湖南長(zhǎng)沙硬質(zhì)聚氨酯泡沫板材技術(shù)與應(yīng)用
近十幾年，新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，聚氨酯迅速應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，如冰箱、冷藏、建筑等行業(yè)。聚氨酯硬質(zhì)泡沫板材（簡(jiǎn)稱(chēng)PU硬泡）具有容重強(qiáng)度高、吸水率小、低溫或高溫尺寸穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、絕熱性能優(yōu)異等特點(diǎn)。尤其聚氨酯硬泡板材應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，使用方便，保溫效果良好。
1聚氨酯板材的種類(lèi)
聚氨酯發(fā)泡機(jī)在建筑板材方面，根據(jù)制品狀況聚氨酯板材可以分為普通聚氨酯板材、復(fù)合聚氨酯板材等類(lèi)型；依照發(fā)泡成型工藝情況又可以分為連續(xù)式板材和間歇式板材。
間歇式板材要求發(fā)泡料在較短暫的時(shí)間內(nèi)填充滿(mǎn)較薄的大體積模腔，要求發(fā)泡體系要具有優(yōu)異的流動(dòng)性、板材具有良好的密度分布和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性；連續(xù)式板材則要求發(fā)泡參數(shù)與生產(chǎn)線(xiàn)速度具有合適的配合性、后期具有優(yōu)異的脫模性等。針對(duì)以上的具體要求，我們采用特種聚醚材料、配合優(yōu)選的催化體系，研制出分別適于各種生產(chǎn)線(xiàn)情況的發(fā)泡料體系，在國(guó)內(nèi)部分知名企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上使用。
2特點(diǎn)
2.1穩(wěn)定性；重量輕，強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性好，我們生產(chǎn)間歇式板材，硬質(zhì)聚氨酯泡沫熟化一周后進(jìn)行泡沫性能檢測(cè)，泡沫性能如表1。
2.2 粘合力強(qiáng)；聚氨酯硬泡對(duì)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(shù)塑料材料都具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度。泡沫塑料和面材之間的粘接強(qiáng)度的大小直接影響復(fù)合板材的實(shí)用效果。
2.3 絕熱性能優(yōu)越
聚氨酯硬泡閉孔率高，導(dǎo)熱系數(shù)極低，因此聚氨酯硬泡在目前建筑材料中絕熱性能zui好。數(shù)據(jù)顯示，采用聚氨酯夾心板材后可比沒(méi)保溫隔熱的外墻節(jié)約60％作業(yè)的采暖費(fèi)以鋼板與硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合為例，復(fù)合板材的導(dǎo)熱性列于表3。
3生產(chǎn)與工藝
3.1間歇式板材
3.1.1注射式板材的生產(chǎn)
聚氨酯噴涂發(fā)泡機(jī)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(fā)泡機(jī)中的計(jì)量泵把聚氨酯兩種組分原料打入混合頭，混合均勻后，通過(guò)模具的注入孔把原料注入模具空腔。模具空腔已經(jīng)事先安放了面材。發(fā)泡熟化后，即可從模具中取出板材。
這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，適應(yīng)多品種生產(chǎn)。根據(jù)應(yīng)用上的需要，選用平面或凹凸形的面材作復(fù)合板材的表層，也可以應(yīng)用。這種方法生產(chǎn)板材時(shí)要注意調(diào)節(jié)發(fā)泡時(shí)間參數(shù)，對(duì)于不同長(zhǎng)度的板材要選用不同配方，才能滿(mǎn)足不同規(guī)格板材成型工藝的要求，對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的板材來(lái)說(shuō)，調(diào)整配方就很重要了。生產(chǎn)板材時(shí)，兩種組分原料注入模具后，必須完全充滿(mǎn)模腔后才能凝膠，否則，難以制成泡沫密度均一的制品，如果凝膠固化速度太快，有可能造成距離注射口近的地方填充密度過(guò)大，而距離注射口較遠(yuǎn)的地方填充不滿(mǎn)，造成空腔。這時(shí)，調(diào)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(tái)萬(wàn)華PM-200，這個(gè)組分是固定的。隨著PAPI用量增加，泡沫塑料的交聯(lián)度增加，其強(qiáng)度和剛度也隨之提高，但若PAPI用量過(guò)多，泡體將發(fā)脆，芯材容易產(chǎn)生裂紋。
