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      硬質聚氨酯泡沫板材技術與應用

      1聚氨酯板材的種類
          在建筑板材方面,根據制品狀況聚氨酯板材可以分為普通聚氨酯板材、復合聚氨酯板材等類型;依照發泡成型工藝情況又可以分為連續式板材和間歇式板材。
          間歇式板材要求發泡料在較短暫的時間內填布滿較薄的大體積模腔,要求發泡體系要具有優異的活動性、板材具有良好的密度分布和優異的尺寸穩定性;連續式板材則要求發泡參數與生產線速度具有合適的配合性、后期具有優異的脫模性等。針對以上的具體要求,我們采用特種聚醚材料、配合優選的催化體系,研制出分別適于各種生產線情況的發泡料體系,在國內部分著名企業生產線上使用。
          2特點
          2.1穩定性
          重量輕,強度高,尺寸穩定性好
       我們生產間歇式板材,硬質聚氨酯泡沫熟化一周后進行泡沫性能檢測,泡沫性能如表1。
          表1  聚氨酯板材性能 
                      泡沫指標            檢測結果 
                     密度/kg·m-3               42 
                   壓縮強度/kPa           210 
                  導熱系數/W·(m·k)-1        0.022 
                   高溫/%(100 ℃,48 h)    0.2 
                  低溫/%(-30 ℃,48 h)    0.6 
          2.2  粘協力強 
          聚氨酯硬泡對鋼、鋁、不銹鋼等金屬,木材、混凝土、石棉、瀝青、紙以及聚乙烯、聚丙烯等大多數塑料材料都具有良好的粘結強度。泡沫塑料和面材之間的粘接強度的大小直接影響復合板材的實用效果。
          表2  硬質聚氨酯泡沫塑料和面材的粘接強度 
        泡沫塑料與各種面    與面板相接觸的泡沫塑料密度/kg·m-3 
        材的粘接強度/kPa      30      80   160      320  
             鋁             68.65  186.33  382.46  1 078.73 
            玻璃             58.80  176.52  343.23   980.67 
             鋼             78.45  196.13  431.49  1 010.08 
            木材            117.68  196.13  421.69  1 176.80 
          2.3  盡熱性能優越
          聚氨酯硬泡閉孔率高,導熱系數極低,因此聚氨酯硬泡在目前建筑材料中盡熱性能最好。數據顯示,采用聚氨酯夾心板材后可比沒保溫隔熱的外墻節約60%作業的采熱費以鋼板與硬質聚氨酯泡沫塑料復合為例,復合板材的導熱性列于表3。
      表3  鋼板-硬質聚氨酯泡沫復合板的導熱性 
                復合板材總厚度/mm   熱導率/W·(m·k)-1 
                      35                  0.70 
                      50                  0.46 
                      60                  0.37 
                     120                  0.23 
          3生產與工藝
          3.1間歇式板材
          3.1.1注射式板材的生產
          這種制造方法是在模具中注射成型,這是一種間歇式加工法。發泡機中的計量泵把聚氨酯兩種組分原料打進混合頭,混合均勻后,通過模具的注進孔把原料注進模具空腔。模具空腔已經事先安放了面材。發泡熟化后,即可從模具中取出板材。
          這種加工方法的優點是設備簡單,適應多品種生產。根據應用上的需要,選用平面或凹凸形的面材作復合板材的表層,也可以應用。這種方法生產板材時要留意調節發泡時間參數,對于不同長度的板材要選用不同配方,才能滿足不同規格板材成型工藝的要求,對于長度較長的板材來說,調整配方就很重要了。生產板材時,兩種組分原料注進模具后,必須完全布滿模腔后才能凝膠,否則,難以制成泡沫密度均一的制品,假如凝膠固化速度太快,有可能造成間隔注射口近的地方填充密度過大,而間隔注射口較遠的地方填充不滿,造成空腔。這時,調整聚醚組合料配方顯得尤為重要。
          3.1.2原料的選擇
          異氰酸酯(PAPI)組分選用煙臺萬華PM-200,這個組分是固定的。隨著PAPI用量增加,泡沫塑料的交聯度增加,其強度和剛度也隨之進步,但若PAPI用量過多,泡體將發脆,芯材輕易產生裂紋。
       首先選擇聚醚多元醇最重要,聚醚多元醇是組成聚氨酯硬泡的基礎原料之一,它影響泡沫芯材的物理力學性能、尺寸穩定性和發泡工藝性能。根據起始劑、羥值和粘度確定聚醚型號后,聚醚中夾雜鉀離子的含量選擇低的。
