簡(jiǎn)要地說(shuō)明了有關(guān)預(yù)聚體法生產(chǎn)高、中、低硬度澆注型聚氨酯彈性體的工藝和原料。介紹了近年開(kāi)發(fā)成功用一套CPU澆注機(jī)既能生產(chǎn)高硬度的CPU又能生產(chǎn)中、低硬度的CPU設(shè)備結(jié)構(gòu)及有關(guān)情況。
聚氨酯彈性體具有承載能力大，機(jī)械性能優(yōu)異、抗撕裂強(qiáng)度高、耐磨、耐油，硬度可調(diào)節(jié)的范圍大等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。
預(yù)聚體法澆注型聚氨酯彈性體(CPU)的生產(chǎn)工藝：
先將聚醇和異氰酸酯進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，制成端NCO基的聚氨酯預(yù)聚體(-NCO常為3~10%)，再與擴(kuò)鏈交聯(lián)劑反應(yīng)制成CPU。由于反應(yīng)分兩步進(jìn)行，擴(kuò)鏈反應(yīng)時(shí)放熱低，反應(yīng)速度易于控制，制得的聚氨酯分子鏈段排列比較規(guī)整，使之物性優(yōu)良，正品率高，重復(fù)性亦佳。常用預(yù)聚體法(高溫型)CPU澆注機(jī)[一般工藝條件是：混合比A：B≈100：8~16;料溫：A料(預(yù)聚體)：60~100℃，B料(MOCA等)：100~125℃]，生產(chǎn)制品的硬度為邵A70~98)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及對(duì)產(chǎn)品和設(shè)備要求的不斷提高，溫州飛龍機(jī)電設(shè)備工程有限公司秉承不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的理念，在廣大科研單位和有關(guān)專家的指導(dǎo)下，近年已開(kāi)發(fā)成功用一套澆注機(jī)既能生產(chǎn)高硬度CPU(邵A80~95)又能生產(chǎn)中硬度(邵A58~85)及低硬度(邵A20~58)的工藝和設(shè)備。
1、 共同的要求：
1.1生產(chǎn)出合格的聚氨酯彈性體制品的四大要素：“料、機(jī)、模、用”。
1.1.1“料”：選擇合格的原料和相適應(yīng)的工藝。
1.1.2“機(jī)”：選擇性能優(yōu)良、使用方便、穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的設(shè)備。
1.1.3“模”：購(gòu)置和生產(chǎn)工藝及制品物性相適應(yīng)的模具。
1.1.4“用”：設(shè)計(jì)、制造、熟練掌握CPU澆注機(jī)操作和維護(hù)的基本要求。
1.2彈性體澆注機(jī)的四項(xiàng)質(zhì)量要求：“準(zhǔn)、勻、穩(wěn)、泡”。
1.2.1“準(zhǔn)”：即計(jì)量準(zhǔn)確，在壓力、溫度、粘度、流量及配比基本不變的條件下，其總吐出量和重量混合比的誤差不超過(guò)0.5%，可在保證重量混合比不變的條件下調(diào)節(jié)其總吐出量的大小。
1.2.2“勻”：即混合均勻，在設(shè)定的混合比及流量的范圍內(nèi)，保證兩組份或多組份原液混合均勻。
1.2.3“穩(wěn)”：即料溫穩(wěn)定，不會(huì)因溫度的誤差而影響其反應(yīng)速度和計(jì)量精度，溫度誤差不超過(guò)±2℃。
1.2.4“泡”：吐出的膠料宏觀無(wú)氣泡(肉眼看不到氣泡)。本機(jī)配有可靠高效的真空系統(tǒng)，保證原料中的不含氣泡，且專利設(shè)計(jì)的澆注頭可保證兩組份或多組份原液混合時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氣泡。
1.3CPU澆注機(jī)的四個(gè)關(guān)鍵組成：“罐、泵、頭、控”。
1.3.1“罐”：料罐和附屬裝置及其控溫和供料系統(tǒng)。采用特殊設(shè)計(jì)的平蓋帶攪拌的三層結(jié)構(gòu)料罐(耐酸不銹鋼內(nèi)膽，附螺旋檔板的加熱夾套，外包聚氨酯硬泡絕熱層)，能保證料罐的氣密、加熱可靠、供料充分，為“準(zhǔn)”、“勻”、“穩(wěn)”、“泡”創(chuàng)造條件。
1.3.2“泵”：計(jì)量泵及其傳動(dòng)、調(diào)節(jié)、顯示裝置和它們的系統(tǒng)流程，是保證計(jì)量準(zhǔn)確的關(guān)鍵，采用進(jìn)口低速高精度計(jì)量泵并配有精密的傳動(dòng)及調(diào)速裝置。