首先選擇聚醚多元醇zui重要，聚醚多元醇是組成聚氨酯硬泡的基礎(chǔ)原料之一，它影響泡沫芯材的物理力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性和發(fā)泡工藝性能。根據(jù)起始劑、羥值和粘度確定聚醚型號(hào)后，聚醚中夾雜鉀離子的含量選擇低的。
泡沫穩(wěn)定劑選擇乳化能力強(qiáng)為宜。主要控制泡孔大小、維持泡孔的穩(wěn)定、防止泡孔崩塌。有機(jī)硅酮類(lèi)泡沫穩(wěn)定劑對(duì)此具有較好的作用,其用量可在1.5～2.5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))內(nèi)調(diào)節(jié)
發(fā)泡劑的種類(lèi)、用量對(duì)聚氨酯硬泡的密度、強(qiáng)度等物理性能有直接的影響。發(fā)泡劑不僅可以調(diào)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(fā)泡工藝，提高泡沫的流動(dòng)性，有利于泡沫成型?？紤]到可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，現(xiàn)在已經(jīng)限制使用對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重的CFC
聚氨酯噴涂設(shè)備選擇催化劑可選用延遲催化體系，使乳白時(shí)間與凝膠時(shí)間間隔時(shí)間較長(zhǎng)，有效提高發(fā)泡體系的流動(dòng)性，改善泡沫性能，以適合生產(chǎn)工藝操作。泡沫在腔體內(nèi)是否均勻、泡沫細(xì)膩程度、泡沫閉孔率高低等因素對(duì)板材的整體保溫性能有很大影響，這些因素關(guān)系到泡沫與腔壁粘接牢固程度，泡沫尺寸穩(wěn)定性等。
阻燃劑可以提高泡沫塑料的耐火性，但是阻燃劑在發(fā)泡過(guò)程中對(duì)泡沫有破壞作用，在保證提高阻燃效果的前提下，保證泡沫塑料的使用性能和尺寸穩(wěn)定性。
3.1.3箱式保溫板材的生產(chǎn)
采用類(lèi)似于箱式軟泡生產(chǎn)的模具，將組合聚醚輸送至箱式發(fā)泡機(jī)工作釜中，攪拌幾分鐘后送入發(fā)泡攪拌桶中，然后輸入計(jì)算好的異氰酸酯組分，高速攪拌30秒后，提起攪拌桶并同時(shí)打開(kāi)桶底蓋，使混合后的黑白料流入箱式模具中（模具表面涂有脫模劑或者表面鋪聚乙烯塑料薄膜），放置浮動(dòng)頂板，混合物進(jìn)行發(fā)泡。放置20min后，即可將箱體的四邊側(cè)板打開(kāi)，取出聚氨酯硬質(zhì)泡沫，自然熟化24h后進(jìn)行切割。
箱式保溫板材硬泡組合料的生產(chǎn)注意以下幾個(gè)方面：⑴選用高官能度聚醚多元醇；⑵水量應(yīng)控制在0.1％～0.5％之間，避免放熱過(guò)多引起泡沫燒芯；⑶控制組合料粘度不能過(guò)大，如果粘度過(guò)大，要選用延遲性催化劑，以適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌混合時(shí)間和乳白時(shí)間，有利于大量原料混合均勻，在大的模具中反應(yīng)完全，改善流動(dòng)性。⑷在配方確定的前提下，原料溫度是影響發(fā)泡速度的主要因素。一般應(yīng)控制料溫在15℃左右。料溫過(guò)高，反應(yīng)速度太快，在激烈的放熱情況下，加上聚氨酯泡沫本身的導(dǎo)熱系數(shù)低，積累的熱量不易被擴(kuò)散，大量的熱量集中會(huì)造成泡沫體燒芯。
在我國(guó)，冷藏保溫車(chē)需要大量廂板，需求量越來(lái)越大，廂體的主體材料是聚氨酯硬質(zhì)泡沫。河南冰熊冷藏車(chē)廠一直采用間歇式生產(chǎn)板材的方法。隨著國(guó)家對(duì)夾芯板產(chǎn)品安全環(huán)保性能及使用壽命要求大幅提高，預(yù)計(jì)未來(lái)5年，聚氨酯板材的需求量將達(dá)到3000萬(wàn)m3,市場(chǎng)份額超過(guò)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(zhì)聚氨酯泡沫塑料。硬泡被加工成一定形狀和尺寸后黏貼上面層材料就成為復(fù)合板材。聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)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(shí)留下的粉塵除干凈。