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聚氨酯彈性體的生產(chǎn)工藝及流程
發(fā)布時(shí)間：3/1/2024   來源：重慶博誠塑膠制品有限公司  閱讀：799次
       聚氨酯彈性體，又稱作聚氨酯橡膠，是在分子鏈中含有較多的氨基甲酸酯(-NHCOO-)性基團(tuán)的彈性聚合物材料。它們通常由多異氰酸酯和低聚物多元醇以及多元醇或芳香族兒二胺等制備。

       聚氨酯彈性體是彈性體中比較殊的大類，其原材料品種繁多，配方各種各樣，可調(diào)范圍很大。聚氨酯彈性體硬度范圍很寬，低至紹爾A10以下的低模量橡膠，高至紹爾D85的高抗沖擊橡膠彈性材料。所以聚氨酯彈性體的性能范圍很寬，是介于橡膠到塑料之間高分子材料。

       一、聚氨酯彈性體生產(chǎn)原料
       聚氨酯彈性體用的原料主要是三大類，即低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑(交聯(lián)劑)。除此之外，有時(shí)為了提高反應(yīng)速度，改善加工性能及制品性能，還需加入某些配合劑。

二、聚氨酯彈性體生產(chǎn)分類
聚氨酯彈性體按其制品加工方法可分為三大類：
澆注型（CPU-casting polyurethane）：在加工成型前為粘性的液體，其制品成型即可加壓硫化或常壓硫化；即可熱固化又可常溫固化；即可手工澆注又可用機(jī)器連續(xù)澆注成型。所以澆注成型尤其適用于大型彈性體制品的生產(chǎn)。
熱塑性（TPU-thermoplastic polyurethane）：產(chǎn)品通常的成型方式采用類似塑料的工藝，如注塑、擠出和壓延等。

混煉型（MPU-millable polyurethane）：采用通用的橡膠加工設(shè)備生產(chǎn)制品。

 

三、聚氨酯彈性體生產(chǎn)設(shè)備
澆注型彈性體制品具有承載能力大，抗撕裂強(qiáng)度高，耐磨、耐油和硬度可調(diào)節(jié)范圍廣的點(diǎn)。根據(jù)不用的原材料和工藝條件，設(shè)計(jì)制造適于聚氨酯彈性體的生產(chǎn)設(shè)備。
1、反應(yīng)釜
1）用途：用于聚酯(聚醚)多元醇脫水和預(yù)聚體聚合、脫泡，是聚氨酯橡膠生成的重要設(shè)備之。反應(yīng)釜型號規(guī)格為2.5T，數(shù)量2臺。
2）操作方法：反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)般采用不銹鋼內(nèi)膽，附加熱夾套及外包聚氨酯硬泡熱層的三層結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜，附有攪拌、電加熱油循環(huán)及控溫系統(tǒng)，真空緩沖罐及真空泵系統(tǒng)。反應(yīng)釜上有進(jìn)料、出料、觀察、測溫及真空、安放空及抽真空等工藝管孔，其容積由要求的產(chǎn)量而定。常用容積有80L、120L、200L等。
2、彈性體澆注機(jī)
1）用途：可用于TDI、MDI等預(yù)聚體的胺交聯(lián)或醇交聯(lián)體系的CPU制品生產(chǎn)，與人工澆注相比，澆注機(jī)澆注質(zhì)量穩(wěn)定，生成率高。彈性體澆注機(jī)型號為CPU20F(兩組份系列)，數(shù)量5臺
2）操作方法：預(yù)聚體和擴(kuò)鏈劑的混合方式可分為手工和機(jī)械兩種。在批量較小時(shí)，多采用手工、間歇式混合，所用容器根據(jù)預(yù)聚體數(shù)量選擇，混合時(shí)必須根據(jù)預(yù)聚體、擴(kuò)鏈劑的品種，活性基團(tuán)含量及溫度，考慮反應(yīng)放熱的激烈程度、釜中壽命以及制品所需要的數(shù)量等因素，酌情確定預(yù)聚體的加入量。這是因?yàn)轭A(yù)聚體和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在它們混合時(shí)會放出大量的熱，加速反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)黏度急劇上升，原料數(shù)量越多，反應(yīng)讓熱越激烈，黏度上升越快，物料。上升越困難。因此，在使用手工混合數(shù)量較大的預(yù)聚體和擴(kuò)鏈劑時(shí)，常會出現(xiàn)混合膠料倒不出來的現(xiàn)象，有時(shí)雖然勉強(qiáng)倒入模腔，但因物料局部過熱，也會對制品性能及其均性造成定影響。
因?yàn)樯鲜鲈�，對大量的聚氨酯生產(chǎn)均采用機(jī)械連續(xù)混合方式，進(jìn)行預(yù)聚體和擴(kuò)鏈劑的連續(xù)混合、連續(xù)澆注操作。典型的機(jī)械混合設(shè)備即澆注機(jī)。
3、真空泵
1）用途：用于對所制得的聚氨酯預(yù)聚體真空脫氣泡。真空泵型號為X-15，數(shù)量3臺。
2）操作方法：預(yù)聚體進(jìn) 行升溫加熱后，對其抽真空脫氣泡，只有充分混合后盡量將預(yù)聚體中的氣泡抽出，制得的產(chǎn)品才能夠達(dá)到預(yù)期的物理和化學(xué)性能，制得的產(chǎn)品才能夠合格。
4、預(yù)熟化加熱設(shè)備
1）用途：用于模型預(yù)熱和聚氨酯的定型、硫化等程序。
2）操作方法：該設(shè)備般有為臥式烘箱和硫化平板，可視模具的大小而定制品所需成型壓力，其中，臥式烘箱操作簡單，現(xiàn)主要介紹硫化平板的使用方法。先，根據(jù)工藝條件，調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力和熱板的加熱溫度，將模具清理后置于熱板上進(jìn)行預(yù)熱。 檢查所需半成品膠料。從熱板上取下模具，打開上模將膠料注入模具型腔，將上模板放到模具上并置于熱板上。注意模具應(yīng)放置在熱板中央位置。啟動油泵電機(jī)，升起熱板進(jìn)行合模，并保壓硫化。
5、試驗(yàn)機(jī)
能滿足用戶多需要的工藝條件(粘度、壓力、溫度、混合比及吐出量等)。主要有拉力檢測儀、耐磨檢測儀、耐老化檢測儀等。

