聚氨酯發泡經驗知識

聚氨酯發泡經驗知識
硬泡雖不比軟泡、自結皮、彈性體：處處離不開計算----卻也并不都是漫無目標地“試”探，個中訣竅想摸出個大概至少要半年。對于身處關鍵崗位的朋友（比如管配料、檢驗、產品開發）來說這些都不是難事-----（有條件）大不了多做試驗唄！但對于那些剛涉足這個領域的或者條件不太好的弟兄，難度就忒大；畢竟認知的最佳途徑是“比對”，有幾個參照物理解起來省力氣多了。    知道“什么是合適的、正常的”已經很不錯了，但能解析出“為什么是合適的、為什么不正常”那就要付出多倍的汗水與心血。

前些日子就想把“大郎燒餅手藝”拿出來獻丑，總在最后關頭嘆息止步：誰不怕出丑呀！  本人終究沒在學院里研究過硬泡，設計、計算的那一套全是有異于大師著作。 好在做過現場工作，現在也想通了：都不干技術活了，要是出了丑還是能弄明白自己“為什么技術飯吃不下去了”----就這一點，值！  

以上是廢話，下面說正事  

[ 關 于 計 算 ]   

一、 硬泡組合料里最需要計算的東西是黑白料比例（重量比）是不是合理，另一個正規的說法好像叫“異氰酸指數”合理，翻譯成土話就是“按比例混合的白料和黑料要完全反應完”。  因此，白料里所有參與跟-NCO反應的東西都應該考慮在內。          

理論各組分消耗的-NCO摩爾量計算如下  

㈠ 主料：  聚醚、聚酯、硅油（普通硬泡硅油都有羥值，據說是因為加了二甘醇之類的）配方數乘以各自的羥值，然后相加得數Q         

S1 = Q÷56100 

㈡水： 水的配方量w         

S2 = W÷9   

㈢參與消耗-NCO的小分子物：配方量為K，其分子量為M，官能度為N                   

      K × N          

S3 = ————    （用了兩種以上小分子的需要各自計算再相加）                    

        M 

 

S = S1+S2+S3  

基礎配方所需粗MDI份量  [（S×42）÷0.30 ] ×1.05  (所謂異氰酸指數1.0）           

其實以上計算只是一個最基本的消耗量， 由于黑白料反應過程復雜， 實際-NCO消耗量肯定不止這個數， 比如有三聚催化劑的情況下到底額外消耗了多少-NCO，這個沒人說得清楚。  另外，聚醚里有水分，偏高0.1%就好嚴重的；聚醚羥值也是看人家宣傳單的，我見過有聚醚羥值范圍跨度90mgKOH/g，那個計算數出來后只能參考，不能認真!  [試驗設計]  之 “冰箱、冷柜”類   本組合料體系重要要求及說明  

1、流動性要好，密度分布“盡量”均勻。                                                 

首先要考慮粘度，只有體系粘度小了，初期流動性才會好（主份平均粘度6000mPa.S以下，組合料350mPa.S以下），其次體系中的鉀、鈉雜離子要控制在一個低限（20ppm以內），從而可控制避免三聚反應提前，即：體系粘度過早變大。如果流動性欠佳，發泡料行進至注料口遠端就會出現拉絲痕致使泡孔結構橄欖球化，這個位置一定抗不住低溫收縮。 

2、泡孔細密，導熱系數要低                                                           

不難理解泡孔細密是導熱系數低的第一前提，此時首先考慮加有403或某些芳香胺醚進入體系（它們所起的作用是首先與-NCO反應，其生成物與其它組份互溶、乳化穩定性提升，并保證發泡體系初期成核穩定，也就是避免迸泡，從而使泡孔細密）其次聚醚本身單獨發泡其泡孔結構要好（例如以山梨醇為起始的635SA比蔗糖為起始的1050泡孔要細密均勻得多，還有含有甘油為起始劑的835比1050細密，即便是所謂的4110牌號的聚醚，含丙二醇起始的比二甘醇的好。聚醚生產的聚合催化劑不同，所生產出的聚醚性狀也有差異：氫氧化鉀催化的聚醚分子量分布比二甲胺催化的要窄。另外：聚醚生產時的工藝控制-----溫控、拉真空、PO--也就是環氧丙烷流量控制、PO原料質量、后處理等等-----也都會直接影響聚醚發泡的泡孔結構）第三，可以考慮加入一些可以改善泡孔細密度的聚酯成份。第四，適當加入低粘度物調整總體粘度（如210聚醚）  

3、耐低溫抗收縮性要好                                                        

這個無須贅言。一是官能度，總體平均要4以上。其次是發泡體成型后空間交聯點分布均勻（直觀解釋是：主聚醚反應活性盡量相差不大，連續的近似的空間結構要穩定得多。） 

4、粘結性好。                                                                       

所謂粘結性表面上是指泡沫體與冰箱、冷柜外殼和內膽之間的粘合，其實是指泡體柔韌性，以及抗收縮性，（水份用量、降低總體羥值，添加柔性結構成分，如210、330N之類都可以改進泡沫對殼體的粘附性）  

