聚氨酯硬泡生产工艺(5)

温

侧.在绝热层的关键部位上,喷涂泡沫与浇注泡沫之间的界面位于绝热层的中部.特殊的技

术能确保与外金属壳体完全分离. 94—

用喷涂泡沫和无机纤维绝热层并用的方法能获得较大的厚度,无需与金属外壳相分离.

无机纤维可部分地承受热收缩和机械应力.对于大的温度变化,这种绝热层不太适用,因为

罐体的\呼吸\作用会使湿气聚集在绝热层中.

当无机纤维和浇注泡沫并用时,如果泡沫冷却就会在无机纤维绝热层上收缩.因为泡沫

粘合在外金属壳体上;所以,在液化石油气的温度范围内,泡沫能够承受所产生的应力. 在这里,罐体和外部金属板之间的连接也被阻断,但由于金属板与泡沫之间相互粘合, 有足够的抗扩散能力.

5.2.4 高密度结构型聚氨酯硬泡制品 5.2.4.1 合成木材

高强度聚氨酯结构泡沫是在整皮模塑工艺的基础上发展起来的一种高密度聚氨酯硬泡,

具有很好的刚性和强度.这种材料主要应用在三个方面: ①作雕刻装饰品方面的高级木材的替代品. ②日常用的梯子芯材与支撑材料.

③作家具或建筑方面的构造材料(门窗等).

由于高强度聚氨酯结构泡沫有以上用途,可以替代高级木材使用,所以,也有人称这种 材料为聚氨酯\合成木材\

聚氨酯结构泡沫\合成木材\的特点:

①制品的重复模制性极为优良,不仅可以模制出一定的制品外形尺寸,而且可以模制出

逼真的木材纹理及其它图案.

②外观与手感接近木材,成型工艺简单. ③模具可以用铝,铁或塑料制成,造价低.

聚氨酯合成木材可应用于家具,体育器材等许多领域. ①体育

硬质聚氨酯泡沫越来越多地用于冲浪浮板上,生产方法是在预成型的ABS壳体中填充

泡沫.硬质泡沫能为制品提供所需的浮力和刚性. ②家具

用聚氨酯硬泡制造椅子所花费的工时比用木材制造同类产品要少得多.特别优越的是这

种家具的设计非常灵活,式样多变.生产是很经济的:制造一个成品框架,依据式样和厚度,

只需10～20min.与其它适合于这一应用的发泡材料相比,生产设备所用的投资比较小,一

般无需金属模具,只要用玻璃纤维增强聚酯或者环氧树脂制造的钢板增强支撑模具

即可.

椅子骨架的强度取决于泡沫密度,椅子外壳壁的壁厚和其设计.壁较厚和低靠背比壁薄

而高靠背所用的泡沫密度要低些.壁厚约为2～3cm时,密度应在90~100kg/m3之间;壁厚

在10cm以上时,密度则在50~55kg/m3之间.建议泡沫密度不小于50kg/m3,因为低密度泡

沫的强度以及泡沫表面是不令人满意的. ③模型设计专用聚氨酯板材

高密度结构型聚氨酯硬泡适合于制作基础模型,模具的专用硬质聚氨酯泡沫塑料板材.

该材料可以缩短模型及模具制作时间,降低模型及模具制作成本,提高模型及模具加工精度,

其制作出的模型及模具的尺寸稳定性好,加工模型及模具方便快捷,是一种较理想的可加工

模型材料,能够满足广大工业造型设计厂家的需要.

该材料是模具,基础制模,模拟模型,CAM编程等专用材料.可广泛应用于电脑,冰 箱,汽车,飞机,电器,模具及模型设计等行业,它可弥补石膏,石蜡,木材,铝材等存在 的误差较大,易受潮变形等不足之处,适应了生产精品和数控加工工艺的要求,满足了模型,

模具生产厂家的生产需要.该材料不仅可以机械加工,特别适用CNC三轴,五轴加工中心,

而且还可手工操作,制作后的模型不受潮湿条件限制,不腐蚀,不变形,是设计模型,制作 95—

模型较理想的可加工材料,特别是还可任意粘接.

模型设计专用聚氨酯板材的密度可根据用户的实际需要来确定,可在40～800kg/m3之间

任意调整.在使用过程中,影响模型设计专用聚氨酯板材使用的两个重要因素是泡沫的强度

与泡孔的大小均匀程度,而这两个因素与泡沫的密度大小有着紧密的联系.同时模型制作过

程粘接所需的是聚氨酯胶粘剂.由于聚氨酯胶粘剂与模型设计专用聚氨酯板材的原材料属于

同一系列,即本体粘合,因此其粘接后的模型从粘接强度及外观等各方面效果上都是最佳的.

