海绵发泡中的主要材料是什么(PU发泡工艺简介)

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篇首语:金鞍玉勒寻芳客,未信我庐别有春。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了海绵发泡中的主要材料是什么(PU发泡工艺简介)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

海绵发泡中的主要材料是什么(PU发泡工艺简介)


聚氨酯(PU)是一种新型的有机高分子材料,于 1937 年首先由拜耳在实验室合成,

二十世纪五十年代用于工业化生产,在六十年代得以迅速发展。因其卓越的性能而被广泛

应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建

材、汽车、国防、航天、航空等。

PU 材料可以应用于粘接剂,弹性体,涂料,发泡等,其中聚氨酯发泡根据其硬度及用

途可以分以下 3 种:

A:PU 软泡(Flexible PU),软泡主要用于家具行业的座椅、沙发、床垫垫材,制衣

行业的垫肩、文胸海绵,建筑行业的吸音降震隔层等。

B: PU 硬泡(Rigid PU), PU 硬泡主要应用于冷冻冷藏设备的保温层,常见的冰箱、冰

柜、冷库、冷藏车等,工业的运输管道,储存罐等。PU 硬泡在建筑材料上的优势是非常明

显的,可以做成防水材料,填缝堵漏。更大的用处是可以仿制成木材,具有强度高、韧性

好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点,强度可比天然木材高,密度可比

天然木材等,可替代天然木材制作各类高档制品。在欧美发达国家,建筑用聚氨酯硬泡占

硬泡总消耗量的 70%左右,是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上;在中国,硬泡在建筑业

的应用还不像西方发达国家那样普遍,所以发展的潜力非常大。

C:PU 半硬泡(Semi-rigid PU), PU 半硬泡吸能性泡沫体具有优异的减震、缓冲性能,良

好的抗压缩负荷性能及变形复原性能,其 典型的应用是用于汽车保险杠。另外汽车内饰

方向盘、扶手、头枕,主仪表板等均采用半硬发泡。其工艺采用在骨架与表皮之间填充 AB

料,达到骨架,表皮,与发泡料粘接,这种工艺生产出来的内饰件手感良好,纹理、光泽

均匀。广泛运用于高档乘用车,国内一些大型商用车也在尝试引用此种工艺做汽车内饰。

本文重点以汽车发泡主仪表板为例,介绍发泡工艺、发泡材料、发泡模具、设备,以

及质量状态控制要点。

图 1、某车型采用的发泡仪表板图 1、某车型采用的发泡仪表板

一、发泡材料介绍:

发泡材料包括 A 料和 B 料(即黑料和白料),A 料多元醇的-OH 集团和 B 料的-

NCO 基团发生反应形成高分子链的网络;H2O 与 B 料的-NCO 反应时产生气体 CO2

产生泡孔。

A 料(POL)是多种组分的混合物,基本成分如下:

a. 多元醇

b. 交联剂(调整硬度)

c. 表面活性剂(控制泡孔结构和大小)

d. 催化剂(胺)

e. 发泡剂(水)

f. 粘接剂,改善与表皮之间的粘接性能

g. 乳化剂 ,改善各组分的相容性

h. 泡孔稳定剂或开孔剂 ,(控制泡孔结构)

i. 其他成分(根据需要):包括阻燃剂、耐紫外、耐氧化,抗水解,颜料等。

存储条件:15-35℃可以稳定存储半年,低于 10℃时粘度高,各组分分层,长时间大

于 35℃,可能导致催化剂失效,反应活性降低。使用前需要预搅拌。搅拌需低速搅拌

40~60 分钟。

B 料(ISO):

