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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 聚氨酯弹性体工艺流程名师归纳总结 一、聚氨酯弹性体的概述第 1 页,共 13 页二、聚氨酯弹性体的主要原料三、聚氨酯弹性体主要生产设备四、模具的加工五、聚氨酯弹性体生产工艺流程六、生产过程中留意事项- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 一、聚氨酯弹性体的概述所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温,扯断伸长率 50%,外力撤出后复原性比较好的高分子材料, 而玻璃化温度高于室温的高分子材料称为塑料；在弹性 体中,其扯断伸长率较大（200% ）、100% 定伸应力较小（如30Mpa ）、弹 性较好的可称为橡胶；所以弹性
2、体是比橡胶更为广泛的一类高分子材料；聚氨酯弹性体, 又称聚氨酯橡胶, 是一类在分子链中含有较多的氨基甲酸酯（ -NHCOO-）特性基团的弹性聚合物材料；它们通常由多异氰酸酯和低聚物多 元醇以及多元醇或芳香族儿二胺等制备；聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类,其原材料品种繁多, 配方各种各样,可调范畴很大；聚氨酯弹性体硬度范畴很宽,低至绍尔 A10 以下的低模 量橡胶,高至绍尔 D85 的高抗冲击橡胶弹性材料；所以聚氨酯弹性体的性能范 围很宽,是介于从橡胶到塑料的一类高分子材料；二、聚氨酯弹性体主要原材料聚氨酯弹性体用的原料主要是三大类,即低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩 链剂（交联剂）；除此之外
3、,有时为了提高反应速度,改善加工性能及制品性能,仍需加入某些协作剂；下面只对生产的聚氨酯鞍座所用原材料进行详细描述；反应过程：多元醇与二异氰酸酯反应, 制成低分子量的预聚体； 经扩链反应,生成高分子量聚合物；然后添加适当的交联剂,生成聚氨酯弹性体；其工艺流程 如下：扩链剂多元醇预聚体浇注硫化二异氰酸酯2.1 低聚物多元醇名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度较低,通常为2 或 23. 相对分子质量为 4006000 ,但常用的为 10002000. 主要品类有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚
4、-己内酯二醇、 聚丁二烯多元醇、 聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇等；它们在 合成聚氨酯树脂中起着特别重要的作用；一般可通过转变多元醇化合物的种类、分子量、官能度与分子结构等调剂聚氨酯的物理化学性能；2.1.1 聚酯多元醇 聚酯多元醇简称聚酯, 是聚氨酯弹性体最重要的原料之一；它是由二元羧酸 和多元醇缩聚而成,最常用的二元羧酸是己二酸,最常用的多元醇有乙二醇、丙 二醇、丁二醇、二乙二醇；此外,一些特殊聚酯仍用戊二醇、乙二醇、三羟甲基 丙烷、甘油等多元醇； 由于可用的多元醇品种多, 所以聚酯的分子结构多种多样,品种牌号也较多；为了得到端羟基聚酯,必需用过量的多元醇与二元羧酸反应；一般采纳间歇法生产聚
5、酯； 其反应过程分为酯化反应和酯交换反应两个阶段；生 产装置大同小异,一般工艺流程,主要设备包括缩合釜、分馏冷凝器、冷凝器、计量罐、真空系统、加热冷却系统和掌握系统； 整个系统的气密性要求特别严格；缩合釜搅拌轴可采纳端面机械密封； 加料次序先加多元醇和协作剂, 后加已二酸,然后充氮；酯化反应从加热升温开头到22025 0后约 1h 基本完成；此阶段主要是常压脱水过程,生成低分子聚酯和缩合水；当升温到 135左右时酯化反应最猛烈,生成大量缩合水；由于缩合水的蒸发会发生大量气泡上升,用 1,4- 丁二醇和 1,6- 乙二醇为原料时气泡尤为猛烈；此时应准时调剂加热功率,掌握冷凝器出水速度, 防止大量