5.2.4.2 整皮硬质泡沫

硬质整皮泡沫塑料常常称为结构泡沫.整皮泡沫的特性不仅取决于聚氨酯母体材料的物

理性能,而且在很大程度上也取决于整个截面的密度分布.所产生的聚氨酯泡沫制品的密度

多半在0.2与0.8g/cm3之间.但是,较高密度和较薄表皮的制品在日益增多.从整皮泡沫逐

步过渡到密度为1.1g/cm3的密实产品是可能的.

(1)制造

在室温下为液体的4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)系多异氰酸酯原料,可用于硬质 聚氨酯整皮泡沫的制备.多元醇原料,最好采用聚醚多元醇,因为它们具有性能和成本方面 的优点.

市场上常以多元醇预混料供应用户.除聚醚外,这些预混料中还包含如催化剂,扩链剂 和最常用的有机硅表面活性剂等添加剂.用户只需向这种多元醇预混料中添加发泡剂.根据

预混料中聚醚的用量,羟值和官能度的不同,其粘度范围在100～800 mPa·s之间. 硬质聚氨酯整皮泡沫用的发泡剂最好是低沸点的卤代烷烃.以前所用的发泡剂为一氟三

氯甲烷,可得到满意的表面.目前已逐步为HCFC-141b所替代.

在硬质聚氨酯整皮泡沫的许多应用中,较低的燃烧性是必不可少的.这可通过加入阻燃

剂来实现.

把惰性固体添加剂或填料加到一种或多种反应组分中这种方法越来越普遍.在使用这些

填料(如玻璃纤维,硫酸钡)时,务必注控制填料水分,并需防止固体沉积的形成.

硬质聚氨酯整皮泡沫的着色可通过加入色浆来进行.因为这些泡沫会变黄,因此着色只

限于土色调和暗色调.

硬质聚氨酯整皮泡沫生产的重现性好的基本条件是保持原料的恒温(±0.5℃),以及保 持原料规定的核化程度.

原料温度的改变可能危害到混合质量并产生不同的加工特性(乳化时间,凝胶时间), 也会产生不同的流动特性(空气的留存和脱模问题).

对于许多聚氨酯硬质整皮泡沫来说,通过添加气体进行核化是形成芯内具有细小的规则

的泡沫结构的基本要求.为了保持所需的核化程度,建议使用带有控制器的核化装置. 在多元醇的贮罐中使用慢速运转的搅拌器,以使得混合物料(包括含固体填料的物料)保

持良好的均匀性.贮罐中液面必须尽可能保持不变,这样会在多元醇混合物中使发泡剂的含

量保持不变,尤其是在较高的温度下;如果使液面遽然下降太多,从而使液面上空间增大,

那么少量发泡剂就会从多元醇-发泡剂混合物中蒸发出来. (2)表面处理

渗到模具卸开线的聚氨酯材料通常以聚氨酯薄层(飞边)的形式粘到模制品上,制品脱 模后,用刮削工具将它除掉.

在大规模生产中,采用自动修整装置.以机械方法从模制品上除去飞边. 滚道结块可在除掉飞边的同时除掉.

由于滚道和模腔之间的过渡部位上有厚度大于2mm的壁,导致模制品在修整时不可能不

损伤密实的表皮.这些部位必须在其后涂覆工序之前进行修补.对于这些缺陷的修补,应遵

守与软质聚氨酯整皮泡沫相同的规则. 96—

为了改善制品的外观,可在聚氨酯整皮泡沫表面上涂一层涂料.虽然看起来这种方法似

乎非常好,但几个关键要点必须注意:为了制备低密度仿木制品,通常使用模内涂层,它能

精确地复制出模具表面的花纹.为加速不同涂料的熟化,模塑温度需要在60～80℃的范围内.

装配 由于技术与经济上的原因必须有一道装配工序.例如,在用聚氨酯整皮泡沫型材 制造窗框时,可用另一道工序把各种不同长度的型材组装成窗框.

粘接 聚氨酯整皮泡沫最好用以聚氨酯,环氧或聚酯为基的双组分粘合剂粘接.这些粘 合剂与聚氨酯的分子基团相反应,并同时通过机械粘合和化学粘合进行粘接.如果要把其它

材料粘接到聚氨酯上必须对粘合剂进行调节,以适应于这两种材料的要求. (a) 从6cm模塑型材料上切制 (b) 分离模型 (c) 一步法发泡框架 图5-20 用粘接法的各种型材制造聚氨酯窗框

螺丝 用螺丝连接硬质聚氨酯整皮泡沫具有优良的剪切和拔脱强度.如果螺丝连接时要

拆卸和重新组装,应把螺丝插入件直接发泡到模塑制品内.在发泡操作之前,将这些螺丝插

件放置在模腔内,这样就被埋置在聚氨酯泡沫中. 螺丝插入件也可以后来模压到装配孔中.

