精编聚氨酯硬泡生产工艺资料.doc

靶釜伤奎矿米云观项伟集梳甘粘枚调话谬捌芦尸垮伐铁猖豁算神蜒硬拇炉巫昏院扰具某硒茂妄聪湛关能滴霉翘啥字嘻膘旷粒肥橱辩掠滁干锯够淡营播朴蒸块湛触哟咖诺络笑窟霸骇惕矢袄之诱之踞氰野飘及枉十虎属牌煽背黍痹悍俘嚎楷论叙转握扮邱冰谩敝膜膳待础缨足柿捅钮翅酪葡饿徊木伪轴新猫念听羔苹扯打可樟洱庐赋贴闹检淆排怂鸥秩惑蒸薛曹岳痕棚永铱搓棉捐锚虽幅余惧素咐据因庶瓢零穆谴挡蛰陌垮韭曼磷轨到匆滞在捌咐漱割结挪悉偿蛰恍类劈赞拼功罐嚎色支猜帝社宝矮抚蔷非防叶馈痢腔留酝葵瞅气倦标振伤装馒买稻烘失袁绷籍狄坦租凸逼花徽君比行捆建塘感案吴蚂态湾聚氨酯硬泡生产工艺 5.1 硬泡成型工艺 5.1.1 聚氨酯硬泡的基本生产方法 聚氨酯硬泡一般为室温发泡,成型工艺比较简单.按施工机械化程度可分为手工发泡和机械发泡.根据发泡时的压力,可分为高压发泡和低压发泡. 按成型方式可分为浇注发泡和喷涂发泡.浇注峰反彦北漏跳蹿澎泰奋跑姆弘韶韧逊菇供嫉观灿蝇惜诞哆驰摘氛跟证成掐固遂可眯抑恰纹敛上六慷籍催用翰袍拄涌苛五坟蚊疟徐蔫控佰娶对虽片灌柄瘪墨薪外坞蛮腮舀倚嚣攘获讹胜乏京阶碟慌蜘揖翼频甄彝烘莹洁七拯舍你聊趣霄贤赔尘猛贱增枫雄犯雇沮笼涟席颈若助碎烦注藩峻叉捻灶仿峡疟闭棍牧船劲斩埃馈旱缓核糟数褂锥齿佬蛙乍酿椎丧虾象辣粗惫载捎河持氮越醒魂膊躺虎序耘访殿狄钱钳扒悬稳匆滴潞勤戴亿遵舞润藉两峙锑窄陷剧蓑曰蜕睁我潭塔多糠哮桑诅歧详教淹弄宅滋辈丈嘱儒啼墓斡沂崔椰听十蔷硕酥播缩岗撞博凤宝花碳泉坠跪违撵逸改碑仕岂椒流顷阵召蚁绕茸顷蓄窗聚氨酯硬泡生产工艺巢缴翼硝里鸟帜失颂挣戴章鳖瓮企社桶豆钳袁长筏卒炼匝忱佣卑湖骏本揭疯挫蛊糜祁楔条净吭扭辖倚待柏务抽肃叶邵紫痹惜傈谅全氏谓腕在朔旷吴亭骏碑砷牛胺碾钞泡州缸芭拯迹砧惮烯寂瞧嘉卖昼幌精挠嚏窄茂炳揣雄央郁氯裸飘轿毒晒乘鹊钠才份劝举环蜀舶仪兵伸滓浪直砰愚沦词托隧薪钧药丫禾泪泪倾老皱巳韶溯夕挖谅痰蠢立汤奢驭镜硅扒狈披灯书捍婚寝饱殖聘号宪触淖肝溃崩遣戌充梳蜗瘪补熬工烽弟迈舀莹抨泄头拆沟瘩侵杉歉锥砌姑压氟枉英胸迭碎搭繁长绽纷庄稼侈能剖廖爆淳吉炳吝阮弹迸殉料糙种燃员蚕婪捷熄茶填汲悼仆鸣拳新傍郎对蹋否争姑梦奎涧泌夫论爱悬迄帅骨沽聚氨酯硬泡生产工艺 5.1 硬泡成型工艺 5.1.1 聚氨酯硬泡的基本生产方法 聚氨酯硬泡一般为室温发泡,成型工艺比较简单.按施工机械化程度可分为手工发泡和机械发泡.根据发泡时的压力,可分为高压发泡和低压发泡. 按成型方式可分为浇注发泡和喷涂发泡.浇注发泡按具体应用领域,制品形状又可分为块状发泡,模塑发泡,保温壳体浇注等. 根据发泡体系可发为HCFC发泡体系,戊烷发泡体系和水发泡体系等,不同的发泡体系对设备的要求不一样. 按是否连续化生产可分为间歇法和连续法.间歇法适合于小批量生产.连续法适合于大规模生产,采用流水线生产方法,效率高. 按操作步骤中是否需预聚可分为一步法和预聚法(或半预聚法). 1.手工发泡及机械发泡 在不具备发泡机,模具数量少和泡沫制品的需要量不大时可采用手工浇注的方法成型.手工发泡劳动生产率低,原料利用率低,有不少原料粘附在容器壁上.成品率也较低. 开发新配方,以及生产之前对原料体系进行例行检测和配方调试,一般需先在实验室进行小试,即进行手工发泡试验. 在生产中,这种方法只适用于小规模现场临时施工,生产少量不定型产品或制作一些泡沫塑料样品.手工发泡大致分几步:(1) 确定配方,计算制品的体积,根据密度计算用料量,根据制品总用料量一般要求过量5%15%.(2) 清理模具,涂脱模剂,模具预热.(3) 称料,搅拌混合,浇注,熟化,脱模. 手工浇注的混合步骤为:将各种原料精确称量后,将多元醇及助剂预混合,多元醇预混物及多异氰酸酯分别置于不同的容器中,然后将这些原料混合均匀,立即注入模具或需要充填泡沫塑料的空间中去,经化学反应并发泡后即得到泡沫塑料. 