5、成本較低。                                                                      

目前冰箱、冷柜行業競爭白熱化，性能極佳價格昂貴的組合料沒人用的起，所以我們必須為成本考慮（比如芳香聚酯價位要比聚醚的低，可以加一些。）

6、安全性。                                                                          

這是對環戊烷體系的特別要求（至少環戊烷不象F11那樣想加多少就加多少，不難理解加多環戊烷的更具有安全隱患）  

7、保證發泡生產工藝的連續穩定性                                                     

冰箱、冷柜連續生產線一般控制很穩定，但不排除偶爾的工藝參數波動，比如料溫、環境溫度高個一兩度，黑白料比例在小范圍內波動等等，所以要求組合料有一定的“寬容性” 

8、黑料配伍。                                                                        

各款黑料自身性狀、活性不同，那么，白料體系調整一下有時就顯得異常必要。（配合5005的沒事，絕不代表與44v20可以任意切換）  

主聚醚聚酯的選取方向  

1、相溶性。                                                                          

指 “ 聚醚、聚酯/硅油/水/催化劑/物理發泡劑 ”  所組成的體系要互溶性好，均相穩定-----至少存放一段時間不能分層。  

2、官能度構成及骨架類型。                                                            

原則上說官能度越高，所發泡體的物理性能數值（尺寸穩定、抗壓強度等）就越“理想”，但往往官能度高的聚醚粘度偏大（多掛PO也能降低粘度，價格又下不來），所以，平均一下，4個官能度馬馬虎虎可以對付了；  另外，如果聚醚體系中有芳香結構（苯環）引入，無疑也會提升泡體的物理性能。  

3、反應活性                                                                     

含有伯羥基結構的聚醚（和諸如三乙醇胺之類的小分子交聯劑)活性高，卻多多少少會影響發泡反應的中后期流動性。所以，其加入量一定要控制在某環圍內。    

4、羥值搭配。                                                                       

根據水用量、黑白料比例預設，可以大體反算出主份平均羥值范圍，一般為380-410mgKOH/g  

5、經濟性。                                                                          

不僅是指聚醚、聚酯采購價格低，還應綜合其他方面考慮黑白料比例，畢竟現在黑料價格高企。  

6、市售采購之方便性。                                                               

好不容易調整出一個配方，結果原料市面上只是你有用別人不會問津，除非財大氣粗每月用量驚人，否則配料供貨能不能保障就只得看“交情”淺薄。  勻泡劑（硅油）的選擇  

1、與組合料其它成份的配伍性。                                                       

這個不難理解，否則，生產硅油的廠家就不會編出那么多型號了------什么F11型、141B型、環戊烷型、全水型、聚酯型、蔗糖聚醚型等等。硅油型號選配得當，可以明顯控制導熱系數低限化。  

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

這個關注的人不多。其實多數情況下“泡孔不好”就是硅油對“黑白料整個體系的乳化能力不夠”所致。  

3、流動性。                                                                         

能使發泡體系泡孔細密的硅油可以明顯提升發泡流動性，同時另外一個佐證是：發泡速度略有加快。  

4、穩定性及用量。                                                                    

有些硅油遇見水、堿性催化劑、含氯發泡劑或含氯阻燃劑時會逐漸變質；有些則必須加大用量（用量2.5%以上）才會顯示它是硅油。      

5、價位。                                                                         

能用22元/kg搞定的就不必去用進口的45元/kg，要知道每噸組合料中硅油14kg那差價就是過200元了。  

水份額的確定  

1、粘結性。                                                                           

你水用量多，泡體表面偏脆，與殼面的粘結性就差，一般冰箱、冷柜料水用量1.7-2.3%（專指141B體系和環戊烷體系）  

2、物理發泡劑體系的選取。                                                            

現在到處喊著環保，141B早就說要限量使用了，可市面下居然還有F11型（或勾兌型F11）組合料交易。水用量只好隨行論價：F11型的---0.6/1.6，  141B型的---1.7/2.2,  環戊烷型的---2.0/2.4  3、經濟性.                                                                          

水確實很便宜的,不過它用多了,黑料量就得加上去,于是還是不合算的機會大（自然，是使用組合料的客戶買單）. 

催化體系確定 

1、前期要求。                                                                        

以前很多朋友認為乳白起發慢一些,等料子稀哩嘩啦地流到各自“崗位”底下后再直發起來。其實不然，其一：液態料子極易從箱體縫隙中漏出去造成污物粘模；其二：影響泡孔細密度和整體結構，從而拔高泡體導熱系數；其三：起發速度加快反而會加快發泡料行進速度。  一般說來，出槍乳白時間6-8秒最好。  

2、中期流動。                                                                       

在發泡定型期間，中期流動時間段（拉絲減去乳白時間）越長越好，可以保證泡體填充箱體各個角落，又不至于泡孔變形嚴重。最理想的狀態是拉絲開始前3-5秒鐘，泡料已經充填到位，最遠端排氣孔有明顯逸料出現。  

3、后期固化。                                                                        

這個要求不必太嚴，反正連續生產中模具不是冰冷的，如果生產線有保溫炕道，不怕到期收不了莊稼。  

4、建議搭配。                                                                     

Am-1 + 環己胺 。  工藝確認  1、發泡體系確定：141B的還是環戊烷的。水量/物理發泡劑量的范圍預定