聚氨酯发泡经验知识

聚氨酯发泡经验知识
硬泡虽不比软泡、自结皮、弹性体：处处离不开计算----却也并不都是漫无目标地“试”探，个中诀窍想摸出个大概至少要半年。对于身处关键岗位的朋友（比如管配料、检验、产品开发）来说这些都不是难事-----（有条件）大不了多做试验呗！但对于那些刚涉足这个领域的或者条件不太好的弟兄，难度就忒大；毕竟认知的最佳途径是“比对”，有几个参照物理解起来省力气多了。    知道“什么是合适的、正常的”已经很不错了，但能解析出“为什么是合适的、为什么不正常”那就要付出多倍的汗水与心血。

前些日子就想把“大郎烧饼手艺”拿出来献丑，总在最后关头叹息止步：谁不怕出丑呀！  本人终究没在学院里研究过硬泡，设计、计算的那一套全是有异于大师著作。 好在做过现场工作，现在也想通了：都不干技术活了，要是出了丑还是能弄明白自己“为什么技术饭吃不下去了”----就这一点，值！  

以上是废话，下面说正事  

[ 关 于 计 算 ]   

一、 硬泡组合料里最需要计算的东西是黑白料比例（重量比）是不是合理，另一个正规的说法好像叫“异氰酸指数”合理，翻译成土话就是“按比例混合的白料和黑料要完全反应完”。  因此，白料里所有参与跟-NCO反应的东西都应该考虑在内。          

理论各组分消耗的-NCO摩尔量计算如下  

㈠ 主料：  聚醚、聚酯、硅油（普通硬泡硅油都有羟值，据说是因为加了二甘醇之类的）配方数乘以各自的羟值，然后相加得数Q         

S1 = Q÷56100 

㈡水： 水的配方量w         

S2 = W÷9   

㈢参与消耗-NCO的小分子物：配方量为K，其分子量为M，官能度为N                   

      K × N          

S3 = ————    （用了两种以上小分子的需要各自计算再相加）                    

        M 

 

S = S1+S2+S3  

基础配方所需粗MDI份量  [（S×42）÷0.30 ] ×1.05  (所谓异氰酸指数1.0）           

其实以上计算只是一个最基本的消耗量， 由于黑白料反应过程复杂， 实际-NCO消耗量肯定不止这个数， 比如有三聚催化剂的情况下到底额外消耗了多少-NCO，这个没人说得清楚。  另外，聚醚里有水分，偏高0.1%就好严重的；聚醚羟值也是看人家宣传单的，我见过有聚醚羟值范围跨度90mgKOH/g，那个计算数出来后只能参考，不能认真!  [试验设计]  之 “冰箱、冷柜”类   本组合料体系重要要求及说明  

1、流动性要好，密度分布“尽量”均匀。                                                 

首先要考虑粘度，只有体系粘度小了，初期流动性才会好（主份平均粘度6000mPa.S以下，组合料350mPa.S以下），其次体系中的钾、钠杂离子要控制在一个低限（20ppm以内），从而可控制避免三聚反应提前，即：体系粘度过早变大。如果流动性欠佳，发泡料行进至注料口远端就会出现拉丝痕致使泡孔结构橄榄球化，这个位置一定抗不住低温收缩。 

2、泡孔细密，导热系数要低                                                           

不难理解泡孔细密是导热系数低的第一前提，此时首先考虑加有403或某些芳香胺醚进入体系（它们所起的作用是首先与-NCO反应，其生成物与其它组份互溶、乳化稳定性提升，并保证发泡体系初期成核稳定，也就是避免迸泡，从而使泡孔细密）其次聚醚本身单独发泡其泡孔结构要好（例如以山梨醇为起始的635SA比蔗糖为起始的1050泡孔要细密均匀得多，还有含有甘油为起始剂的835比1050细密，即便是所谓的4110牌号的聚醚，含丙二醇起始的比二甘醇的好。聚醚生产的聚合催化剂不同，所生产出的聚醚性状也有差异：氢氧化钾催化的聚醚分子量分布比二甲胺催化的要窄。另外：聚醚生产时的工艺控制-----温控、拉真空、PO--也就是环氧丙烷流量控制、PO原料质量、后处理等等-----也都会直接影响聚醚发泡的泡孔结构）第三，可以考虑加入一些可以改善泡孔细密度的聚酯成份。第四，适当加入低粘度物调整总体粘度（如210聚醚）  

3、耐低温抗收缩性要好                                                        

这个无须赘言。一是官能度，总体平均要4以上。其次是发泡体成型后空间交联点分布均匀（直观解释是：主聚醚反应活性尽量相差不大，连续的近似的空间结构要稳定得多。） 

4、粘结性好。                                                                       

所谓粘结性表面上是指泡沫体与冰箱、冷柜外壳和内胆之间的粘合，其实是指泡体柔韧性，以及抗收缩性，（水份用量、降低总体羟值，添加柔性结构成分，如210、330N之类都可以改进泡沫对壳体的粘附性）  