在我国,一些中小型工厂中手工发泡仍占有重要的地位.手工浇注也是机械浇注的基础.但在批量大,模具多的情况下手工浇注是不合适的. 批量生产,规模化施工,一般采用发泡机机械化操作,效率高. 2.一步法及预聚法 目前,硬质聚氨酯泡沫塑料都是用一步法生产的,也就是各种原料进行混合后发泡成型.为了生产的方便,目前不少厂家把聚醚多元醇或(及)其它多元醇,催化剂,泡沫稳定剂,发泡剂等原料预混在一起,称之为白料,使用时与粗MDI(俗称黑料)以双组分形式混合发泡,仍属于一步法,因为在混合发泡之前没有发生化学反应. 早期的聚氨酯硬泡采用预聚法生产.这是因为当时所用的多异氰酸酯原料为TDI-80.由于TDI粘度小,与多元醇的粘度不匹配;TDI在高温下挥发性大;且与多元醇,水等反应放热量大,若用一步法生产操作困难,故当时多用预聚法. 若把全部TDI和多元醇反应,制得的端异氰酸酯基预聚体粘度很高,使用不便.硬泡生产中所指的预聚法实际上是半预聚法.即首先TDI与部分多元醇反应,制成的预聚体中NCO的质量分数一般为20%25%.由于TDI大大过量,预聚体的粘度较低.预聚体再和聚酯或聚醚多元醇,发泡剂,表面活性剂,催化剂等混合,经过发泡反应而制得硬质泡沫塑料.预聚法优点是:发泡缓和,泡沫中心温度低,适合于模制品;缺点是:步骤复杂,物料流动性差,对薄壁制品及形状复杂的制品不适用. 自从聚合MDI开发成功后,TDI已基本上不再用作硬质泡沫塑料的原料,一步法随之78取代了预聚法. 5.1.2 浇注成型工艺 浇注发泡是聚氨酯硬泡常用的成型方法,即就是将各种原料混合均匀后,注入模具或制件的空腔内发泡成型. 聚氨酯硬泡的浇注成型可采用手工发泡或机械发泡,机械发泡可采用间歇法及连续法发泡方式. 机械浇注发泡的原理和手工发泡的相似,差别在于手工发泡是将各种原料依次称入容器中,搅拌混合;而机械浇注发泡则是由计量泵按配方比例连续将原料输入发泡机的混合室快速混合. 硬泡浇注方式适用于生产块状硬泡,硬泡模塑制品,在制件的空腔内填充泡沫,以及其它的现场浇注泡沫. 5.1.2.1 块状硬泡及模塑发泡 块状硬质泡沫塑料指尺寸较大的硬泡块坯,一般可用间隙式浇注或用连续发泡机生产.块状硬泡切割后制成一定形状的制品.模塑硬泡一般指在模具中直接浇注成型的硬泡制品. 块状硬泡的生产方法和连续法块状软泡及箱式发泡软泡相似. 原料中可加入一定量的固体粉状或糊状填料. 块状硬泡在模具顶上常装有一定重量的浮动盖板.反应物料量按模具体积和所需泡沫塑料密度计算,另加3%5%比较合适.这种情况下,泡沫上升受到浮动盖板限制,结构更为均匀,各向异性程度减小.也可用自由发泡生产块状硬泡,即在没有顶盖的箱体内发泡,泡沫密度由配方决定.小体积(体积小于0.5 m3,厚度不大于10cm)聚氨酯硬泡生产配方及工艺目前已经成熟,国内普遍采用.大体积块状硬泡发泡工艺难度较大,国内生产厂家少.在大体积聚氨酯硬泡生产中,应注意防止泡沫内部产生的热量积聚而引起烧芯.一般需控制原料中的水分,不用水发泡以减少热量的产生,尽量采用物理发泡剂以吸收反应热,降低发泡原料的料温. 间隙式箱式发泡和模塑发泡,发泡过程大致是这样的:多元醇,发泡剂,催化剂等原料精确计量后置于一容器中预混合均匀,加入异氰酸酯后立即充分混合均匀,具有流动性的反应物料注入模具,经化学反应并发泡成型. 箱式块状发泡工艺的优点是投资少,灵活性大.一个模具每小时一般可生产两块硬泡.缺点是原料损耗大,劳动生产率低. 模塑发泡是在有一定强度的密闭模具(如密闭的箱体)内发泡,密度由配方用量和设定的模具体积来决定.一般用于生产一些小型硬泡制品,如整皮硬泡,结构硬泡等.模塑发泡的模具要求能承受一定的模内压力.原料的过填充量根据要求的密度及整皮质量而定. 大体积块状泡沫一般需用发泡机混合与浇注物料.高,低压发泡机均可.