温层的现场浇注填充.

聚氨酯原料注入各种器具的壳体空腔内,可将所有空间充满硬泡,发泡成型后,与壳体 形成整体,抗冲击,绝热效果好. (1) 冰箱箱体的填充

冰箱,冷柜的箱体外壳一般是薄钢板,内衬是热塑性塑料.壳体与内衬之间填充聚氨酯 89—

硬泡.发泡过程,壳体与内衬都必须承受压力.工位上夹具等部件是生产设备重要组成部分,

支撑与承受发泡压力,并使壳体与内衬间空隙距离保持恒定.发泡时,箱体温度一般控制在

40～45℃,以有助于形成总体密度较均匀的泡沫,且使泡沫具有良好的粘接性.浇注口的位

置选择也很重要.

冰箱外壳与塑料内衬之间的腔体形状复杂,大致上属扁平形状,在浇注时要注意使物料

充满整个空腔,故物料在乳白发泡过程应具有较好的流动性,泡沫必须在凝胶之前(纤维时

间以前)充满腔体.但物料粘度也不能太低.为了评价组合料的流动性,人们设计了几种方

法.一种称为\兰芝模\又称Brett模)法,现已成为用于测试冰箱硬泡原料流动性(泡沫爬

升高度)的一种标准测试方法,测试时将50mm×200mm×2000mm的模具竖放,将温度恒定

的泡沫原料注入,固化后测试泡沫的上升高度及几个限定高度处的泡沫密度,泡沫高度与重

量的比越高,说明流动性越好.还有一种方法是用直径约100mm的长塑料管,观察反应物

料的爬升高度.

冰箱腔灌注聚氨酯发泡料时,一般过填充10%～15%,这样可减少垂直方向与水平方 向泡孔形状和强度的差异.而若泡沫密度过低,冷冻后收缩率过大,这就要求冰箱泡沫的密

度不能小于某一数值,否则易变形.因此冰箱硬泡存在\最小填充密度\在冰箱填充硬泡

后无需脱模,但若发泡几分钟后物料还没完全固化,则撤去夹具后泡沫可能膨胀,故评价泡

沫的脱模时间和相关性能仍非常重要.

反应原料一般采用组合料,典型的机械发泡工艺参数为:乳白时间8～11 s,拉丝时间 50～80 s,不粘时间70～110 s,脱模时间4～8 min.轻工行业标准QB/T 2081-95\冰箱, 冰柜用硬质聚氨酯泡沫塑料\提出的聚氨酯硬泡技术指标为: 表观芯密度 28～35 kg/m3 压缩强度 ≥100 kPa

导热系数 ≤0.022 W/(m·K) 吸水率(V/V) ≤5% 闭孔率 ≥ 90%

尺寸稳定性(线性变化率) 低温(-20℃ 24h) ≤ 1% 高温(100℃ 24h) ≤ 1.5% 5.2.3 管道及贮罐保温壳层 5.2.3.1 预制绝热管的加工

地区集中供热,石油输送等管道是由金属内管,硬质泡沫塑料绝热层和外套管(或保护 层)组成的.外层可用聚乙烯,聚氨酯等材料制作.这种管道可在工厂预制,也可在现场加

工.硬质泡沫塑料成型方法大致分为以下几类. 1.浇注

预制绝热管是由金属内管(输送管)和外管组成,并在两管之间以硬质聚氨酯泡沫作绝 热层.制造这种地面绝热管的方法很简单,只需在内钢管和由聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯或

石棉水泥制成的外套管之间的环状空穴里注入液体反应混合物发泡.

浇注成型是最普遍的方法,实际上是一种空腔内浇注硬泡原料液的方法.管道的内外管

充当模具,故不必另备模具.图5-13是其制作原理示意图.物料从一端注入,发泡时管道 垂直,水平或倾斜放置均可,微倾斜时效果最好.在这种状态下,反应物从下端灌进管内. 实际生产中用这种方法可以加工长度达16m的管子.

对于较长的管道,宜采用所谓移动浇注法.这类成型方法,反应物料流经距离较短,能 较均匀地分布在整个管道上,快速反应原料体系也能适用.通过移动混合头或拉动浇有反应

物料的纸条来实现移动浇注(图5-14和图5-15).前一种在内外管空腔中伸入一小型能动的

混合头,混合头均匀移动,硬泡原料均匀地注入腔内.后一种则是把反应物连续浇注到

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