1. 專業聚氨酯軟質泡沫生產
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        冷熟化高回彈海綿常見生產缺陷及解決方法

        發布者: 發布時間:2016/2/23 15:51:17 閱讀:次 【字體:

         冷熟化高回彈海綿常見生產缺陷及解決方法

        冷熟化高回彈聚氨酯泡沫塑料是一種優良的座墊材料,它具有回彈性好、阻燃性好、成本低等優點。但在高回彈泡沫的實際生產過程中,經常遇到泡沫收縮、泡沫中空塌泡、有殘余氣味、表面不好有氣孔、濕熱老化性能差等一系列缺陷。筆者在近年的工作中針對生產中出現的實際問題,進行了一些探索。

        1、泡沫收縮

        在實際生產中,最常出現且較難解決的問題就是泡沫收縮。造成收縮現象的主要有工裝模具及原材料兩方面的原因,且這兩者是相輔相成的。

        1.1 工裝模具方面

        在模具密封不好的情況下,容易引起漏料,使泡沫體達不到設計的密度,導致泡沫收縮。在收縮的同時,在相應的合模線附近泡沫制品會產生硬邊現象?梢酝ㄟ^提高模具口的密封性,或適當提高模具鎖模力來解決。

        1.2 原材料方面

        如果發泡過程中氣泡膜壁彈性較大,在氣體大量發生造成體積膨脹時,泡孔也同時脹開而不破裂,則所得氣泡大部分為閉孔,即閉孔率偏高,則當泡沫體冷卻時,氣泡內氣體壓力下降,導致泡沫收縮變形。產生這種閉孔現象,筆者認為主要有4種解決辦法。

        (1)可通過調節催化劑用量以控制泡沫孔徑和開孔率。通常胺催化劑主要催化異氰酸酯與水的反應(即發泡反應),三亞乙基二胺或有機錫催化劑主要用于催化異氰酸酯與多元醇的反應(即凝膠反應)。如果促進凝膠的催化劑過量,則泡沫過早凝膠,泡孔壁膜韌性好,不易破裂,形成閉孔。要想控制泡沫孔徑和開孔率,可適當降低凝膠催化劑的用量,以降低分子鏈增長速度,使發氣高峰時氣泡膜壁彈性降低,減少閉孔率。

        (2)閉孔的形成也與聚醚多元醇的聚合度及支化度有關,這是由于在NCO/OH反應中,官能度高的聚醚形成網狀結構較快,即形成的泡孔膜壁彈性較大,增加閉孔率?山档途勖训钠骄倌芏葋頊p少泡沫閉孔率。

        (3)泡沫穩定劑的用量偏高,會導致泡孔過于穩定,不開孔,造成收縮。因此生產中泡沫穩定劑的用量要適當。

        (4)當異氰酸酯指數偏高時,可能造成泡沫閉孔現象加重,造成收縮。生產時異氰酸酯指數要控制。

        2、泡沫內部局部中空、塌泡

        在高回彈聚氨酯泡沫塑料生產過程中產生泡沫內部局部中空、塌泡現象,主要有兩在類原因。

        2.1 凝膠與發泡反應速率不平衡

        發泡中,在大量氣體產生的最終階段,氣泡膜壁的粘度較大,但彈性較差,這樣,在氣泡中氣體不斷增加的情況下,無法承受膜壁的拉伸,從而造成氣泡破裂而使氣體逸出,即開孔。如果在氣體大量發生時,泡沫膜壁破裂,泡孔的經絡和骨架沒有足夠的強度去阻止這種破裂,破裂將進一步蔓延,這樣就會使整個泡沫塌泡;如果破裂蔓延到一小部分即行停止,則也將造成泡沫局部中空或開裂。這種情況,如果增加原料中凝膠催化劑或降低發泡催化劑用量,改善凝膠與發泡反應的平衡,就可以在氣體大量發生時,增加氣泡膜壁強度,適當降低氣體發生量,從而減少或改善泡沫發生中空或塌泡現象。此種現象與閉孔收縮現象正好相反,當發泡催化劑不變、凝膠催化劑用量偏低時,容易造成過度開孔而塌泡。

        2.2 泡沫穩定劑用量偏低

        有機硅泡沫穩定劑是聚氨酯發泡工藝過程中必不可少的原料之一,它在泡沫體系中能降低各原料成分的表面張力,穩定發泡過程,使泡孔細而均勻。當體系處于低粘度階段時,它使氣孔壁膜能生長到適合開孔的厚度,為最后開孔創造條件。如果泡沫穩定劑用量偏低,則泡沫氣孔穩定性差,過早開孔,造成塌泡或局部中空。