通常自攻木螺丝或金属片螺丝是直接拧进整皮泡沫的.螺丝的拔脱力与孔径和泡沫制品

的密度有关系.装配孔的孔径不应超过螺丝直径的40%.与木材相比,硬质整皮泡沫的拔脱

力介于枞木和红杉之间.聚氨酯模制品可采用木材加工的工具进行加工.5mm圆头木螺丝的

拔脱力与装配孔直径以及木螺丝直径的关系分别见图7-21和图7-22(密度600kg/m3). 图5-21 木螺丝的拔脱力与孔直径的关系 a—白桦木;b—枞木;c—聚氨酯;d—红杉 图5-22 木螺丝拔脱力与木螺丝直径的关系 (3)应用

硬质聚氨酯整皮泡沫的应用取决于材料的优良性能,多种可供选择的结构,设计的灵活

性和低廉的加工.

夹层结构可以使低密度材料获得高的强度.尽管模塑制品密度低,但硬质聚氨酯整皮泡

沫的表面在韧性,表面硬性,抗龟裂和耐磨性能方面可与非泡沫材料相媲美.

用硬质聚氨酯整皮泡沫制造的模制品,壁厚可在很宽的范围内变化.基本上,壁厚可以 97—

几毫米到几厘米.

由于模塑制品的密度能在很宽的范围内选择,所以用硬质聚氨酯整皮泡沫可以制造很厚

的制品.可以通过增加壁厚而同时减小密度的方法来实现,从而使制品的总重量保持

不变.

另外,在加工中还有可加入增强材料,如金属材料,以便获得尺寸高度稳定的结构.它 还允许在材料中加进其它插入件,例如固定装置.用这种方法将各结构连接起来,会将机械

负荷分布均匀.

硬质聚氨酯整皮泡沫可给设计者在式样设计上提供很大的自由度.这可以通过改变模塑

制品的重量来达到.重量可为几克到几千克,在特殊情况下,可达100kg左右. 这类材料具有非常好的流动性,可以制造面积很大的和外形复杂的制品.

由于这类材料可精确地复制模具表面,从而形成不同的表面纹理.由这类合成材料制得

的成品和半成品在建筑工业,运输和汽车工业,家具工业,体育和娱乐行业,以及工业制品

的生产中获得了应用.

用于建筑领域的塑料制品,要求有优良的热稳定性,良好的尺寸稳定性,耐老化和耐腐 蚀性能.

优良的隔热和隔冷性能来源于硬质聚氨酯整皮泡沫的泡沫结构和泡沫内芯的非常低的

密度.硬质聚氨酯结构泡沫在建筑领域有许多应用,包括:屋顶排气孔,天窗,连接件,屋 顶排水沟,方的和长的天窗框,屋顶出口框和天窗框,滚动式百叶窗壳体,窗台,阳台内衬,

天花板,墙壁纸,管道梯阶,通风管,结构元件,排水沟,扶手,装饰条,门框,窗框和窗 户型材.

图5-23为屋顶排水制件和聚氨酯硬泡屋顶顶绝热板连接的剖面示意图,图5-24为窗户型

材剖面图.

a—硬质聚氨酯整皮泡沫;b—硬质聚氨酯泡沫;c—弹性体密封件; d—混凝土;e—热塑性塑料(PVC)滤网;f—排水管(PVC);g—石子 图5-23 屋顶排水制件和聚氨酯硬泡屋顶顶绝热板连接的剖面 98—

图5-24 窗户型材剖面图

通过对金属增强型材的包封来改进结构的方法主要用于各种窗框和型材的生产.硬质聚

氨酯结构泡沫与金属型材之间的互锁连接,保证材料有优良的尺寸稳定性和扭转韧性.此外,

用一镶嵌的增强金属角材可保证窗框角的连接韧性.

用金属型材增强的聚氨酯结构泡沫所制造的窗框,具有很低的热膨胀系数[(15～25)× 10-6K-1],这就有可能制造出密封的节能窗户.

在门窗制造中,硬质聚氨酯材料作为铝型材的绝热材料具有极其重要的地位.为了在各

种密度(200～1200kg/m3)下取得最佳的发泡效果,在生产中,实际上采用了不同的技术.

在汽车工业中,用硬质聚氨酯结构泡沫制造的模塑制品已用于加热器和空调的壳体,控

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