1.3.3“頭”：(澆注頭)兩組份或多組份的動(dòng)態(tài)混合裝置，是兩組份或多組份混合均勻的關(guān)鍵，能保證混合料在整個(gè)澆注過(guò)程中配比始終保持不變，使整個(gè)混合系統(tǒng)氣密、保證制品宏觀無(wú)氣泡。做到澆注后混合腔及混合頭自動(dòng)清洗干凈(電腦程控)。
1.3.4“控”：電氣及儀表顯示和自動(dòng)控制裝置，能有效地控制和顯示工作溫度、真空度、澆注壓力和回流壓力等主要參數(shù)，直觀明了、穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、維修方便。
1.4說(shuō)明：本文以“聚酯—TDI”型的預(yù)聚體法為例，因這類工藝和原料的制品應(yīng)用廣，技術(shù)亦成熟。對(duì)其它類型的預(yù)聚體法的工藝和設(shè)備，本文可供參考。
2、高硬度CPU制品的生產(chǎn)工藝和設(shè)備。
2.1工藝：
2.1.1常用預(yù)聚體中-NCO的多少來(lái)調(diào)節(jié)制品的硬度，采用胺交聯(lián)(MOCA)，以保證制品獲得更高的正品率(由于以MOCA為交聯(lián)擴(kuò)鏈劑時(shí)，擴(kuò)鏈系數(shù)(NH2和NCO的摩爾比)為0.85~0.95，即其配比計(jì)量稍有誤差對(duì)制品物性影響較少。
2.1.2高硬度聚酯型CPU工藝和性能
預(yù)聚體型號(hào)及名稱內(nèi)容 030 036 042 052 MOCA
原 NCO(%) 3.0±0.2 3.6±0.2 4.2±0.2 5.2±0.2
20℃時(shí)物態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 固態(tài)
料 用前預(yù)熱條件(h/℃) 24/60 24/60 24/60 24/60 110~125
用前是否需脫氣 是 是 是 是 否
特 加工溫度(℃) 90 90 90 85 120
加工溫度下粘度(CPS) 4000 3200 2800 1500 小于30
性 加工溫度下相對(duì)密度 1.18 1.19 1.19 1.19 1.25
工藝參數(shù) 擴(kuò)鏈劑 MOCA MOCA MOCA MOCA
擴(kuò)鏈系數(shù)0.95時(shí)加入重量百份比 9.05 10.85 12.7 15.4
模溫(℃) 100 100 100 100
釜中壽命(min) 9 6 5 3.3
脫模期(min) 30 25 15 10
后硫化條件(h/℃) 16/100 16/100 16/100 16/100
彈性體性能 硬度 ShoreA 80 85 90 95
100%定伸應(yīng)力(MPa) 3.70 4.60 6.00 12.3
300%定伸應(yīng)力(MPa) 7.6 8.6 12.10 26.00
拉伸強(qiáng)度(MPa) 50.7 45.0 49.5 52.2
扯斷伸長(zhǎng)率(%) 610 560 510 450
撕裂強(qiáng)度(KN/m)
無(wú)割口 90 106 114 140
有割口 35 40 50 69
回彈性(%) 36 35 29 30
磨耗(mm3) 19 30 36 30
壓縮永久變形(%) 28 24 25 30
相對(duì)密度 1.24 1.25 1.26 1.27
2.2原料：
2.2.1預(yù)聚體制備(可以外購(gòu)要求牌號(hào)的預(yù)聚體或自行配制)
2.2.1.1聚酯多元醇脫水：用Mn2000(羥值53~59mgKoH/g，熔點(diǎn)40~50℃)的聚酯，加熱熔化后在帶攪拌和加熱(或冷卻)夾套的不銹鋼反應(yīng)釜中真空脫水30~60分鐘(脫水時(shí)間取決于多元醇數(shù)量、含水量及反應(yīng)釜大小等)(將夾套內(nèi)導(dǎo)熱油加熱，料溫達(dá)到100~140℃，釜內(nèi)真空度5~10Torr)使其達(dá)到含水量<0.05%。
2.2.1.2預(yù)聚體合成：根據(jù)預(yù)聚體要求的-NCO，計(jì)算好聚酯多元醇和TDI的用量或配比。將反應(yīng)釜夾套中的熱導(dǎo)熱油排至熱油箱中，并將冷油導(dǎo)箱中的冷導(dǎo)熱油灌入反應(yīng)釜的夾套中，使料溫降至60~70℃，再與計(jì)量的TDI反應(yīng)，在80±5℃保溫反應(yīng)1~2小時(shí)左右，分析NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，貯存待用。
2.2.1.3預(yù)聚體脫泡(可在預(yù)聚體合成反應(yīng)釜或CPU澆注機(jī)的A料罐中進(jìn)行)在85±5℃及5~10Torr真空度下脫泡30~60分鐘。