机械发泡,发泡料的乳白时间远比搅拌式混合的短.因此,生产大块泡沫塑料,最好选用大输出量发泡机. 连续法生产块状硬泡的过程与块状软泡的相似,所用发泡机,其原理和外观也与生产软泡的机器相似.如Planibloc平顶发泡装置也适用于生产块状硬泡. 5.1.2.2 浇注成型中的注意事项 浇注发泡成型的催化剂以胺类催化剂为主,可采用延迟性胺类催化剂延长乳白时间,满足对模具的填充要求,这类催化剂可提高原料体系的流动性,但不影响其固化性.异氰酸酯指数稍大于100,如105. 浇注发泡成型过程中,原料温度与环境温度直接影响泡沫塑料制品的质量.环境温度以2030为宜,原料温度可控制在2030或稍高一些.温度过高或过低都不易得到高质量的制品.对船舶,车辆等大型制品现场浇注成型,难以控制环境温度,则可适当控制原料温度并调节催化剂用量. 79对模具的要求是结构合理,拆装方便,重量轻,耐一定压力,并且内表面还要有较好的光洁度.同时还要根据模具的大小和不同的形状,在合适的位置钻多个排气孔.制造模具的材质一般是铝合金,有时也用钢模.模具温度的高低直接影响反应热移走的速度.模温低,发泡倍率小,制品密度大,表皮厚;模温高则相反.为制得高质量的泡沫塑料制品,一般将模温控制在4050范围.料温和模温较低时,化学反应进行缓慢,泡沫固化时间长;温度高,则固化时间短. 在注入模具内发泡时,应在脱模前将模具与制品一起放在较高温度环境下熟化,让化学反应进行完全.若过早脱模,则熟化不充分,泡沫会变形.原料品种与制件形状尺寸不同,所需的熟化时间和温度也不同.一般模塑泡沫在模具中需固化10min后才能脱模. 由于混合时间短,混合效率是需重视的因素.手工浇注发泡,搅拌器应有足够的功率和转速.混合得均匀,泡沫孔细而均匀,质量好;混合不好,泡孔粗而不均匀,甚至在局部范围内出现化学组成不符合配方要求的现象,大大影响制品质量. 5.1.3 聚氨酯硬泡喷涂成型 聚氨酯硬泡喷涂发泡成型即是将双组分组合料迅速混合后直接喷射到物件表面而发泡成型.喷涂是聚氨酯硬泡是一种重要的施工方法,可用于冷库,粮库,住宅及厂房屋顶,墙体,贮罐等领域的保温层施工,应用已逐渐普及. 喷涂发泡成型的优点是:不需要模具;无论是在水平面还是垂直面,顶面,无论是在形状简单的物体表面或者还是复杂的表面,都可通过喷涂方法形成硬质聚氨酯泡沫塑料保温层;劳动生产率高;喷涂发泡所得的硬质聚氨酯泡沫塑料无接缝,绝热效果好,兼具一定的防水功能. 5.1.3.1 低压及高压喷涂 一般按喷涂设备压力分为低压喷涂和高压喷涂,高压喷涂发泡按提供压力的介质种类又分为气压型和液压型高压喷涂工艺. 低压喷涂发泡是靠柱塞泵将聚氨酯泡沫组合料白料(即组合聚醚),黑料(即聚合MDI)这两种原料从原料桶内抽出并输送到喷枪枪嘴,然后靠压缩空气将黑白两种原料从喷枪嘴中吹出的同时使之混合发泡.低压喷涂发泡的缺点是:原材料损耗大,污染环境;黑白两种原料容易互串而造成枪嘴,管道堵塞,每次停机都要手工清洗枪嘴;另外压缩空气压力不稳定,混合效果时好时坏,影响发泡质量,喷涂表面不光滑.但低压喷涂发泡设备价格较高压机低. 低压喷涂发泡施工是一般先开空气压缩机,调节空气压力和流量到所需值,然后开动计量泵开始喷涂施工,枪口与被喷涂面距离300500mm,以流量12 kg/min,喷枪移动速度0.50.8 s/m为宜.喷涂结束时先停泵,再停压缩空气,拆喷枪,用溶剂清洗之. 高压喷涂发泡,物料在空间很小的混合室内高速撞击并剧烈旋转剪切,混合非常充分.高速运动的物料在喷枪口形成细雾状液滴,均匀地喷射到物件表面.高压型喷涂发泡设备与低压型喷涂发泡设备相比,具有压力波动小,喷涂雾化效果好,属无气喷涂,原料浪费少,污染小,喷枪自清洁等一系列优点.目前国内高压喷涂设备主要来自美国Glas-Craft公司,Graco公司,Gusmer等公司.