在仪表板的应用中常采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),在常温下是一种淡黄的液体。

存储条件:15-35℃可以稳定存储半年,低于 15℃时发生结晶,造成设备过滤器、喷嘴

堵塞,大于 35℃发生聚合反应,改变化学物理性质,对空气中水的敏感,干燥密封保

存。


二、发泡设备介绍

图 2、发泡机构成示意图


A/B 料在各自的管路里不停循环,从料罐出来后,依次经过过滤器,高压泵,流量

计,混合头,然后再返回料罐,形成回路,见图 2 示意图。只有在需要浇料时,A/B 料

在流经混合头时混合头才会打开,两种料混合后开始反应发泡。

图 3、高低压循环压力,料流路径示意图

为了保证管路里面的料温度一致和防止管路堵塞,发泡机在没有生产时需要保持低

压循环,当需要浇料时转换到高压循环,待高压稳定后开始浇料,见图 3 示意图。

POL ISO 搅拌器 搅拌器

液位 液位

高压泵

混合头 液压单元

过滤器 过滤器

流量计 流量计

1、循环 (开始准备) 2、混合 3、 清洁

AB 料经过混合头在高压混合注入发泡模具里的,混合头在整个浇注系统是非常重

要的组成部分。

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发泡混合头工作示意动画

1、循环 设备在高压或者低压循环时,活塞 2 向前,料流经混合头时经过活塞内

的凹槽再流回料罐,形成回路。

2、混合 在浇料时,活塞 1 往上退,活塞 2 往后退,料在流经混合头时进入到混

合室,A/B 料在混合室内混合后再经过 90°进入到喷嘴,保证料的混合强度和防止料流

出后飞溅。

3、清洁 活塞 2 往前,料停止混合;活塞 1 向下清理掉壁上的料。

三、发泡模架

完整的发泡模架包括升降机构,翻转机构,模具快换系统、电气控制部分。

模架应能实现模具的开模,合模,角度翻转等动作;水电气接口,满足 HSE 要求等。

图 5、发泡仪表板模具模架图 5、发泡仪表板模具模架

四、发泡模具介绍

发泡模具的材质为铝,上下模具里有很多真空吸附孔,目的是为了让骨架和表皮

能很好的定位,否则发泡出的产品会出现棱角变形,发泡模具的密封方式有硬密封和

充气密封,硬密封不可调,充气密封可调,通过调整充气密封条的充气时间来调整溢

料和排气的效果,作用类似注塑模具的针阀。


表一、发泡模具的主要构成

6、充气密封条

当发泡料流动密封条处时,软管内充气膨胀,使得表皮和骨架贴合到一起起到密

封的作用;在发泡完成后,软管泄气,表皮和骨架分开能使里面的气体排出。

图 7、硬密封

硬密封采用在骨架上设计密封筋,在发泡时靠密封筋压在表皮上,起到密封

的作用,见图 7。

图 8、硬密封和充气密封条展示

红色为硬密封条 绿色为充气密封条

图 9、模具密封示意图

为了实现模具发泡的密封和排气功能,除了上面提到的密封结构外,还需要

模架的气垫共同来实现,它们的过程如下:

1) 在初始状态,模架气垫和充气密封条都是处于未充气状态;

2) 当开始生产,模具合模后气垫充气,密封条未充气,这样有利于空气的排

出;

3) 当发泡料流到密封条位置时密封条开始充气密封;

4) 发泡到一定程度需要排出发泡产生的气体,这是充气密封条和气垫依次放

气;

5) 放气完成后,气垫充气一直到发泡熟化完成,放气开模。


图 10、某汽车仪表板模具 图


五、发泡工艺介绍

发泡过程:

1. 浇料(开模/闭模)

2. 产生气体发泡

3. 排出模腔内空气

4. 发泡料充满整个型腔,密封条充气密封

5. 放气排出 CO2,(密封条放气、气垫放气)

6. 熟化

7. 脱模取出零件

在整个过程中需要严格控制温度,发泡料、骨架、表皮、模具、环境。


六、质量控制要点:

为了获得稳定的质量状态,PU 发泡生产厂房尽量保证恒温恒湿,骨架需要火焰处

里必须放置 4 小时以上才能使用,否则影响粘接力。在生产过程中要严格控制模具温

度及 A/B 料温,混合头压力、流量等参数。时间设置要严格控制密封条的充气时间,

放气时间,气垫充气时间,气垫放气时间,以及熟化时间。同时加强对员工操作培

训,对质量缺陷的识别等。每班生产必须进行杯测以验证设备材料的状态。

图 12、杯测图片

杯测的重要参数包括:起泡时间、拉丝时间、上升发泡、自由发泡密度。

七、总结:

为了保证产品质量,需要对模具、设备、人员培训、环境温度、原材料(发泡

料, 表皮,骨架)的监控,以及合理的结构设计。完整的发泡主仪表的生产除了发

此外,还包括搪塑,骨架注塑,火焰处理,表皮弱化,铣削,装配。每个环节对 后

的质量影响都是巨大的,所以在前期的项目策划必须科学合理。

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