6、水蒸气将大量分子多元醇带出分馏冷凝器；猛烈反应过后,维护相宜的出水速度,逐步将反应温度升到220250 . 当酸值降至30mgKOH/g左右或出水量约等于理论水量时,由于混合物中的羟酸很少,酯化难 以连续进行,出水基本停止,酯化反应阶段基本终止；本次聚氨酯鞍座中所选用的低聚物多元醇为聚酯多元醇,牌号为 ODX-218, 分子量 2000；2.2 多异氰酸酯 多异氰酸酯品种也不少,但产量最大的只有两种,即二苯基甲烷二异氰酸酯（ MDI）及其聚合物多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和甲苯二异氰酸酯名师归纳总结 （TDI ）；多异氰酸酯我们采纳德国拜耳的TDI-100 ；第 3 页,共 13 页-
7、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - TDI 是以甲苯为基本原料,用硝酸和硫酸的混合物进行硝化生成二硝基甲苯,然后溶于甲醇中, 在雷尼催化剂和 1520Mpa 的氢气压下进行加氢仍原成甲苯二胺（ TDA ）,在经光气化制得的；甲苯硝化的第一阶段生成邻位、对位、间位三种硝基甲苯异构体混合物,且其含量分别为 55%60%、35%40% 和 2%5%；异构体的含量几乎不受反应条件的影响；将上述单硝基甲苯混合物进行不硝化生成 2,4- 二硝基甲苯和 2,6 二硝基甲苯,其比例为 80/20 ,再经仍原和光化制得80/20TDIT-80 ；如单硝基甲苯混合物现经结晶分
8、别出纯的邻位和对位单硝基苯,再分别进行其次次硝化和仍原,光化,可制得 65/35TDIT-65 和纯 2,4-TDI （T-100）；生产过程见下图：化学反应方程式：异氰酸酯的反应是有有机酸酯与氰酸钾而得：名师归纳总结 R2SO4+KCN O2RNCO+K2SO 4第 4 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 甲苯硝基甲苯异构体混合物结晶 结晶80%2,4-二硝基甲苯20%2,6 二硝基甲苯邻硝基甲苯80%2,4-二硝基甲苯对硝基甲苯65%2,4-二硝基甲苯2,4-二硝基甲苯35%2,6-二硝基甲苯20%2,6-二硝基甲苯2,4-二氨基甲苯
9、65%2,4-二氨基甲苯粗 T-80 35%2,6-二氨基甲苯T-80 粗 T-100 粗 T-65 T-100 T-65 TDI 产品中 T-80 占绝大部分,主要用于软质泡沫塑料,约占软质泡沫塑料产量的 31.5%,其次是聚氨酯涂料、胶粘剂和弹性体,T-100 产量主要是用于生产聚氨酯预聚体及聚氨酯弹性体；T-65 基本上不生产了被T-80 代替；2.3扩链剂与交联剂扩链剂与交联剂是具有不同化学作用的助剂,在聚氨酯弹性体的合成中,扩链剂参与化学反应,是聚合物分子增长、延长；交联剂参与化学反应,不仅使 聚合物分子增长、 延长,同时仍能在聚合物链中产生支化, 产生肯定的网状结构,进行交联反应,
10、 一般扩链剂多为二元醇或二元胺类化合物；二元以上醇类和胺类 化合物就具有扩链和交联的双重功能；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 聚氨酯弹性体制备中所需的扩链剂和交联剂都有肯定的要求,特殊要求含水 量低于 0.1% ,如达不到该指标都要进行处理；一般使用的二元胺类扩链剂都是芳香族的,最常用的是 3, 3 -二氯 -4,4 -二苯基甲烷二胺（商品名为 MOCA ）；MOCA 是聚氨酯弹性体的扩链剂和交联剂,特殊是对于浇注型聚氨酯弹性 体一般都用它,在 MOCA 的结构中氨基邻位苯环上的氯原子取代基,使氨基电 子云密度增