四、聚氨酯彈性體生產(chǎn)工藝流程
聚氨酯彈性體的制造般采用兩種工藝路線：預(yù)聚法和步法。澆注型彈性體多采用二步法(預(yù)聚體法)，少部分采用步法(如低模量產(chǎn)物)。
澆注型聚氨酯彈性體(簡稱CPU)是聚氨酯彈性體中應(yīng)用較廣、產(chǎn)量較大的種；進(jìn)行澆注和灌注成型，可灌至各種復(fù)雜模具的制品。

1、步法預(yù)聚體的合成
聚氨酯澆注膠(CPUR)步法合成是將聚合物二元醇、二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑放在起，經(jīng)充分混合后澆入磨具中加熱固化，待尺寸穩(wěn)定后進(jìn)行后硫化，后硫化溫度條件為100°C下3- 24h,詳見如下圖：

 

步法合成CPUR般物性不佳，只有在聚合物多元醇類的羥值＞2時(shí)，或多異氰酸酯的-NCO數(shù)>2時(shí)，用步法合成合適，如軟泡塑料和硬泡塑料等，采用步法。聚合物多元醇及多異氰酸酯的羥基數(shù)都等于2的原料，盡量采用預(yù)聚合物合成CPUR。

2、二步法預(yù)聚體的合成
制作較大的聚氨酯制品時(shí)，單純用多異氰酸酯和聚合物多元醇步法反應(yīng)，要放出大量的熱，使制品內(nèi)部受熱老化，同時(shí)分解放出低分子物，使制品內(nèi)部形成泡沫，制品變成廢品。所以大件澆注型聚氨酯制品不能用步法進(jìn)行生產(chǎn)。由預(yù)聚體預(yù)聚法合成聚氨酯澆注膠制品，生產(chǎn)過程中操作平穩(wěn)，沒有過熱現(xiàn)象。所以本產(chǎn)品采用二步法(預(yù)聚法)合成。
將聚合物二元醇和二異氰酸酯制成預(yù)聚體放在起充分混合，經(jīng)真空脫泡后注入模具注入模具固化，而后硫化得產(chǎn)品，詳見如圖：



3、聚氨酯彈性體生產(chǎn)流程
先將聚酯在130C下減壓脫水，將脫水的聚酯原料(60C時(shí))加入到盛有配合量TDI-100反應(yīng)容器內(nèi)，在充分?jǐn)嚢璧那闆r下合成預(yù)聚體。合成反應(yīng)是放熱的，應(yīng)注意控制反應(yīng)溫度在75C-82C范圍內(nèi)，反應(yīng)2h即可。然后將合成的預(yù)聚體置于75C真空干燥箱內(nèi)，并且抽真空脫氣2h后備用。
然后將預(yù)聚體加熱到100C，并抽真空(真空度-0.095mpa)脫氣泡，稱取交聯(lián)劑MOCA,用電爐加熱115C熔化，模具涂上適宜的脫模劑預(yù)熱(100C)，脫氣后的預(yù)聚體和熔化后的MOCA混合，混合溫度100C，并攪拌均勻，將攪拌均勻后的混合物再次抽真空脫氣泡，將攪拌均勻脫完氣泡的混合物，快速澆注到已經(jīng)預(yù)熱的模具中，得混合物不流動或不粘手(凝膠狀)時(shí)，合上模具，置于硫化機(jī)中進(jìn)行模壓硫化(硫化條件：硫化溫度120-130C,硫化時(shí)間，對于大而厚的彈性體，硫化時(shí)間在60min以上，對于小而薄的彈性體，硫化時(shí)間在20min),后硫化處理，將模壓硫化后的制品放在90-95C (殊情況下可在100C)烘箱內(nèi)繼續(xù)硫化10h,然后在室溫放置7-10天完成熟化， 后制得成品。
 
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