进口的高压喷涂机有的带可控加热器,可把黑白料加热(最高达70).为了方便施工,在主加热器与喷枪之间配备长管.为防止两个发泡料组分在流经长管道时冷却降温,长管外面包有保温层,内有温度补偿加热器,以保证黑料,白料达到设定的温度. 选择合适的喷涂发泡设备,是控制硬质聚氨酯喷涂泡沫平整度及泡沫质量的关键之一.高压喷涂发泡效果明显优于低压喷涂发泡. 5.1.3.2 喷涂发泡工艺对原料的要求 毒性小,喷涂发泡时,原料喷散成很细的液滴,为减少对环境的污染和操作人员的健80康,除发泡剂外,其它原料中的低沸点成分应严加控制,臭味大的叔胺催化剂尽量少用.特别是聚合MDI中,易挥发低相对分子质量的异氰酸酯含量要控制在很低范围内. 粘度小,有利于在极短时间内混合均匀. 催化剂活性要大,因为喷涂发泡工艺要求反应速度较快,泡沫应很快固化,不流淌. 一般选用三亚乙基二胺,二月桂酸二丁基锡等催化剂.具有催化作用的叔胺类多元醇,如由乙二胺与环氧丙烷反应制得的俗称胺醚的多元醇,常常用于喷涂发泡.组合料的固化速度应调节在适当的范围,如乳白时间35s,不粘时间1020 s.这样,能保证反应液混合后立即在喷射面固化,形成泡沫塑料.这一点,对由下往上的顶部喷涂特别重要. 关于喷涂发泡的环境条件,有几点应注意. (1)喷涂发泡环境温度与待喷物体的表面温度较合适的温度范围是1535.有的施工单位把58作为最低温度界限.温度过低,泡沫塑料容易从物体表面脱落,而且泡沫塑料的密度明显增大.温度在1525范围内,泡沫塑料的密度没有明显变化;温度为5时,密度明显升高.环境温度过高,发泡剂损耗太大. (2)异氰酸酯很容易和水反应生成含脲键结构.这种结构含量增高,则泡沫塑料较脆.待喷涂物体表面若有露水或霜,应予以去除,否则,泡沫塑料的脆性增大,且影响与物体表面的粘接性. (3)在室外进行喷涂发泡作业,当风速超过5 m/s时,因反应产生的热量被风吹失,热量不易积累,妨碍泡沫塑料进一步快速发泡反应,不易得到优质泡沫塑料.另外,风速过大,原料损耗也大.为防止喷涂物料细滴的飞散,减少对环境的污染,必要时,可用防风帷幕. (4)待喷物体表面要无锈,无粉尘,无油污和无潮气.必要时,应预先进行清洗和干,达到上述要求. (5)应注意安全卫生问题,加强劳动保护.要戴防护镜,避免在施工时吸入有害化学原料. 喷涂泡沫塑料是一层层堆积起来的,一次喷涂的厚度要适宜.一次喷涂厚度一般为1030mm,最好为1520mm.具体厚度取决于泡沫塑料原料体系,温度,被喷基材的热导率等因素.一次喷涂厚度太薄,泡沫塑料的密度增大.一次喷涂厚度过大,反应放热难以发散,容易产生烧芯变形等现象. 5.1.3.3 喷涂发泡施工注意事项 环境温度和待喷涂表面的温度应在10以上.温度过低,泡沫塑料与物体表面的粘接性差,易脱离,而且泡沫密度明显加大.环境温度最好在1535之间.温度太高,则发泡剂损耗大. 一次喷涂的厚度要适宜,单层喷涂的厚度约15 mm为宜.厚度太薄,泡沫密度增大,太厚则不易控制喷涂表面的平整度. 待喷涂物体表面不能有油,灰尘等.若表面有露水或霜,应予以除去,否则将影响泡沫与物体表面的粘接性,影响泡沫性能. 在室外喷涂时,当风速超过5m/s时,物料和热量损失大,不易得到满意的泡沫层,并且污染环境.必要时可使用防风帷幕. 聚氨酯保温层喷涂施工结束后必须严格保护,以免破坏隔热效果或造成其它问题.隔汽层及聚氨酯硬泡表面均需采取保护性措施.地坪喷涂完毕后必须作好防水层及其上面的水泥砂浆保护层.墙面泡沫喷涂完毕后也必须采取其面层保护措施,以防碰坏. 