11、加, 降低了氨基与异氰酸酯的反应速率,从而延长了釜中寿命,这对 于浇注聚氨酯弹性体制品是极其重要的；我们加工浇注制品时,通常将MOCA 的用量掌握在理论用量的90% 上下,其目的就是要使加工的制品具有相当的交联密度,耐溶胀等性能；以改善制品的压缩永久变形和本次聚氨酯弹性体所选用的MOCA 是苏州湘原型MOCA.2.4 其他助剂助剂是橡胶工业的重要原料,用量虽小,作用却甚大,聚氨酯弹性体从合成到加工应用都离不开助剂； 聚氨酯弹性体助剂种类许多, 可依据制品的不同要求 适量加入；下面简洁描述聚氨酯鞍座所用到的主要助剂；2.4.1 脱模剂它是生产聚氨酯弹性体制品时离不开的操作助剂；聚氨酯是强极性高分
12、子材料,它与金属和极性高分子材料的粘结力很强,不用脱模剂, 制品很难从模具中 脱出；常用的脱模剂共有四种：第一类是硅橡胶、硅酯,用甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、汽油等溶剂溶配成 溶液,涂擦或喷涂在模具中；硅油也可做脱模剂,不过在热压硫化时不够抱负；其次类是水做溶剂的新产品；第三类是常压下用的脱模剂,像液体石蜡、真空泵油、凡士林等；第四类脱模机就是内脱模剂；2.4.2 着色剂 聚氨酯弹性体制品五光十色, 美观大方的外观靠的是着色剂； 着色剂有两种,名师归纳总结 有机染料和无机颜料, 有机染料大部分用于热塑性聚氨酯制品中,装饰美化注射第 6 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 -
13、- - - - - - - - 件和挤出件； 弹性体制品的着色一般有两种方式：一种是将颜料等助剂和低聚物多元醇研磨成色浆母液,然后将适量的色浆母液与低聚物多元醇搅拌混合匀称,再经加热真空脱水后与异氰酸酯组分反应生产制品,如热塑性聚氨酯色粒料和彩色铺装材；另一种方法是将颜料等助剂和低聚物多元醇或增塑剂等研磨成色浆或 色膏,经加热真 空脱水,封装备用；使用时,将少许色浆加入预聚物中,搅拌匀称后再与扩链交联剂反应浇注成制品；此法主要用于MOCA 硫化体系,色浆中颜料含量约占10% -30%,制品中色浆的添加量一般在0.1%以下；三、聚氨酯弹性体主要生产设备浇注型弹性体制品具有承载才能大,抗撕裂强度高
14、,耐磨、耐油和硬度可调节范畴广的特点； 依据不用的原材料和工艺条件,设计制造适于聚氨酯弹性体的生产设备；3.1 反应釜3.1.1 用途 用于聚酯（聚醚）多元醇脱水和预聚体聚合、脱泡,是聚氨酯橡胶生成的重要设备之一；反应釜型号规格为2.5T, 数量2台；3.1.2 操作方法 反应釜结构一般采纳不锈钢内胆,附加热夹套及外包聚氨酯硬泡绝热层的三层结构反应釜, 附有搅拌、电加热油循环及控温系统,真空缓冲罐及真空泵系统； 反应釜上有进料、 出料、观看、测温及真空、安全放空及抽真空等工艺管孔,其容积由要求的产量而定；常用容积有80L、120L、200L等；3.2 弹性体浇注机3.2.1 用途 可用于 TD
15、I、MDI 等预聚体的胺交联或醇交联体系的 CPU 制品生产,与人工浇注相比,浇注机浇注质量稳固,生成效率高；弹性体浇注机型号为 CPU20F 两组份系列 ,数量 5 台3.2.2 操作方法 预聚体和扩链剂的混合方式可分为手工和机械两种；在批量较小时,多采纳手工、间歇式混合,所用容器依据预聚体数量挑选,混合时必须依据预聚体、 扩链剂的品种, 活性基团含量及温度, 考虑反应放热的猛烈程度、釜中寿命以及制品所需要的数量等因素,酌情确定预聚体的加入量； 这是由于预聚体和扩链剂反应为放热反应,在它们混合时会放出大量的热,加速反应时系统黏度急剧上升,原料数量越多,反应让热越猛烈,黏度上升越快,物料上升越
