技術(shù) | 預聚體生產(chǎn)不同硬度的工藝及設備
簡要地說明了有關(guān)預聚體生產(chǎn)高、中、低硬度澆注型聚氨酯彈性體的工藝和原料。介紹了近年開發(fā)成功用一套CPU澆注機既能生產(chǎn)高硬度的CPU又能生產(chǎn)中、低硬度的CPU設備結(jié)構(gòu)及有關(guān)情況。
聚氨酯彈性體具有承載能力大，機械性能優(yōu)異、抗撕裂強度高、耐磨、耐油，硬度可調(diào)節(jié)的范圍大等優(yōu)點，已廣泛地應用于國民經(jīng)濟各部門。
預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行預聚反應，制成端NCO基的聚氨酯預聚體(-NCO常為3~10%)，再與擴鏈交聯(lián)劑反應制成CPU。
由于反應分兩步進行，擴鏈反應時放熱低，反應速度易于控制，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，重復性亦佳。
常用預聚體法(高溫型)CPU澆注機[一般工藝條件是：混合比A：B≈100：8~16;料溫：A料(預聚體)：60~100℃，B料(MOCA等)：100~125℃]，生產(chǎn)制品的硬度為邵A70~98)。
隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展及對產(chǎn)品和設備要求的不斷提高，溫州飛龍機電設備工程有限公司秉承不斷改進和創(chuàng)新的理念，在廣大科研單位和有關(guān)專家的指導下，近年已開發(fā)成功用一套澆注機既能生產(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、模、用”。
1.1.1“料”：選擇合格的原料和相適應的工藝。
1.1.2“機”：選擇性能優(yōu)良、使用方便、穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單的設備。
1.1.3“模”：購置和生產(chǎn)工藝及制品物性相適應的模具。
1.1.4“用”：設計、制造、熟練掌握CPU澆注機操作和維護的基本要求。
1.2彈性體澆注機的四項質(zhì)量要求：“準、勻、穩(wěn)、泡”。
1.2.1“準”：即計量準確，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，不會因溫度的誤差而影響其反應速度和計量精度，溫度誤差不超過±2℃。
1.2.4“泡”：吐出的膠料宏觀無氣泡(肉眼看不到氣泡)。本機配有可靠高效的真空系統(tǒng)，保證原料中的不含氣泡，且專利設計的澆注頭可保證兩組份或多組份原液混合時不會產(chǎn)生氣泡。
1.3CPU澆注機的四個關(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)。采用特殊設計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”、“勻”、“穩(wěn)”、“泡”創(chuàng)造條件。
1.3.2“泵”：計量泵及其傳動、調(diào)節(jié)、顯示裝置和它們的系統(tǒng)流程，是保證計量準確的關(guān)鍵，采用進口低速高精度計量泵并配有精密的傳動及調(diào)速裝置。
1.3.3“頭”：(澆注頭)兩組份或多組份的動態(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澆注過程中配比始終保持不變，使整個混合系統(tǒng)氣密、保證制品宏觀無氣泡。做到澆注后混合腔及混合頭自動清洗干凈(電腦程控)。
1.3.4“控”：電氣及儀表顯示和自動控制裝置，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、操作簡單、維修方便。
1.4說明：本文以“聚酯—TDI”型的預聚體法為例
因這類工藝和原料的制品應用最廣，技術(shù)亦最成熟。對其它類型的預聚體法的工藝和設備，本文可供參考。
2、高硬度CPU制品的生產(chǎn)工藝和設備。
2.1工藝：
2.1.1常用預聚體中-NCO的多少來調(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)擴鏈劑時，擴鏈系數(shù)(NH2和NCO的摩爾比)為0.85~0.95，即其配比計量稍有誤差對制品物性影響較少。
2.1.2高硬度聚酯型CPU工藝和性能
2.2原料：
2.2.1預聚體制備(可以外購要求牌號的預聚體或自行配制)
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)夾套的不銹鋼反應釜中真空脫水30~60分鐘(脫水時間取決于多元醇數(shù)量、含水量及反應釜大小等)(將夾套內(nèi)導熱油加熱，料溫達到100~140℃，釜內(nèi)真空度5~10Torr)使其達到含水量<0.05%。
2.2.1.2預聚體合成：根據(jù)預聚體要求的-NCO，計算好聚酯多元醇和TDI的用量或配比。將反應釜夾套中的熱導熱油排至熱油箱中，并將冷油導箱中的冷導熱油灌入反應釜的夾套中，使料溫降至60~70℃，再與計量的TDI反應，在80±5℃保溫反應1~2小時左右，分析NCO質(zhì)量分數(shù)后，貯存待用。
2.2.1.3預聚體脫泡(可在預聚體合成反應釜或CPU澆注機的A料罐中進行)在85±5℃及5~10Torr真空度下脫泡30~60分鐘。
2.2.2擴鏈劑：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分子中含有兩個苯環(huán)，生成的脲基具有較強的極性，使之賦預彈性體較高的強度，且能和TDI預聚體很好地配合，MOCA常溫下為固體(熔點99~109℃)，故常用于預聚體法(高溫型)CPU工藝。
2.3設備：可采用預聚體法(高溫型)聚氨酯彈性體澆注機
2.3.1CPU20FA系列兩組份改進型聚氨酯彈性體澆注機(能適用于高粘度預聚體、并擴大了混合比的范圍)
2.3.1.1使用條件
2.3.2CPU30FSA三組份系列改進型聚氨酯自動加色彈性體澆注機(能適用于高粘度預聚體、并擴大了混合比范圍)
對生產(chǎn)要求較高者可選用三組份(或多組份)自動加色CPU澆注機。
兩種預聚體(配方)相同時，可相當于二組份澆注機(使料罐容量及總吐出量倍增)若使用兩種不同的預聚體，生產(chǎn)時瞬時切換即能生產(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
3、中硬度CPU制品的生產(chǎn)工藝和設備：
3.1工藝：預聚體采用固定的-NCO含量(3.6%)，改變交鏈劑的品種或百份比來調(diào)節(jié)制品的硬度和物性。
中硬度聚酯型CPU工藝和性能
3.2原料
3.2.1聚酯—TDI預聚體(-NCO%=3.6%)：外購或自行制備。
3.2.2擴鏈劑：
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，后者售價較低，熔點稍低，質(zhì)量稍差，質(zhì)量稍差，應根據(jù)制品的性能要求和應用進行選擇。MOCA使用時需加熱熔化，但在高溫或長時間加熱會發(fā)生氧化，使顏色變深。在不同溫度下允許加熱時間：
3.2.2.2TMP(三羥甲基丙烷)：常溫下為白色固體，熔點：58℃，極易吸收水分，市場商品用聚烯烴薄膜復合鋁箔包裝，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45℃和TMP混合(常用TMP：TIPA≈3：1)擴鏈交聯(lián)必要時加適量增塑劑，可降低CPU硬度、使制品壓縮永久變形小、耐溶劑、容易機械加工。
3.3設備：
與2.3相似，僅對“泵”及“頭”做必要的改善和加強。
4、低硬度CPU制品的生產(chǎn)工藝和設備
4.1工藝：采用固定的預聚體-NCO含量(3.6%)，用TMP和TIPA為擴鏈交聯(lián)劑(常為3：1)由改變擴鏈劑與增塑劑的百分比來調(diào)節(jié)制品的硬度和物性。
低硬度聚酯型CPU工藝和性能
4.2原料
4.2.1預聚體\TMP及TIPA見上節(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、增加伸長率、降低硬度和脆性。
4.3設備：與2.3相似，僅對“泵”及“頭”做必要的改善和加強。
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