        適當的泡沫穩定劑可以協調開孔的時間段,泡孔的開孔是高回彈泡沫發泡工藝中的一個主要過程,否則會閉孔收縮。但開孔必須在發泡反應與凝膠反應基本完成并達到平衡時出現,即在泡沫升至最高點且泡沫強度能支撐自身重量之時,否則便會使泡沫塌泡或中空。

        3、泡沫有殘余氣味

        泡沫中的殘余氣味可能來源于三個方面:

        (1)當異氰酸酯過量時,形成的泡沫中會有殘余的甲苯二異氰酸酯,產生刺激性氣味。

        (2)如果原料配方中所選的聚醚中揮發物多,發泡后可能有“聚醚味”。

        (3)泡沫中殘留的胺類催化劑引起的胺臭味較大。解決這種氣味可以通過兩方面途徑。其一,是泡沫可以經過一段時間的高溫存放,使泡沫中的殘余催化劑揮發,但實際操作起來較困難。其二,加入可以參與泡沫體系的化學反應的胺催化劑,可減輕常規胺類催化劑所引起的胺味,但同時泡沫成本要相應提高。

        4、泡沫制品表面有氣孔

        泡沫制品表面有氣孔,或內部有暗洞,這些現象主要可能有以下5種原因:

        (1)模具表面光潔度不夠,影響物料體系的流動性,使得泡沫表面粗糙、有氣孔。這主要要靠提高模具表面光潔度,操作細心,使用較好的脫模劑來決。

        (2)若物料體系粘度過高,流動性差,會造成泡沫制品表面殘存氣泡。這主要靠降低組合聚醚的粘度來解決。實際工作中比較合適的粘度為1500-1800mPa·s。

        (3)如果發泡過程中凝膠速度偏快,時間過短,則物料體系粘度迅速增大,流動性變差,可造成表面有氣孔。凝膠時間一般控制在55-65s。但凝膠時間也不宜過長。否則,如果模具的密封性達不到要求,會造成原料浪費。

        (4)初始發泡速度過快。一般來說,在原料較均勻地覆蓋于模具底部內表面后,再迅速起升,泡沫會有較好的表面質量;如果原料不是自然流到模具表面某處后再發泡,而是靠迅速起升把原料膨脹到該點,則此處較容易產生氣泡或暗洞。所以要適當延長起升時間。一般控制在10-15s。但這一時間在實際生產中受催化劑用量及料溫模溫影響極大,所以在生中要嚴格控制料溫及模溫,一般料溫要控制在22-24℃。

        (5)模具排氣孔設計不合適。一般來說,模具的排氣孔應該盡量小且多,位置要分布在發泡模具的最高點及合模線上。排氣孔可以為物料體系導流。合理的排氣孔分布可以盡量減少氣泡或暗洞。同時在實際生產中,澆注路線的設計也要配合排氣孔的分布。在大座墊生產中,如果在兩處同時澆注原料,要盡量在兩股原料匯合處的上方設置排氣孔,以避免暗洞的產生。

        5、濕熱老化性能差

        座墊泡沫的濕熱老化性能是大眾汽車公司的VW50180標準要求的一項較苛刻的測試。以前主要應用于BORA A4座椅泡沫檢測,現在即將在JETTA座椅泡沫上推行這一檢測。這一檢測是把泡沫在相對濕度95%-100%、90℃環境下存放200h后,再在70℃烘箱內把泡沫壓縮50%,存放22h,然后取出,放置0.5h后測量,要求形變不大于15%。

        影響濕熱老化性能的原因,筆者認為主要與異氰酸酯指數有關。

        (1)在實際生產中,異氰酸酯指數偏低時,可導致泡沫濕熱性能變差。正常情況下,一般異氰酸酯用量比理論上全部反應時用量應略高,異氰酸酯指數為1.05,這樣鏈增長反應的最終產品末端基團應為NCO。 即nOCN-R-NCO+(n-1)HO-R'-OH→OCN-R-NHCOO-R'-OCONH-R-NCO而當異氰酸酯用量比理論用量低時,鏈增長反應應得到的大分子其末端為羥基。羥基有較強的親水性,這就導致在濕熱狀態下泡沫回彈性下降,即濕熱老化性能降低。這也是在夏季陰雨時,或者在南方濕度大、溫度高的地區,泡沫容易變軟和變形的原因。

        (2)如果異氰酸酯指數高于正常的5%以上,則由于NCO過量,NCO可以與空氣中的水反應,泡沫體中有過多的脲基,導致泡沫手感僵硬,回彈性降低,也可導致泡沫的濕熱老化性能變差。

        6、結束語

        泡沫缺陷的產生主要受原材料配方、工裝模具狀態、生產工藝參數控制等因素影響,要綜合考慮各種因素,才能有效地減少泡沫缺陷。

        以上是筆者根據實際生產中積累的經驗及有關資料[1、2]所分析的原因及解決方法,不一定完全正確,希望專家指正。

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