16、困名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 难；因此,在使用手工混合数量较大的预聚体和扩链剂时,常会显现混合胶料倒不出来的现象,有时虽然将就倒入模腔,但因物料局部过热, 也会对制品性能及 其均一性造成肯定影响；由于上述缘由, 对大量的教主聚氨酯生产均采纳机械连续混合方式,进行预 聚体和扩链剂的连续混合、连续浇注操作；典型的机械混合设备即浇注机；3.3 真空泵3.1 用途用于对所制得的聚氨酯预聚体真空脱气泡；真空泵型号为X-15,数量 3台；3.2 操作方法 预聚体进行升温加热后,对其抽真空脱气泡,只有充分混合 后尽量将预聚
17、体中的气泡抽出,制得的产品才能够达到预期的物理和化 学性能,制得的产品才能够合格；3.4 预熟化加热设备 4.1 用途： 用于模型预热和聚氨酯的定型、硫化等程序；该设备一般有为卧式烘箱和硫化平板,可视模具的大小而 4.2 操作方法 定制品所需成型压力,其中,卧式烘箱操作简洁,现主要介绍硫化平板 的使用方法；第一,依据工艺条件,调剂液压系统的工作压力和热板的加热温度,将模具清理后置于热板上进行预热；检查所需半成品胶料；从热板上取下模具,打开上模将胶料注入模具型腔,将上模板放到模具 上并置于热板上；留意模具应放置在热板中心位置；启动油泵电机,升 起热板进行合模,并保压硫化；3.5 试验机 能满意用
18、户多需要的工艺条件（粘度、压力、温度、混合比及吐出量 等）；主要有拉力检测仪、耐磨检测仪、耐老化检测仪等；四、模具的加工 4.1.模具 模具的加工是制作聚氨酯弹性体另一较重要的部分；制得产品尺寸是否合格 完全由模具来表达,所以模具的加工也不能小视；模具是由钢材、铝制作的,为了延长模具的寿命,最好使用渗碳钢；也可用 固体聚氨酯、硅橡胶、聚酯或环氧树脂、玻璃纤维增强塑料等来制作模具；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 用钢材、铝和渗碳钢加工模具,建议在两块平行的模板之间开设如干 0.1mm 的气眼,以利于气泡准时排出；4
19、.2.收缩率 全部类型的聚氨酯弹性体脱模后均会产生某些收缩现象,其标准收缩率范畴 是 0.9%2.0% ,所以在制作模具时应对此加以考虑；特殊是对那些精密机械的弹性体,设计模具时应精确地运算出制品的收缩余量；4.3.钢制模具的清理和清洗 一般清理模具上的黏着物时, 用铜制小边铲轻轻去除黏结物；需要清洗的模 具,先用水洗,再用汽油或丙酮等有机溶剂擦洗,干燥后涂覆脱模剂放置备用；4.4.聚氨酯弹性体的后硫化 聚氨酯弹性体的后硫化也叫陈化； 不管是 TPUR, 仍是 MPUR 和 CPUR 的试 片,不能硫化后就去测试, 肯定要进行后硫化, 一般试片的户硫化条件为 6080 下 1624h 或室温下
20、防止 710 天后再进行测试；后硫化后测试的性能是稳固的；同样, PUR 的各种制品也是应当经过后硫化后才能使用的；五、聚氨酯弹性体生产工艺流程聚氨酯弹性体的制造一般采纳两种工艺路线：预聚法和一步法； 浇注型弹性体多采纳二步法（预聚体法） ,少部分采纳一步法（如低模量产物） ；浇注型聚氨酯弹性体（简称CPU ） 是聚氨酯弹性体中应用最广、产量最大的一种；进行浇注和灌注成型,可灌至各种复杂模具的制品；5.1 一步法预聚体的合成聚氨酯浇注胶 CPUR 一步法合成是将聚合物二元醇、二异氰酸酯和扩链剂放在一起,经充分混合后浇入磨具中加热固化,化温度条件为 10 0下 3-24h,详见如下图：待尺寸稳固
21、后进行后硫化, 后硫名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 聚合物二元醇二异氰酸酯充 分 混模升扩链剂合 后 脱具温泡催化剂或阻聚剂后硫化脱模一步法合成 CPUR 一般物性不佳,只有在聚合物多元醇类的羟值2 时,或多异氰酸酯的 -NCO 数 2 时,用一步法合成最合适,如软泡塑料和硬泡塑料 等,采纳一步法； 聚合物多元醇及多异氰酸酯的羟基数都等于 2 的原料, 最好采 用预聚合物合成 CPUR ；5.2 二步法预聚体的合成 制作较大的聚氨酯制品时,单纯用多异氰酸酯和聚合物多元醇一步法反 应,要放出大量的热,使制品内部受热