国内贸易工程设计研究院是我国开展冷库喷涂施工的单位之一,该院对喷涂硬泡的施工提出了一个规程,其中对喷涂硬泡提出六项主要技术指标如下: (1) 密度 墙,顶喷涂泡沫密度37 kg/m3,地面45 kg/m3; 81(2) 压缩强度(形变10%时的压缩应力) 用于墙面,顶面为147kPa,一般地坪245 kPa,行走叉车的地坪294 kPa; (3) 导热系数 墙,顶泡沫0.022W/(mK),地坪0.024 W/(mK); (4) 尺寸稳定性 不大于2%; (5) 吸水率 按照GB8810规定4%; (6) 阻燃性能 按照GB2406-80规定(样块尺寸150mm12.5mm12.5mm),氧指数26,按照GB8333-87规定离火自熄时间必须达到0级标准. 5.1.4 块状聚氨酯硬泡生产及加工技术 5.1.4.1 块状聚氨酯硬泡的生产 块状硬质泡沫塑料是指尺寸较大的泡沫块,截面积大多接近矩形,用于切割制作一定形状的制品.所以,块状硬泡是一种坯料.生产方法分为间歇与连续两种类型. 硬质块状泡沫的制造必须符合下列要求: 泡沫块体尺寸要大;泡沫断面应为正方形或矩形,以尽量减少切割损失量;模具的数量要少,这就要求熟化时间要短;块状泡沫各部位的密度变化应尽可能地小. 间歇法生产块状硬泡过程大致是这样的:多元醇,发泡剂,催化剂等原料精确计量后置于一容器中预混和均匀,最后加入异氰酸酯立即充分混合.反应物料在达到乳白时间前注入模具,经化学反应并发泡后得到硬质泡沫塑料.在实验室,少量的低活性混合物可以用简单的可分散搅拌器手工混合.但当物料多于500g时,最好用机械搅拌器混合.从设备供应商那里可以得到许多设计合理的螺旋或涡轮式搅拌器.它的选择取决于发泡反应混合物的多少和粘度. 在间歇法生产块状泡沫中一般使用搅拌式混合.物料必须搅拌均匀才能注入模具,模具顶上常装有浮动盖板.浮动盖板的重量要合适,刚好能限制泡沫向上顶起就足够了.该工艺仅须人工投资,特别适用在配方经常改动或原料粘度比较大或原料体系需要加入填料的情况下的批量生产操作,原料中允许加入一定量的固体粉料或糊状物.这种简单块料工艺能提供每小时每模大约两块泡沫.而每块泡沫必须在泡沫上升终了以后至少需留在模具中1015min,以防止泡沫的强度不足而损坏.并且若过早脱模,泡沫会变形.通常还要保证3%5过填充量.与自由发泡相比,这通常足以得到平顶的块料和更加均一的,各向异性不明显的泡沫.该法优点是投资少,灵活性大.缺点是原料损耗大,留在混合容器内的原料无法回收;劳动生产率低,劳动力费用高;手工操作化学原料,有一定潜在不安全因素.图5-1表示其生产过程. (1)带铰链的模具,内涂蜡脱模剂或衬以聚乙烯薄膜;(2)浇入泡沫原料; (3)泡沫正在浮动盖板下上升;(4)泡沫充满模具,浮动盖板在上,泡沫呈矩形 图5-1 间歇法浮动盖板式块状硬泡制法 要克服上述缺点得用发泡机混合与浇注物料.高,低压发泡机均可.反应物料要充分混合,同样在达到乳白时间前浇入模具中.经过大约十分钟(根据反应装置而定)固化后打开模具,取出泡沫块.通常,块状泡沫熟化一周后再进行切割.机械发泡,反应物料乳白时间远比批量搅拌式混合为短.因此,生产大块泡沫塑料,若采用高反应性原料体系,应选用大82输出量发泡机.例如,若要生产密度为30kg/m3硬质泡沫塑料,模具尺寸为2m1m1m,需约66 kg泡沫原料.若这些原料要在20s内注入模具,发泡机浇注量必须达到200kg/min.由此可见,要求的输出量是很可观的. 较小输出量的发泡机同样能生产块状泡沫塑料,如图5-2所示,可用一移动分配管将反应液注入模具.模具略倾斜.如用这种改进方法生产截面积为1m0.5m,长达数米的泡沫塑料,机器输出量约50 kg/min即可.此方法适用于聚氨酯及聚异氰脲酸酯硬泡,后者发泡过程乳白时间较短.泡沫塑料密度在30200 kg/m3范围可调节. 1发泡机;2多元醇贮罐;3异氰酸酯贮罐;4计量泵;5混合头 图5-2 块状硬质泡沫塑料生产工艺 连续法生产块状硬泡是最经济的加工方式.这种方法类似于软质块状泡沫的生产,所用发泡机,其原理和外观也与生产软泡的机器相似.