2.2.2擴(kuò)鏈劑：MOCA(3，3，一二氯-4，4，二苯基甲烷二胺(亞甲基雙鄰氯苯胺、MBCA、MBOCA)由于MOCA分子中含有兩個(gè)苯環(huán)，生成的脲基具有較強(qiáng)的極性，使之賦預(yù)彈性體較高的強(qiáng)度，且能和TDI預(yù)聚體很好地配合，MOCA常溫下為固體(熔點(diǎn)99~109℃)，故常用于預(yù)聚體法(高溫型)CPU工藝。
2.3設(shè)備：可采用預(yù)聚體法(高溫型)聚氨酯彈性體澆注機(jī)
2.3.1CPU20FA系列兩組份改進(jìn)型聚氨酯彈性體澆注機(jī)(能適用于高粘度預(yù)聚體、并擴(kuò)大了混合比的范圍)
2.3.1.1使用條件
組份名稱 重量混合比 粘度CPS 溫度℃ 真空度Torr
A(預(yù)聚體) 100 500~4000 60~100 5~10
B(MOCA等) 3.6-16 50MAX 105~125 5~10
2.3.1.2型號(hào)及吐出量
型號(hào) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
總吐出量(Kg/min) 0.2~0.8 1~3 2~5 3~8 5~15 10~25
可生產(chǎn)制品重量(Kg)0.05~10 0.1~30 0.5~50 1~200 1~300 2~400
2.3.2CPU30FSA三組份系列改進(jìn)型聚氨酯自動(dòng)加色彈性體澆注機(jī)(能適用于高粘度預(yù)聚體、并擴(kuò)大了混合比范圍)
對(duì)生產(chǎn)要求較高者可選用三組份(或多組份)自動(dòng)加色CPU澆注機(jī)。
兩種預(yù)聚體(配方)相同時(shí)，可相當(dāng)于二組份澆注機(jī)(使料罐容量及總吐出量倍增)若使用兩種不同的預(yù)聚體，生產(chǎn)時(shí)瞬時(shí)切換即能生產(chǎn)不同物性的CPU制品。可在澆注頭中直接加入色漿以生產(chǎn)不同顏色的制品。
2.3.2.1使用條件
組份名稱 重量混合比 粘度CPS 溫度℃ 真空度Torr
A1(預(yù)聚體) 30~50 500~4000 60~100 <10
A2(預(yù)聚體) 30~50 500~4000 60~100 <10
B(MOCA等)3~16 <100 80~125 <10
S(色漿) 0.1~1 <800 20~30
2.3.2.2型號(hào)及吐出量
型號(hào) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
總吐出量(Kg/min) 0.24~0.9 0.9~3 1.8~5.4 3~9 6~15 10~30
可生產(chǎn)制品重量(Kg) 0.05~10 0.1~30 0.5~50 1~200 1~300 2~500
3、中硬度CPU制品的生產(chǎn)工藝和設(shè)備：
3.1工藝：預(yù)聚體采用固定的-NCO含量(3.6%)，改變交鏈劑的品種或百份比來(lái)調(diào)節(jié)制品的硬度和物性。
中硬度聚酯型CPU工藝和性能
預(yù)聚體型號(hào)及名稱 內(nèi)容 036 TMP TIPA MOCA
原 NCO(%) 3.6±0.2
20℃時(shí)物態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 固態(tài)
料 用前預(yù)熱條件(h/℃) 24/60 12/60 12/60 110~125
用前是否需脫氣 是 否 否 否
特 加工溫度(℃) 90 90 90 120
加工溫度下粘度(CPS) 3200 75 50 小于50
性 加工溫度下相對(duì)密度 1.19 1.09 1.0 1.25
工藝參數(shù) 擴(kuò)鏈劑 TMP/TIPA+MOCA
100份預(yù)聚體用TMP/TIPA(份) 3.93 2.18 1.45 0.48
100份預(yù)聚體用(MOCA)(份) 4.8 6.8 9.5 10.85
模溫(℃) 110 110 110 110 110
釜中壽命(min) 15 18 14.5 10 6
脫模期(min) 50 45 35 20 20
后硫化條件(h/℃) 16/110 16/110 16/110 16/110 16/110
彈性體性能 硬度ShoreA 58 60 70 80 85
100%定伸應(yīng)力(MPa) 1.9 2.1 3.0 4.2 4.6
300%定伸應(yīng)力(MPa) 4.0 4.8 7.0 8.9 8.6
拉伸強(qiáng)度(MPa) 31 44 47 52 45
扯斷伸長(zhǎng)率(%) 450 450 480 580 560
撕裂強(qiáng)度(KN/M)
無(wú)割口 46 43 60 80 106
有割口 6 26 39 56 40
回彈性(%) 40 20 27 30 35
磨耗(mm3) 31 29 38 23 30
壓縮永久變形(%) 3 4 10 16 24
相對(duì)密度 1.22 1.23 1.24 1.24 1.25
3.2原料