          泡沫穩定劑選擇乳化能力強為宜。主要控制泡孔大小、維持泡孔的穩定、防止泡孔崩塌。有機硅酮類泡沫穩定劑對此具有較好的作用,其用量可在1.5~2.5(質量分數)內調節
          發泡劑的種類、用量對聚氨酯硬泡的密度、強度等物理性能有直接的影響。發泡劑不僅可以調整和控制泡沫制品的密度和性能,還能降低組合聚醚的粘度、改善其發泡工藝,進步泡沫的活動性,有利于泡沫成型??紤]到可持續發展戰略的需要,現在已經限制使用對生態環境破壞嚴重的CFC
          11氟烴類化合物,使用替換發泡劑。
          選擇催化劑可選用延遲催化體系,使乳白時間與凝膠時間間隔時間較長,有效進步發泡體系的活動性,改善泡沫性能,以適合生產工藝操縱。泡沫在腔體內是否均勻、泡沫細膩程度、泡沫閉孔率高低等因素對板材的整體保溫性能有很大影響,這些因素關系到泡沫與腔壁粘接牢固程度,泡沫尺寸穩定性等。
          阻燃劑可以進步泡沫塑料的耐火性,但是阻燃劑在發泡過程中對泡沫有破壞作用,在保證進步阻燃效果的條件下,保證泡沫塑料的使用性能和尺寸穩定性。
          3.1.3箱式保溫板材的生產
       采用類似于箱式軟泡生產的模具,將組合聚醚輸送至箱式發泡機工作釜中,攪拌幾分鐘后送進發泡攪拌桶中,然后輸進計算好的異氰酸酯組分,高速攪拌30秒后,提起攪拌桶并同時打開桶底蓋,使混合后的黑白料流進箱式模具中(模具表面涂有脫模劑或者表面展聚乙烯塑料薄膜),放置浮動頂板,混合物進行發泡。放置20min后,即可將箱體的四邊側板打開,取出聚氨酯硬質泡沫,自然熟化24h后進行切割。
          箱式保溫板材硬泡組合料的生產留意以下幾個方面:⑴選用高官能度聚醚多元醇;⑵水量應控制在0.1%~0.5%之間,避免放熱過多引起泡沫燒芯;⑶控制組合料粘度不能過大,假如粘度過大,要選用延遲性催化劑,以適當延長攪拌混合時間和乳白時間,有利于大量原料混合均勻,在大的模具中反應完全,改善活動性。⑷在配方確定的條件下,原料溫度是影響發泡速度的主要因素。一般應控制料溫在15℃左右。料溫過高,反應速度太快,在激烈的放熱情況下,加上聚氨酯泡沫本身的導熱系數低,積累的熱量不易被擴散,大量的熱量集中會造成泡沫體燒芯。
          在我國,冷躲保溫車需要大量廂板,需求量越來越大,廂體的主體材料是聚氨酯硬質泡沫。河南冰熊冷躲車廠一直采用間歇式生產板材的方法。隨著國家對夾芯板產品安全環保性能及使用壽命要求大幅進步,預計未來5年,聚氨酯板材的需求量將達到3000萬m3,市場份額超過60%。
          3.1.4塊料切割黏貼法
          木工適用的鋸、磨等加工方法均可用于加工塊狀硬質聚氨酯泡沫塑料。硬泡被加工成一定外形和尺寸后黏貼上面層材料就成為復合板材。聚氨酯、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚乙酸乙烯等膠粘劑都可以用于黏貼硬泡。黏貼之前一定要把硬泡表面切割時留下的粉塵除干凈。減壓吸塵除粉方法較為有效。黏貼過程所加壓力大小和加熱程度隨膠粘劑種類而異。有的膠粘劑內含溶劑,預先鑒別這些溶劑是否會損壞硬泡和面層材料,玻璃纖維增強聚酯或環氧樹脂等增強材料能黏合于泡沫塑料上作面材。材料切割黏貼法的優點是:生產裝置較為簡單,能制造曲面形板材,改變板材外形與尺寸,均較方便與經濟。制品通常用作建筑物上曲線部分構件、船艇等運動器材。缺點是有邊廢物天生,浪費泡沫塑料,增加一道黏貼工序比較麻煩,耗用勞動力用度較多。
      3.2連續板材
          連續化生產復合板材,能大大進步生產效率。水平式復合板材連續成型的過程:發泡機把原料均勻混合后,送到勻速移動的面材上發泡,同時,上層面材合向泡沫塑料,天生上下兩面都帶面材的復合板材。作為面材的材料多數以鋁箔、金屬材料為主。在發泡傳輸過程中,泡沫在雙層加壓面板中熟化,按所需長度切割,即可生產出所需規格的板材。
          夾芯板的厚度可通過改變成型機上、下金屬板傳送帶之間的間隔及側邊密封塊的厚度來調整。厚度可調范圍為20~250mm,傳送帶速度可在1.0~25m/min間根據需要無級調整,板材寬度也可根據需要在600~1200mm間調整。
          板材連續復合成型生產中,反應物料分布一定要均勻?;旌项^簡單地往返澆注物料,在板材寬約1.25m時,生產速度一般限于9~10m/min。高于此速度,混合頭移動換向時,反應物料在板材邊沿處易過量。另外,往返速度過高,操縱上不太安全。若用兩個以上混合頭聯合注料,雖能減少每一個混合頭的澆注量,但混合頭不往返移動,固定在中心,連接一個壓料輥或其他能使物料迅速分布均勻的配料裝置。高速連續復合成型生產過程對溫度與一個泡沫塑料的反應速度非常敏感,特別是聚異氰脲酸酯泡沫體系。為減弱敏感程度,應采用高粘度規格的聚合MDI。
          目前,我國有聚氨酯連續板材生產線大約五十多條。由于目前市場需求量以及其他因素影響,大多數連續板材生產線沒有滿負荷運轉。隨著市場需求增加以及技術更新,不久的將來連續板材成為主流生產方式。

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