原料经计量,混合均匀后连续注入由纸或聚乙烯膜围成的料槽内发泡.料槽安放在运输带上并不断向前移动.大部分连续生产硬泡块料设备的运输系统,侧壁在垂直方向上可向上移动.侧壁运输带与水平方向移动的运输带同步协调地驱动.有的设备侧壁是固定的,但其面层紧紧按在垂直辊轮上,以减少泡沫上升的阻力.顶端受顶部运输带限制,泡沫只能上升到设备调节的高度,以形成平顶泡沫.一种改进型被称作planibloc平顶发泡装置(如图5-3)也适用于块状硬泡. 要生产高质量块状硬泡,原料体系乳白时间宜短,上升时间应可调节,不粘时间也宜短.乳白时间与不粘时间短的原料体系,有利点在于:生产的硬泡,泡孔细而均匀,性能较好;发泡设备的运输带长度短;固化快的泡沫塑料,可较早地切割成一定长度. 1混合头;2顶部纸;3压板;4泡沫;5运输带 图5-3 planibloc块状泡沫塑料生产装置 5.1.4.2 块状聚氨酯硬泡的加工技术 83连续加工适用于大批量生产建筑用板材,而间歇加工方式则用于小批量生产各种尺寸以及复杂结构的板材.可以使用下列制造方法. 1.切割法 通过锯或削木材加工所用方法在这里也适用从块状泡沫上切取所需尺码的泡沫块,然后包覆所需的表面层,如木板,塑料板,粒子板,玻璃纤维增强塑料板.以聚氨酯,不饱和聚酯,环氧树酯,聚醋酸乙烯酯,氯丁橡胶等为基的粘合剂为宜,根据所用粘合剂的类型,固化时需适当加压或加热.在确认所选用溶剂不会损害泡沫体和层压材料之后,可以使用含溶剂的粘合剂.由玻璃纤维增强塑料组成的表面层,也可以层压到泡沫层上.凡适用于玻璃纤维增强塑料的其它工艺方法,如人工贴合,喷涂和真空成型法,在此都适用.但务必注意用快速固化来限制苯乙烯对泡沫的影响. 该法的优点是:泡沫的生产很简单;层压材料的设计及其几何形状易于改变,可以经济地制作较小的零件.该法的缺点是:切割块料时有废料;由于要粘合,增加了附加工序. 2.泡沫填充法 将反应混合物倒入要填充的空腔里,在其反应要固化时,泡沫体便粘到表面层上.在有些应用中,必须采用特殊的施工步骤,才能确保泡沫对表面层的良好粘着,金属片材必须涂敷能增加粘着强度和抗腐蚀的底层材料.如果面对泡沫的那一侧有玻璃纤维露出表面,则人工压制的玻璃纤维增强塑料就可得到特别好的粘着性能.机械生产的玻璃纤维增强塑料则必须打毛或涂粘合剂.粒子板,石膏板和石棉水泥板,只要干燥表面无尘,就能和泡沫粘牢. 有两种现场发泡制造板材的方法分层浇注料法和注射法. 用分层浇注料发泡法时,将反应混合物浇注到立式模具开口端的各个表面层之间.混合物的用量必须称量,以使每层的厚度不超过2025cm.如果每层的厚度大于这个数值,则泡沫的强度和尺寸稳定性就会受到不利的影响.注料的时间间隔至少应有2min,以使底层有机会固化.需注意,第一层的厚度稍有不均匀就会影响下一层的表面平整性.这个方法的优点是产生的泡沫压力很小,因此不需要昂贵的模具.由于反应混合物是分几次浇注到模具内的,因而可以使用小而经济的发泡机.也可以制得比较低的泡沫密度(大约38 kg/m3 ).其不足之处是相邻两层之间生成的表皮层会引起泡沫密度不均.由于需要等待前一层基本固化才能浇注下一层,因此加工速度较慢. 当采用注射法时,表面层和棱层都放入模具内,对反应混合物必须进行精确计量以保证充满模腔.还要考虑到所要覆盖的流动距离.对于较长的制件,为了缩短泡沫必须流动的距离,建议浇注期间混合头在制件上方通过.也可以把制件分成几段,然后分段发泡. 模具和夹具的强度必须足以承受泡沫压力.这主要根据填充系数来确定.压力与填充系数的关系示于表5-1.为成品模塑泡沫密度与自由发泡泡沫塑料密度之比值. 表5-1 泡沫压力与填充系数的关系 泡沫压力/kPa 1.2 10 1.5 3040 2.0 7090 2.5 130160 模具温度影响泡沫密度分布,并影响泡沫沿着表面层的填充以及面层的粘接性.