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聚氨酯注塑發泡工藝，你知道多少？
  瀏覽次數：3742  發布時間：2016年05月19日 15:21:16
[導讀] 聚氨酯泡沫塑料是以異氰酸酯和多元醇為主要原料，在發泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合，經高壓噴塗現場發泡而成的高分子聚合物，是聚氨酯合成材料的主要品種之一。

      聚氨酯泡沫塑料是以異氰酸酯和多元醇為主要原料，在發泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合，經高壓噴塗現場發泡而成的高分子聚合物，是聚氨酯合成材料的主要品種之一。


 

　　聚氨酯泡沫塑料的主要特征是具有多孔性，因而材料的相對密度小，比強度高。聚氨酯泡沫塑料種類多樣，根據所用原料的不同以及配方的變化，可製成軟質、半硬質和硬質聚氨酯泡沫塑料等；根據所用多元醇的品種分類又可將其分為聚酯型、聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；而根據發泡方法分類又有塊狀、注塑、模塑以及噴塗聚氨酯泡沫塑料等類型。


 

　　不論選取哪一種原料，也不論采用哪一種發泡方法，其發泡過程一般都要經過形成氣泡核、氣泡核膨脹以及泡體固化定型等階段。工業上常用的聚氨酯泡沫塑料製備方法有：擠出發泡、注塑發泡、模塑發泡、壓延發泡、粉末發泡以及噴塗發泡等等。其中，注塑發泡是聚氨酯泡沫塑料最重要的成型方法之一，接下來，洛陽天江化工新材料有限公司將為大家重點講述一下聚氨酯注塑發泡工藝以及注意事項。


 

　　一、結構發泡注塑成型

　　結構發泡法是注射成型工藝技術中的一項革命，它保留了傳統注射成型工藝的許多優點，又避免了傳統注塑工藝中經常遇到的一些問題，如製品強度不夠、生產周期太長以及模塑率低等問題。


 

　　結構發泡法最大的特點是可以不用增加設備，用普通的注塑機便可以注塑生產，不過采用模腔擴大法發泡的高壓結構發泡注塑機與普通注塑機相比，增加了二次合模保壓裝置。


 

　　此外，采用結構發泡技術還可以使用低成本模具對大型複雜製品進行模塑，並且可以多模腔同時操作，從而降低了製品的生產成本。結構發泡法製得的成品是一種具有致密表層的連體發泡材料，其單位重量的強度和剛度比同種未發泡的材料高3-4倍。


 

　　近年來，結構發泡注塑成型工藝得到了很廣泛的發展，成型方法也很多，但歸納起來可以分為三種：低壓發泡法、高壓發泡法（注：此處的低壓和高壓指模具模腔內的壓力）以及雙組分發泡法。


 

　　1、低壓發泡法

　　低壓發泡法注塑與普通注塑的區別在於其模具的模腔壓力較低，約在2-7Mpa的範圍內，而普通注塑則在30-60Mpa之間。低壓發泡注塑一般采用欠注法，即將一定量（不注滿模腔）的塑料熔體（含有發泡劑）注入模腔，發泡劑分解出來的氣體使塑料膨脹而充滿模腔。


 

　　在普通注塑機上進行低壓發泡注塑，一般是將化學發泡劑與塑料混合，然後在機筒內進行塑化。洛陽天江化工新材料有限公司提醒大家，在注塑過程中需要注意以下幾點：首先，必須采用自鎖式射嘴；其次，在注射時，由於氣體的擴散速度很快，會造成製品的表麵粗糙，因此注塑機的注射速度要足夠快，一般采用增壓器來提高注射速度和注射量，使注射動作在瞬間完成。


 

　　2、高壓發泡法

　　高壓發泡法的注塑模腔壓力在7-15Mpa之間，采用滿注方式，即一次注射量正好等於模具模腔的容積。為了使製件得到發泡膨脹，可以采用強製擴大模腔，或者使一部分塑料分流出模腔，一般較多采用模腔擴大法。采用擴大模腔法的注塑機與普通注塑機相比，增加了二次合模保壓裝置，當塑料和發泡劑的熔融混合物被注入到模腔後延時一段時間，然後合模機構的動模板向後移動一小段距離，使模具的動模和定模稍為分開，模腔擴大，模腔內的塑料開始發泡膨脹。


 

        製品冷卻後在其表麵形成致密的表皮，由於塑料熔體的發泡膨脹受到動模板的控製，因此，也就可以對製品的致密表層的厚度進行控製。動模板的移動可以是整體移動，也可以是部分移動使局部發泡，從而得到不同密度的製品。高壓發泡法對模具的製造精度要求高，模具費用高，並且對注塑機有二次鎖模保壓要求。


 

　　3、雙組分發泡法

　　雙組分發泡法是一種特殊的高壓結構發泡注塑方法，它采用專門的雙組分注塑機。這種注塑機有兩套注塑裝置：一套用來注塑製品的芯部，一套用來注塑製品的表層。在注塑時，先注入皮層物料，然後通過同一澆口再注入混有發泡劑的芯部材料。