減壓吸塵除粉方法較為有效。黏貼過(guò)程所加壓力大小和加熱程度隨膠粘劑種類(lèi)而異。有的膠粘劑內(nèi)含溶劑，預(yù)先鑒別這些溶劑是否會(huì)損壞硬泡和面層材料，玻璃纖維增強(qiáng)聚酯或環(huán)氧樹(shù)脂等增強(qiáng)材料能黏合于泡沫塑料上作面材。材料切割黏貼法的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)裝置較為簡(jiǎn)單，能制造曲面形板材，改變板材形狀與尺寸，均較方便與經(jīng)濟(jì)。制品通常用作建筑物上曲線(xiàn)部分構(gòu)件、船艇等運(yùn)動(dòng)器材。缺點(diǎn)是有邊廢料生成，浪費(fèi)泡沫塑料，增加一道黏貼工序比較麻煩，耗用勞動(dòng)力費(fèi)用較多。
3.2連續(xù)板材
連續(xù)化生產(chǎn)復(fù)合板材，能大大提高生產(chǎn)效率。水平式復(fù)合板材連續(xù)成型的過(guò)程：發(fā)泡機(jī)把原料均勻混合后，送到勻速移動(dòng)的面材上發(fā)泡，同時(shí)，上層面材合向泡沫塑料，生成上下兩面都帶面材的復(fù)合板材。作為面材的材料多數(shù)以鋁箔、金屬材料為主。在發(fā)泡傳輸過(guò)程中，泡沫在雙層加壓面板中熟化，按所需長(zhǎng)度切割，即可生產(chǎn)出所需規(guī)格的板材。
夾芯板的厚度可通過(guò)改變成型機(jī)上、下金屬板傳送帶之間的距離及側(cè)邊密封塊的厚度來(lái)調(diào)整。厚度可調(diào)范圍為20～250mm，傳送帶速度可在1.0～25m/min間根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)整，板材寬度也可根據(jù)需要在600～1200mm間調(diào)整。
板材連續(xù)復(fù)合成型生產(chǎn)中，反應(yīng)物料分布一定要均勻?；旌项^簡(jiǎn)單地往返澆注物料，在板材寬約1.25m時(shí)，生產(chǎn)速度一般限于9～10m/min。高于此速度，混合頭移動(dòng)換向時(shí)，反應(yīng)物料在板材邊緣處易過(guò)量。另外，往返速度過(guò)高，操作上不太安全。若用兩個(gè)以上混合頭聯(lián)合注料，雖能減少每一個(gè)混合頭的澆注量，但混合頭不往返移動(dòng)，固定在中央，連接一個(gè)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(xù)復(fù)合成型生產(chǎn)過(guò)程對(duì)溫度與一個(gè)泡沫塑料的反應(yīng)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(yīng)采用高粘度規(guī)格的聚合MDI。
目前，聚氨酯噴涂機(jī)我國(guó)有聚氨酯連續(xù)板材生產(chǎn)線(xiàn)大約五十多條。由于目前市場(chǎng)需求量以及其他因素影響，大多數(shù)連續(xù)板材生產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著市場(chǎng)需求增加以及技術(shù)更新，不久的將來(lái)連續(xù)板材成為主流生產(chǎn)方式。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種綜合性能優(yōu)良的建筑節(jié)能絕熱、保溫材料。聚氨酯板材根據(jù)生產(chǎn)工藝分為兩種方式，一種是間歇式板材，一種是連續(xù)板材。在應(yīng)用過(guò)程中，間歇式板材生產(chǎn)工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，在我國(guó)應(yīng)用比較廣泛；而連續(xù)式板材，目前我國(guó)只有五十幾條生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)量很大，廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)冷風(fēng)管等領(lǐng)域，但是設(shè)備投資巨大，從配方、原料、工藝和制造等方面有待加強(qiáng)研發(fā)力度，近幾年已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。隨著我國(guó)聚氨酯建筑節(jié)能等有關(guān)政策的完善，我國(guó)聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，前景將更加光明。