5、成本较低。                                                                      

目前冰箱、冷柜行业竞争白热化，性能极佳价格昂贵的组合料没人用的起，所以我们必须为成本考虑（比如芳香聚酯价位要比聚醚的低，可以加一些。）

6、安全性。                                                                          

这是对环戊烷体系的特别要求（至少环戊烷不象F11那样想加多少就加多少，不难理解加多环戊烷的更具有安全隐患）  

7、保证发泡生产工艺的连续稳定性                                                     

冰箱、冷柜连续生产线一般控制很稳定，但不排除偶尔的工艺参数波动，比如料温、环境温度高个一两度，黑白料比例在小范围内波动等等，所以要求组合料有一定的“宽容性” 

8、黑料配伍。                                                                        

各款黑料自身性状、活性不同，那么，白料体系调整一下有时就显得异常必要。（配合5005的没事，绝不代表与44v20可以任意切换）  

主聚醚聚酯的选取方向  

1、相溶性。                                                                          

指 “ 聚醚、聚酯/硅油/水/催化剂/物理发泡剂 ”  所组成的体系要互溶性好，均相稳定-----至少存放一段时间不能分层。  

2、官能度构成及骨架类型。                                                            

原则上说官能度越高，所发泡体的物理性能数值（尺寸稳定、抗压强度等）就越“理想”，但往往官能度高的聚醚粘度偏大（多挂PO也能降低粘度，价格又下不来），所以，平均一下，4个官能度马马虎虎可以对付了；  另外，如果聚醚体系中有芳香结构（苯环）引入，无疑也会提升泡体的物理性能。  

3、反应活性                                                                     

含有伯羟基结构的聚醚（和诸如三乙醇胺之类的小分子交联剂)活性高，却多多少少会影响发泡反应的中后期流动性。所以，其加入量一定要控制在某环围内。    

4、羟值搭配。                                                                       

根据水用量、黑白料比例预设，可以大体反算出主份平均羟值范围，一般为380-410mgKOH/g  

5、经济性。                                                                          

不仅是指聚醚、聚酯采购价格低，还应综合其他方面考虑黑白料比例，毕竟现在黑料价格高企。  

6、市售采购之方便性。                                                               

好不容易调整出一个配方，结果原料市面上只是你有用别人不会问津，除非财大气粗每月用量惊人，否则配料供货能不能保障就只得看“交情”浅薄。  匀泡剂（硅油）的选择  

1、与组合料其它成份的配伍性。                                                       

这个不难理解，否则，生产硅油的厂家就不会编出那么多型号了------什么F11型、141B型、环戊烷型、全水型、聚酯型、蔗糖聚醚型等等。硅油型号选配得当，可以明显控制导热系数低限化。  

2、与黑料的配伍性、核化能力。                                                        

这个关注的人不多。其实多数情况下“泡孔不好”就是硅油对“黑白料整个体系的乳化能力不够”所致。  

3、流动性。                                                                         

能使发泡体系泡孔细密的硅油可以明显提升发泡流动性，同时另外一个佐证是：发泡速度略有加快。  

4、稳定性及用量。                                                                    

有些硅油遇见水、碱性催化剂、含氯发泡剂或含氯阻燃剂时会逐渐变质；有些则必须加大用量（用量2.5%以上）才会显示它是硅油。      

5、价位。                                                                         

能用22元/kg搞定的就不必去用进口的45元/kg，要知道每吨组合料中硅油14kg那差价就是过200元了。  

水份额的确定  

1、粘结性。                                                                           

你水用量多，泡体表面偏脆，与壳面的粘结性就差，一般冰箱、冷柜料水用量1.7-2.3%（专指141B体系和环戊烷体系）  

2、物理发泡剂体系的选取。                                                            

现在到处喊着环保，141B早就说要限量使用了，可市面下居然还有F11型（或勾兑型F11）组合料交易。水用量只好随行论价：F11型的---0.6/1.6，  141B型的---1.7/2.2,  环戊烷型的---2.0/2.4  3、经济性.                                                                          

水确实很便宜的,不过它用多了,黑料量就得加上去,于是还是不合算的机会大（自然，是使用组合料的客户买单）. 

催化体系确定 

1、前期要求。                                                                        

以前很多朋友认为乳白起发慢一些,等料子稀哩哗啦地流到各自“岗位”底下后再直发起来。其实不然，其一：液态料子极易从箱体缝隙中漏出去造成污物粘模；其二：影响泡孔细密度和整体结构，从而拔高泡体导热系数；其三：起发速度加快反而会加快发泡料行进速度。  一般说来，出枪乳白时间6-8秒最好。  

2、中期流动。                                                                       

在发泡定型期间，中期流动时间段（拉丝减去乳白时间）越长越好，可以保证泡体填充箱体各个角落，又不至于泡孔变形严重。最理想的状态是拉丝开始前3-5秒钟，泡料已经充填到位，最远端排气孔有明显逸料出现。  

3、后期固化。                                                                        

这个要求不必太严，反正连续生产中模具不是冰冷的，如果生产线有保温炕道，不怕到期收不了庄稼。  

4、建议搭配。                                                                     

Am-1 + 环己胺 。  工艺确认  1、发泡体系确定：141B的还是环戊烷的。水量/物理发泡剂量的范围预定