 

        由於芯部材料呈層流狀態流動，這就保證了芯部材料均勻地包覆在皮層內部，使型腔得到完全填充。當熔料填滿型腔後，再注入少量不含有發泡劑的熔料，使澆口封閉。製品取出後，再去掉澆口即得到具有不發泡致密表層和有芯部發泡的輕質製品。


 

　　二、微孔發泡注塑成型

　　微孔發泡注塑成型屬於物理發泡法。常規泡沫塑料的泡孔直徑一般大於50μm，泡孔的密度（單位體積內泡孔的數量）小於106個/cm3。這些大尺寸的泡孔受力時常常成為初始裂紋的發源地，降低了材料的機械性能。


 

        為了滿足工業上要求降低某些塑料產品的成本而不降低其機械性能的要求，20世紀80年代初期，美國的一些專家學者以CO2、N2等惰性氣體作為發泡劑研製出泡孔直徑為微米級的泡沫塑料，並將泡孔直徑為1μm-10μm，泡孔密度為109-1012個/cm3的泡沫塑料定義為微孔塑料。


 

　　微孔發泡注塑成型工藝一般要經曆聚合物/氣體均相體係的形成、泡孔成核、泡孔長大及泡孔定型四個階段，其成型過程複雜，各個階段的形成機理不同，主要影響參數也不同。聚合物/氣體均相體係的形成是發泡過程的必要條件，直接影響後續泡孔的成核、長大及定型；氣泡核的形成階段對泡孔的密度和分布有著決定性的作用。泡孔長大的過程直接影響泡孔的幾何形狀和結構；泡孔定型階段則決定氣泡長大的結果能否得到保持。


 

　　典型的微孔發泡注塑工藝與普通注塑有很大的不同，其不同之處主要表現在：在機筒中需將超臨界流體注入到聚合物中，然後經混煉均化後形成單相溶液；注射時熔體不用充滿型腔，未充滿的部分可以通過氣泡長大來補充；保壓階段大大減短，甚至不用保壓。


 

　　微孔注塑發泡過程中，在螺杆的計量段將超臨界流體注入注塑機機筒中，當超臨界流體和塑料熔體沿著螺杆向前輸送時，由超臨界流體本身的擴散作用和螺杆的剪切混合作用，使超臨界流體溶於塑料熔體中形成單相溶液，這種單相溶液的黏度比純熔融塑料的低很多。


 

        為避免單相溶液在機筒中提前發泡，必須保證機筒中的單相溶液在整個成型過程中都維持在一定的壓力（超臨界流體的臨界壓力）之上。隻有單相溶液才能發生均勻的成核作用，在熔體內形成大量的氣泡核，在注射階段，由螺杆把單相溶液注入型腔，由於壓力驟降，氣泡開始成核並逐漸長大，直到熔體完全充滿型腔，再經由模具冷卻，最後開模頂出製品。


 

        整個成型過程中各個加工參數都是相互依賴的，微孔注塑的注射速度要比普通注塑快，提高注射速度有利於得到更高的氣泡核密度，進而得到較佳的泡孔結構，提高製品的力學性能。


 

　　開發微孔發泡注塑成型工藝的技術難度比較大，因為和常規泡沫塑料相比，微孔塑料泡孔的尺寸要小得多，要想得到良好的微孔塑料製品，必須要保證對進入機筒熔體中的超臨界流體精確計量，要求塑料熔體必須充分混合、均化、分散，形成均相混合體，保證熔體中的成核點必須多於109個/cm3、及時控製成核氣泡的膨脹等等。


 

        這對設備本身及注塑工藝參數的要求都非常之高，需要采用一套帶計量控製裝置的氣體輸入設備。采用該技術的特點是：製品重量大約可減少50％左右，注射壓力大約可降低30-50％，鎖模力可降低20％左右，循環周期可減少10-15％等。


 

　　據報道，國外一些注塑機生產商已成功開發出微孔塑料注塑機，目前還有一些公司正在加緊發展自己的微孔塑料注射成型設備。而國內目前的發展情況為在微孔塑料的理論研究上取得了一定進展，並已在實驗室製備出多種型號的微孔塑料，但離微孔塑料的產業化還有一段很長的距離要走，目前國內還未有微孔塑料注射成型設備的相關產品。


 

　　聚氨酯發泡塑料由於有氣泡的存在，因此具有質輕、省料、能吸收衝擊載荷、隔熱及隔音性能良好、比強度高等特性，特別是可以節省材料、減小能耗、降低成本方麵，使得可以大力推廣應用。微孔發泡塑料除了具有上述一般泡沫塑料的優點外，還有更加優良的力學性能。因此，泡沫塑料的應用範圍十分廣泛，特別是在製作汽車、飛機和各種運輸器材等領域有特殊的應用價值。可以預計，注塑發泡尤其是微孔注塑發泡將是聚氨酯塑料加工機械及製品加工的一個熱點。