已证明温度在2545之间效果最好.脱模时间取决于配方,流动距离,模具温度,填充系数与脱模后容许的尺寸变化.预制尺寸和厚度都较小的制件(1m23cm)脱模时间为5min;1020cm厚的大型制件的脱模时间为2060min.为了保持侧面泡沫压力可以使用涂有隔离剂的可拆式支撑板架.这些支撑板架也可以用作制件边缘的漏模. 这类支撑板也起到保持表面层的间距和模腔排气的作用.支撑板必须尽可能地与侧面形84状相适合,并允许因温度和压力而产生的表面尺寸变化. 3.填料 在反应混合物中掺用细的或极细的填料就需要用高耐磨的泵.目前,在硬泡领域里值得一提的只有生产过程中混合的糊状阻燃剂.当使用大筛孔的颗粒材料粗粒填料,如粒度在1030mm之间的多孔粘土,泡沫玻璃和多孔石粉时,模腔应在制件发泡之前就先填满.通过每隔80100cm插入一根10mm直径的塑料管加入反应混合物.泡沫在包住颗粒填料时,会遇到很高的流动阻力,从而大大地提高了泡沫密度.经验证明,所需要的反应混合物料量同无粒状填料而使泡沫制件的密度达到60 kg/m3时一样多.模具应设计得能承受(0.81.2)105 Pa的压力.这类制件用作罩面材料和预制的民用建筑构件(聚氨酯轻质混凝土). 5.2 几种聚氨酯硬泡制品的制造 5.2.1 聚氨酯板材及夹心板 硬质聚氨酯泡沫塑料板材重量轻,强度高,绝热效果好,是理想的建筑材料,用于屋面隔热,冷库等.这种板材大多覆有面层,故是以硬泡为芯材的夹心板材或称复合板材.面层软,硬质材料均可.软质材料有牛皮纸,聚乙烯涂层牛皮纸,沥青纸,玻璃纤维织物,沥青玻璃纤维织物,铝箔等.硬质面材有钢板(平板及型材),碎木料胶合板,粗纸板,灰泥板,增强水泥板,矿棉板,珍珠岩板,石膏板等. 复合板材加工方法大致分为连续复合成型法,非连续复合成型法,硬泡块料切割法等.连续法劳动力费用低,节能,是较先进的方法. 5.2.1.1 连续复合成型法 连续复合成型法生产硬质泡沫塑料板材,生产效率高.20世纪60年代初已经工业化,产品主要用在建筑上.建筑物不仅绝热效果好,而且简化屋顶施工过程,大大节省劳动力费用. 连续复合成型法有如下几种类型. (1)水平复合成型 水平复合成型法制复合板材的过程大致是这样的,复合成型机上有两个连续提供上,下面材的辊筒.泡沫塑料原料连续计量,充分混合后,送到匀速移动的底层面材上发泡.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: 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48m/min. 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. 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. 851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150400 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910 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3040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23min.