22、老化,同时分解放出低分子物,使制品内部形成泡沫,制品变成废品；所以特大件浇注型聚氨酯制品不能用一步法进行生产； 由预聚体预聚法合成聚氨酯浇注胶制品,生产过程中操作平稳,没有过热现象；所以本产品采纳二步法（预聚法）合成；将聚合物二元醇和二异氰酸酯制成预聚体放在一起充分混合,经真空脱泡后 注入模具注入模具固化,而后硫化得产品,详见如下图：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 聚酯多元醇预聚体（ AOBO 聚氨酯胶）TDI-100 注：用户可依据自己的操作条件和体会,适当增减其中的程序,以保证提高生产效率或提高产品的精度；
23、名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一将聚酯在 130下减压脱水, 将脱水的聚酯原料 （60时）加入到盛有协作量 TDI-100 反应容器内,在充分搅拌的情形下合成预聚体；合成反应是放热的,应留意掌握反应温度在 75-82范畴内,反应 2h 即可；然后将合成的预聚体置于 75真空干燥箱内,并且抽真空脱气 2h 后备用；然后将预聚体加热到100,并抽真空（真空度 -0.095mpa ）脱气泡,称取交联剂 MOCA, 用电炉加热 115 熔化,模具涂上相宜的脱模剂预热（100）,脱气后的预聚体和熔化后的 MOCA 混
24、合,混合温度 100 ,并搅拌匀称,将搅拌匀称后的混合物再次抽真空脱气泡,将搅拌匀称脱完气泡的混合物,快速浇注到已经预热的模具中,得混合物不流淌或不粘手（凝胶状）时,合上模具,置于硫化机中进行模压硫化（硫化条件：硫化温度120-130 ,硫化时间,对于大而厚的弹性体,硫化时间在 60min 以上,对于小而薄的弹性体, 硫化时间在 20min ）,后硫化处理,将模压硫化后的制品放在90-95 （特殊情形下可在100 ）烘箱内连续硫化 10h,然后在室温放置7-10 天完成熟化,最终制的成品；依据以上加工过程, 可推算出一副聚氨酯弹性体模具,每天产能最多可达到8 个/天；六、聚氨酯弹性体加工过程中
25、操作要点6.1 温度掌握合成预聚体时, 温度掌握在 75-82 之间,高了会使合成的预聚物性能下降,低了会延长聚合时间；与 MOCA 混合时的预聚体温度掌握在 90-110 之间,高了会降低产品硬度和强度,低了会增大聚合物的黏度,不利于浇注操作；硫化时间掌握在 130,高了会使 MOCA 分解,不利于交联反应,同时会增加其他副反应；低了会延长模压成型时间；MOCA 的熔化温度,掌握在刚融解为液体即可,不能连续加热,否就液体 MOCA 的颜色变深、分解,影响制品性能；6.2 时间掌握 合成反应 2h,间歇式抽真空 2h 即可；然后密封后置于常温下储存,预聚体 合成在 75下不能超过 4h ,更不
26、能在高温 100下超过 2h,否就会降低产品的 性能；浇注要在 1-2min 内完成,由于预聚体和 MOCA 混合后稳固期很短, 一般 只有 4-5min ,否就混合物凝固就无法进行浇注；模压硫化时间针对产品的外形名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 和大小而定,一般在 15-30min 之间,要保证制品模压成型；遇到大件产品,时 间要更长,需要 2-3h；6.3 预聚体的脱气 脱气的好坏是浇注聚氨酯弹性体制造成败的关键；一般需要掌握 2 个环节,预聚体合成后在静置时, 75真空脱气, 将预聚体中大部分气体除去； 预聚体与MOCA 混合之前, 需要加热到 100-110 ,高温脱气；同时抽真空 （-0.095mpa ）脱气 10min ,而后取出搅拌一下将底部气泡翻到上边,再抽真空脱气 10min ,将 预聚体中的气体排出洁净才能与硫化剂混合浇注产品；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页