硬质聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性的影响因素及控制方法

赵巧光

摘 要：文章针对硬质聚氨酯泡沫塑料在使用中尺寸稳定性的重要性，重点阐述了影响因素及其控制方法。因此研究硬质聚氨酯泡沫尺寸稳定性的影响因素及控制方法有着重要的意义。

关键词：硬质聚氨酯泡沫塑料；尺寸稳定性；影响因素；控制方法

硬质聚氨酯泡沫塑料是由多异氰酸酯（俗称黑料）和组合聚醚（俗称白料）按一定配比合成的高分子化合物，具有质量轻、比强度高、绝热、隔音、防震、抗冲击等优良性能，因而广泛用于工业制造、建筑、包装、运输等行业，并在现代国防工业中发挥着重要作用。由于硬质聚氨酯泡沫塑料具有优良的加工成型性能，因此可以用来制作用于减震、支承、固定的硬质聚氨酯泡沫塑料结构件，来代替一些金属结构件，这种聚氨酯结构件既满足实际使用的力学性能，又具有易成型加工的优势，但是由于这种结构件属于非金属材料，在生产中其尺寸稳定性受黑白料的配比、发泡时的模温、料温和环境温度、发泡完成后的固化温度和固化时间、黑白料的充分混合、白料（聚醚多元醇）的组分等多种因素影响；在使用中其尺寸稳定性又会随环境的温度、湿度等产生变化，对长期使用带来不利影响，因此研究硬质泡沫塑料制品尺寸稳定性的影响因素及控制方法有着重要意义。

硬质聚氨酯泡沫塑料的尺寸稳定性是指板材尺寸变化的程度也就是板材在纵、横、厚度三个方向上的伸长或收缩程度。翘曲是指在一定条件下板材隆起的高度，主要指板材在厚度方向上凸凹形变与平面之间的高度差。尺寸的变化常体现为泡沫开裂或脱落，而这些必然会影响其正常使用。

1 影响因素

1.1 黑白料的配比

泡料的发泡配比（也称流量比，即发泡过程中组合聚醚与异氰酸酯用量的比值）是一个决定发泡料物理性能的重要参数。发泡料配比的变化，一旦超出一定的工艺范围，会对泡沫质量（如泡沫的形稳性、闭孔率、导热系数、压缩强度等）有很大的影响，这会对产品的外观质量和整体性能造成较为严重的后果。所以在实际生产过程中一个合理稳定的发泡配比范围，对产品的正常生产起着至关重要的作用。

1.2 在发泡时的模温、料温和环境温度

料温、模温和环境温度均影响反应速度和物料粘度，故保证以上温度稳定是产品质量稳定的必要条件。最适宜环境温度20-30℃；料温20-30℃或稍高一点，或适当控制调节催化剂用量；模温40-50℃，模温过低则化学反应缓慢，泡沫固化时间长，发泡倍率小，密度大，表皮厚；模温过高则固化时间太短，反应不充分，同时，模具内表面光洁度要好。

1.3 发泡完成后的固化温度和固化时间

模具内发泡，脱模前模具与制品一起放在较高温度环境熟化，让化学反应进行完全，脱模时间太短，熟化不充分，泡沫会变形，导致被填充厢体的外壁凹凸不平甚至壁板与泡沫体剥离。例如脱模后有的制品会发出脆响，就是熟化不充分的结果，泡沫体积停止膨胀标志发泡过程结束，熟化过程开始，至泡沫体不再上升，再留10-15分钟，方可脱模。同时，初始发泡料最好保证3%-5%的过量填充。

1.4 黑白料的充分混合

黑白料混合均匀，泡孔细而均匀，否则泡孔粗且不均匀，甚至局部出现化学组成不符合配方要求，组分不均则环境变化必然导致形变。

反应物料要充分混合，且要在达到乳白时前浇入模具，搅拌时间仅有40-50秒，因此必须提高混合效率，尤其手工浇注发泡，搅拌器（螺旋或者涡轮式）应有足够的功率和转速。低压发泡机搅拌器转速2800转/分，手工搅拌1000转/分。机械发泡，发泡料的乳白时间（从物料混合开始到混合后物料发白为止，表示泡沫的反应特性，不同的配方有相应的最佳乳白时间。）远比搅拌式混合的短，所以生产大块泡沫最好选用大输出量发泡机。

1.5 白料的组分

特种高官能度聚醚复配使用，使泡沫形成立体网状结构，可以大大提高泡沫耐低温性能；高官能度交联剂的使用也大大提高了泡沫的尺寸稳定性；相反，若聚醚中含有大量二官能度成分，反应后形成的大量的线性分子结构在低温情况下则很难稳定；若选用的聚醚，生产阶段采用强碱催化，反应彻底，使聚醚保持较高反应率，即在与黑料接触时能反应的较为完全。

白料除了主要原料聚醚多元醇外，還包括催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、阻燃剂等必不可少的辅助原料。不同厂家提供的白料中的催化剂和稳定剂不同，会形成启发时间与固化时间的差别，对成型后的收缩有很大的影响。

发泡剂用量太多泡沫体太软或泡沫疏松，发泡剂用量太少泡沫体太硬泡孔粗大，都会影响泡沫尺寸稳定性。

泡沫稳定剂当用量正确时，可使泡沫自然开孔，并使泡沫从发泡上升到完全固化前保持稳定。用量太少，泡沫将部分或全部塌泡；但用量太多，泡沫会出现小裂纹或开裂，同样会影响尺寸稳定性。

1.6 温度、湿度的影响

在气温变化（比如春秋季节、尤其北方）以及零件温度变化时，会导致收缩变化。高密度泡沫的尺寸随温度、湿度的增加而增大，同时湿度对泡沫尺寸的影响比温度显著，由于水分渗透进入泡孔，造成溶涨效应，随着湿度的增加，泡沫的重量也同时增加。

另外，密度越高，尺寸随温度变化越小，特别是温度在45℃以内，泡沫密度几乎不影响尺寸随温度的变化，因此，尺寸稳定性与密度并无直接联系。

2 控制方法

在原料来源稳定可靠、配方科学合理的前提下：

（1）控制作业环境和原料储存温、湿度，并能根据环境变化对配方做合理的微调；（2）通过高温熟化，即在60-80℃的温度环境中，时效7至8天，可以有效地降低收缩对成品的影响。长期库存的成品，也会受到多种因素的影响，尤其是在温度变化比较大的时候，产生缩料的情况。高温熟化时效处理，可以减少变形的影响；（3）加大促进凝胶效应的催化剂的量，同时相应调整泡沫稳定剂的量，提高产品的强度，防止尺寸收缩；（4）混合不良时，对于高压发泡机，应适当提高注射能力和清理混炼室；对于低压发泡机，应适当提高搅拌机的转速和清理注料嘴；对于手工操作，应适当增加搅拌时间。

参考文献

[1]聚氨酯中国95国际会议论文集[C].

[2]朱吕民.聚氨酯合成材料[M].江苏科学技术出版社.