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聚氨酯弹性体的生产工艺及流程
发布时间：3/1/2024   来源：重庆博诚塑胶制品有限公司  阅读：795次
       聚氨酯弹性体，又称作聚氨酯橡胶，是在分子链中含有较多的氨基甲酸酯(-NHCOO-)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殊的大类，其原材料品种繁多，配方各种各样，可调范围很大。聚氨酯弹性体硬度范围很宽，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，是介于橡胶到塑料之间高分子材料。

       一、聚氨酯弹性体生产原料
       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，有时为了提高反应速度，改善加工性能及制品性能，还需加入某些配合剂。

二、聚氨酯弹性体生产分类
聚氨酯弹性体按其制品加工方法可分为三大类：
浇注型（CPU-casting polyurethane）：在加工成型前为粘性的液体，其制品成型即可加压硫化或常压硫化；即可热固化又可常温固化；即可手工浇注又可用机器连续浇注成型。所以浇注成型尤其适用于大型弹性体制品的生产。
热塑性（TPU-thermoplastic polyurethane）：产品通常的成型方式采用类似塑料的工艺，如注塑、挤出和压延等。

混炼型（MPU-millable polyurethane）：采用通用的橡胶加工设备生产制品。

 

三、聚氨酯弹性体生产设备
浇注型弹性体制品具有承载能力大，抗撕裂强度高，耐磨、耐油和硬度可调节范围广的点。根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。
1、反应釜
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。反应釜型号规格为2.5T，数量2台。
2）操作方法：反应釜结构般采用不锈钢内胆，附加热夹套及外包聚氨酯硬泡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、观察、测温及真空、安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。
2、弹性体浇注机
1）用途：可用于TDI、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，浇注机浇注质量稳定，生成率高。弹性体浇注机型号为CPU20F(两组份系列)，数量5台
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，多采用手工、间歇式混合，所用容器根据预聚体数量选择，混合时必须根据预聚体、扩链剂的品种，活性基团含量及温度，考虑反应放热的激烈程度、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。这是因为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，反应让热越激烈，黏度上升越快，物料。上升越困难。因此，在使用手工混合数量较大的预聚体和扩链剂时，常会出现混合胶料倒不出来的现象，有时虽然勉强倒入模腔，但因物料局部过热，也会对制品性能及其均性造成定影响。
因为上述原因，对大量的聚氨酯生产均采用机械连续混合方式，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、真空泵
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。
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。
4、预熟化加热设备
1）用途：用于模型预热和聚氨酯的定型、硫化等程序。
2）操作方法：该设备般有为卧式烘箱和硫化平板，可视模具的大小而定制品所需成型压力，其中，卧式烘箱操作简单，现主要介绍硫化平板的使用方法。先，根据工艺条件，调节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。注意模具应放置在热板中央位置。启动油泵电机，升起热板进行合模，并保压硫化。
5、试验机
能满足用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、聚氨酯弹性体生产工艺流程
聚氨酯弹性体的制造般采用两种工艺路线：预聚法和步法。浇注型弹性体多采用二步法(预聚体法)，少部分采用步法(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较广、产量较大的种；进行浇注和灌注成型，可灌至各种复杂模具的制品。

1、步法预聚体的合成
聚氨酯浇注胶(CPUR)步法合成是将聚合物二元醇、二异氰酸酯和扩链剂放在起，经充分混合后浇入磨具中加热固化，待尺寸稳定后进行后硫化，后硫化温度条件为100°C下3- 24h,详见如下图：

 

步法合成CPUR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，用步法合成合适，如软泡塑料和硬泡塑料等，采用步法。聚合物多元醇及多异氰酸酯的羟基数都等于2的原料，尽量采用预聚合物合成CPUR。

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步法反应，要放出大量的热，使制品内部受热老化，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。所以大件浇注型聚氨酯制品不能用步法进行生产。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。所以本产品采用二步法(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，详见如图：



3、聚氨酯弹性体生产流程
先将聚酯在130C下减压脱水，将脱水的聚酯原料(60C时)加入到盛有配合量TDI-100反应容器内，在充分搅拌的情况下合成预聚体。合成反应是放热的，应注意控制反应温度在75C-82C范围内，反应2h即可。然后将合成的预聚体置于75C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100C，并抽真空(真空度-0.095mpa)脱气泡，称取交联剂MOCA,用电炉加热115C熔化，模具涂上适宜的脱模剂预热(100C)，脱气后的预聚体和熔化后的MOCA混合，混合温度100C，并搅拌均匀，将搅拌均匀后的混合物再次抽真空脱气泡，将搅拌均匀脱完气泡的混合物，快速浇注到已经预热的模具中，得混合物不流动或不粘手(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120-130C,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90-95C (殊情况下可在100C)烘箱内继续硫化10h,然后在室温放置7-10天完成熟化， 后制得成品。
 
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