3.2.1聚酯—TDI預(yù)聚體(-NCO%=3.6%)：外購(gòu)或自行制備。
3.2.2擴(kuò)鏈劑：
3.2.2.1MOCA：有精制品(淺黃色針狀結(jié)晶或精粉末)和粗品(黃色粉末)之分，后者售價(jià)較低，熔點(diǎn)稍低，質(zhì)量稍差，質(zhì)量稍差，應(yīng)根據(jù)制品的性能要求和應(yīng)用進(jìn)行選擇。MOCA使用時(shí)需加熱熔化，但在高溫或長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)發(fā)生氧化，使顏色變深。在不同溫度下允許加熱時(shí)間：
加熱溫度(℃) 110 120 132
允許加熱時(shí)間(h) 4 2 1
3.2.2.2TMP(三羥甲基丙烷)：常溫下為白色固體，熔點(diǎn)：58℃，極易吸收水分，市場(chǎng)商品用聚烯烴薄膜復(fù)合鋁箔包裝，以防吸水。TMP與MOCA并用可調(diào)節(jié)制品硬度、改善性能。
3.2.2.3TIPA(三異丙醇胺)為白色結(jié)晶固體，熔點(diǎn)45℃和TMP混合(常用TMP：TIPA≈3：1)擴(kuò)鏈交聯(lián)必要時(shí)加適量增塑劑，可降低CPU硬度、使制品壓縮永久變形小、耐溶劑、容易機(jī)械加工。
3.3設(shè)備：與2.3相似，僅對(duì)“泵”及“頭”做必要的改善和加強(qiáng)。
4、低硬度CPU制品的生產(chǎn)工藝和設(shè)備
4.1工藝：
采用固定的預(yù)聚體-NCO含量(3.6%)，用TMP和TIPA為擴(kuò)鏈交聯(lián)劑(常為3：1)由改變擴(kuò)鏈劑與增塑劑的百分比來(lái)調(diào)節(jié)制品的硬度和物性。
低硬度聚酯型CPU工藝和性能
預(yù)聚體型號(hào)及名稱內(nèi)容 036 TMP TIPA DMEP
原 NCO(%) 3.6±0.2
20℃時(shí)物態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 固態(tài) 液態(tài)
料 用前預(yù)熱條件(h/℃) 24/60 12/60 12/60
用前是否需脫氣 是 否 否 否
特 加工溫度(℃) 90 90 90 90
加工溫度下粘度(CPS) 3200 75 50 10
性 加工溫度下相對(duì)密度 1.19 1.08 1.0 1.07
工藝參數(shù) 擴(kuò)鏈劑 (DMEP)+TMP/TIPA
100份預(yù)聚體用DMEP(份) 6 0 5 2 4 5 3 6 2 7 1 8 1 0 0
100份預(yù)聚體用TMP/TIPA(份) 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93
模溫(℃) 100 100 100 100 100 100 100 100
釜中壽命(min)有催化劑/無(wú)催化劑 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50
脫模期(min) 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5
后硫化條件(h/℃) 16/100 16/100 16/100 16/100 16/100 16/100 116/100 16/100
彈性體性能 硬度ShoreA 20 25 30 35 40 45 50 58
100%定伸應(yīng)力(MPa) 0.45 0.70 0.80 0.95 1.1 1.3 1.55 1.95
300%定伸應(yīng)力(MPa) 0.95 1.4 1.6 2.0 2.3 2.8 3.4 4.0
拉伸強(qiáng)度(MPa) 3.35 5.50 6.70 8.90 12.20 14.6 17.50 30.9
扯斷伸長(zhǎng)率(%) 550 760 750 700 680 550 480 450
撕裂強(qiáng)度(KN/m)
無(wú)割口 11 16 19 22 24 30 36 45
有割口 2.5 3.0 3.5 3.5 4.0 4.5 5.2 6.0
回彈性(%) 25 28 30 30 28 28 30 40
磨耗(mm3) 175 155 116 105 52 44 31
壓縮永久變形(%) 3 0 0 0 0.8 2.1 3.2
相對(duì)密度 1.18 1.19 1.19 1.20 1.21 1.21 1.21 1.22
4.2原料
4.2.1預(yù)聚體\TMP及TIPA見(jiàn)上節(jié)
4.2.2增塑劑：DMEP(鄰苯二甲酸二甲氧乙基酯)為低粘度淺黃色油狀液體。可提高制品的韌性、增加伸長(zhǎng)率、降低硬度和脆性。
4.3設(shè)備：與2.3相似，僅對(duì)“泵”及“頭”做必要的改善和加強(qiáng)。