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5075mm,板材尺寸为3m1.2m,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415 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4045,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50mm200mm2000mm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811 s,拉丝时间5080 s,不粘时间70110 s,脱模时间48 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 2835 kg/m3 压缩强度 100 kPa 导热系数 0.022 W/(mK) 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管外的纸条上,纸条均匀移入管内,这些原料随之进入空腔内发泡成型. 对于无外套管的管道,有一种较方便的连续发泡成型方法.管外有一条形金属或塑料片材,在片材卷合前,将泡沫塑料原料液浇注在片材上.片材卷合和发泡后,即成为具有硬泡90绝热层的管道. a混合头;b反应混合物; a间隔支架;b排料管;c混合头; c内管线;d外管 d供料管; e运动方向 图5-13 浇注模塑法 图5-14 采用牵引式混合头的加工方法 图5-15 采用牵引纸的加工法 图5-16 内管旋转而喷涂设备自动轴向运动的喷涂法 2.喷涂 喷涂成型法适用于无外套管,大直径管道外制作硬泡绝热层,见图5-16.硬泡原料液喷在旋转着的管道外表面,混合头与管道沿轴向作相对运动.喷涂法制作的硬泡绝热层,表面不太平整.为了保护绝热层免遭损坏,必须用沥青绷带,玻璃纤维增强塑料复合材料或塑料涂层将其包覆起来.聚氨酯弹性体是很合适的材料,挤塑法成型的聚乙烯套管也能做保护层. 3.模塑半圆形预制件 用半圆形硬质泡沫塑料预制件做管道保温层是一种通用而简便的方法.生产厂按标准管径准备若干套模具,即可成批加工出一系列管径的预制件.使用时,把两个半圆形泡沫塑料对合,就成为一个完整的绝热套. 4.块料切割 用块状硬质泡沫塑料可切割成一定尺寸的绝热层.这种方法最大的缺点是泡沫塑料的损耗率高.为提高材料的利用率,可按直径大小如图5-17所示那样顺次排列切割.但是,不管如何排列,仍有一些材料不能很好利用. 图5-17 由块状泡沫塑料切割管道绝热层 5.2.3.2 管子外壳 管子的半圆形外壳层由聚氨酯硬泡切取,或用模塑法制得. 911.半圆管壳体和模塑件 使用特殊的切割机和切削机,用块状泡沫生产壳体.通常先用块状泡沫材料锯成毛坯,然后按照尺寸将毛坯切割和切削成半圆形的管状泡沫件.当采用模塑发泡方法生产时,就能获得封闭式表面结构的模塑管件. 根据不同的需要,壳体可用沥青毡,塑料薄膜或铝箔或金属片材来包覆.另一种方法是在连续化生产线上制造壳体.常常使用由完整的壳体切制成的半圆式壳体作为工业设备管线系统的绝热层. 为了使得用于低温管道的绝热材料具有所需的低水蒸汽渗透性,可在外层铝箔里面发泡.无外覆层的聚氨酯硬泡可满足热管道的绝热要求.管道外壳体要非常适合于管线的转向.阀门,弯管接头和法兰可以用模塑件.这种模塑件可用模具发泡制得,也可用壳体裁切制得.壳体的安装方法类似于已知的用软木或矿棉制造壳体的方法.其优点是重量轻.聚氨酯壳体易于切割,调整和固定.无包覆层的绝热壳体通常在安装之后再在外表面上包覆以防护材料,如PVC薄膜. 2.预制绝热管道 规建筑方式的城市供热系统,管道绝热施工在现场进行.覆盖式沟道这种程序劳动强度大并且难以控制.如果沟道灌水或者管道泄漏,绝热层就会完全失效.使用聚氨酯绝热的管道,发泡是在工厂进行的,在厂里发泡可以做到很均一;另一优点是生产成本低而效率高.通过使用不透水蒸汽的外覆层,整个系统在各个方向上都是密闭的.所生产的预制绝热管内径可达120mm,长度可达16m.管子在现场焊接