高回彈聚氨酯泡沫塑料缺陷解決方案

 冷熟化高回彈聚氨酯泡沫塑料是一種優(yōu)良的座墊材料，它具有回彈性好、阻燃性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但在高回彈泡沫的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)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(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)行了一些探索。 

 中文名 聚氨酯泡沫塑料

硬度 軟質(zhì)和硬質(zhì)兩類(lèi)

 具有 極佳的彈性、柔軟性等

 1 泡沫收縮

 在實(shí)際生產(chǎn)中，最常出現(xiàn)且較難解決的問(wèn)題就是泡沫收縮。造成收縮現(xiàn)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(dá)不到設(shè)計(jì)的密度，導(dǎo)致泡沫收縮。在收縮的同時(shí)，在相應(yīng)的合模線(xiàn)附近泡沫制品會(huì)產(chǎn)生硬邊現(xiàn)象。可以通過(guò)提高模具口的密封性，或適當(dāng)提高模具鎖模力來(lái)解決。

 1.2 原材料方面 如果發(fā)泡過(guò)程中氣泡膜壁彈性較大，在氣體大量發(fā)生造成體積膨脹時(shí)，泡孔也同時(shí)脹開(kāi)而不破裂，則所得氣泡大部分為閉孔，即閉孔率偏高，則當(dāng)泡沫體冷卻時(shí)，氣泡內(nèi)氣體壓力下降，導(dǎo)致泡沫收縮變形。產(chǎn)生這種閉孔現(xiàn)象，筆者認(rèn)為主要有4種解決辦法。

 (1)可通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑用量以控制泡沫孔徑和開(kāi)孔率。通常胺催化劑主要催化異氰酸酯與水的反應(yīng)(即發(fā)泡反應(yīng))，三亞乙基二胺或有機(jī)錫催化劑主要用于催化異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)(即凝膠反應(yīng))。如果促進(jìn)凝膠的催化劑過(guò)量，則泡沫過(guò)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(kāi)孔率，可適當(dāng)降低凝膠催化劑的用量，以降低分子鏈增長(zhǎng)速度，使發(fā)氣高峰時(shí)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(guān)，這是由于在NCO/OH反應(yīng)中，官能度高的聚醚形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較快，即形成的泡孔膜壁彈性較大，增加閉孔率。可降低聚醚的平均官能度來(lái)減少泡沫閉孔率。

 (3)泡沫穩(wěn)定劑的用量偏高，會(huì)導(dǎo)致泡孔過(guò)于穩(wěn)定，不開(kāi)孔，造成收縮。因此生產(chǎn)中泡沫穩(wěn)定劑的用量要適當(dāng)。

 (4)當(dāng)異氰酸酯指數(shù)偏高時(shí)，可能造成泡沫閉孔現(xiàn)象加重，造成收縮。生產(chǎn)時(shí)異氰酸酯指數(shù)要控制。 

 2 泡沫內(nèi)部局部中空、塌泡 

在高回彈聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生泡沫內(nèi)部局部中空、塌泡現(xiàn)象，主要有兩在類(lèi)原因。

 2.1 凝膠與發(fā)泡反應(yīng)速率不平衡

發(fā)泡中，在大量氣體產(chǎn)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(wú)法承受膜壁的拉伸，從而造成氣泡破裂而使氣體逸出，即開(kāi)孔。如果在氣體大量發(fā)生時(shí)，泡沫膜壁破裂，泡孔的經(jīng)絡(luò)和骨架沒(méi)有足夠的強(qiáng)度去阻止這種破裂，破裂將進(jìn)一步蔓延，這樣就會(huì)使整個(gè)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(kāi)裂。這種情況，如果增加原料中凝膠催化劑或降低發(fā)泡催化劑用量，改善凝膠與發(fā)泡反應(yīng)的平衡，就可以在氣體大量發(fā)生時(shí)，增加氣泡膜壁強(qiáng)度，適當(dāng)降低氣體發(fā)生量，從而減少或改善泡沫發(fā)生中空或塌泡現(xiàn)象。此種現(xiàn)象與閉孔收縮現(xiàn)象正好相反，當(dāng)發(fā)泡催化劑不變、凝膠催化劑用量偏低時(shí)，容易造成過(guò)度開(kāi)孔而塌泡。 

 2.2 泡沫穩(wěn)定劑用量偏低 

 有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑是聚氨酯發(fā)泡工藝過(guò)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(wěn)定發(fā)泡過(guò)程，使泡孔細(xì)而均勻。當(dāng)體系處于低粘度階段時(shí)，它使氣孔壁膜能生長(zhǎng)到適合開(kāi)孔的厚度，為最后開(kāi)孔創(chuàng)造條件。如果泡沫穩(wěn)定劑用量偏低，則泡沫氣孔穩(wěn)定性差，過(guò)早開(kāi)孔，造成塌泡或局部中空。

 適當(dāng)?shù)呐菽€(wěn)定劑可以協(xié)調(diào)開(kāi)孔的時(shí)間段，泡孔的開(kāi)孔是高回彈泡沫發(fā)泡工藝中的一個(gè)主要過(guò)程，否則會(huì)閉孔收縮。但開(kāi)孔必須在發(fā)泡反應(yīng)與凝膠反應(yīng)基本完成并達(dá)到平衡時(shí)出現(xiàn)，即在泡沫升至最高點(diǎn)且泡沫強(qiáng)度能支撐自身重量之時(shí)，否則便會(huì)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(lái)源于三個(gè)方面。

 (1)當(dāng)異氰酸酯過(guò)量時(shí)，形成的泡沫中會(huì)有殘余的甲苯二異氰酸酯，產(chǎn)生刺激性氣味。 

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

 (3)泡沫中殘留的胺類(lèi)催化劑引起的胺臭味較大。解決這種氣味可以通過(guò)兩方面途徑。其一，是泡沫可以經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高溫存放，使泡沫中的殘余催化劑揮發(fā)，但實(shí)際操作起來(lái)較困難。其二，加入可以參與泡沫體系的化學(xué)反應(yīng)的胺催化劑，可減輕常規(guī)胺類(lèi)催化劑所引起的胺味，但同時(shí)泡沫成本要相應(yīng)提高。

 4 泡沫制品表面有氣孔 

 泡沫制品表面有氣孔，或內(nèi)部有暗洞，這些現(xiàn)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(dòng)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(xì)心，使用較好的脫模劑來(lái)解決。

 (2)若物料體系粘度過(guò)高，流動(dòng)性差，會(huì)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(lái)解決。實(shí)際工作中比較合適的粘度為1500-1800mPa·s。

 (3)如果發(fā)泡過(guò)程中凝膠速度偏快，時(shí)間過(guò)短，則物料體系粘度迅速增大，流動(dòng)性變差，可造成表面有氣孔。凝膠時(shí)間一般控制在55-65s。但凝膠時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)。否則，如果模具的密封性達(dá)不到要求，會(huì)造成原料浪費(fèi)。