氨酯彈性體(ti) 生產(chan) 工藝流程一、 聚氨酯彈性體(ti) 的概述謂彈性體(ti) 是指玻璃化溫度低於(yu) 室溫，扯斷伸長率＞50%，外力撤出後複原性比較好的高分子材料，而玻璃化溫度高於(yu) 室溫的高分子材料稱為(wei) 塑料。在彈性體(ti) 中，...
生產(chan) 工藝流程
一、 聚氨酯彈性體(ti) 的概述
謂彈性體(ti) 是指玻璃化溫度低於(yu) 室溫，扯斷伸長率＞50%，外力撤出後複原性比較好的高分子材料，而玻璃化溫度高於(yu) 室溫的高分子材料稱為(wei) 塑料。在彈性體(ti) 中，其扯斷伸長率較大（＞200%）、100%定伸應力較小（如＜30Mpa）、彈性較好的可稱為(wei) 橡膠。所以彈性體(ti) 是比橡膠更為(wei) 廣泛的一類高分子材料。
聚氨酯性體(ti) ，又稱聚氨酯橡膠是彈性體(ti) 中比較特殊的一大類，其原材料品種繁多，配方各種各樣，可調範圍很大。聚氨酯彈性體(ti) 硬度範圍很寬，低至紹爾A10以下的低模量橡膠，高至紹爾D85的高抗衝(chong) 擊橡膠彈性材料。所以聚氨酯彈性體(ti) 的性能範圍很寬，是介於(yu) 從(cong) 橡膠到塑料的一類高分子材料。
二、聚氨酯彈性體(ti) 主要原材料
聚氨酯彈性體(ti) 用的原料主要是三大類，即低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴鏈劑（交聯劑）。除此之外，有時為(wei) 了提高反應速度，改善加工性能及製品性能，還需加入某些配合劑。下麵隻對生產(chan) 的聚氨酯鞍座所用原材料進行具體(ti) 描述。
反應過程：多元醇與(yu) 二異氰酸酯反應，製成低分子量的預聚體(ti) ；經擴鏈反應，生成高分子量聚合物；然後添加適當的交聯劑，生成聚氨酯彈性體(ti) 。其工藝流程如下：
2.1 低聚物多元醇
聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度較低，通常為(wei) 2或2~3.相對分子質量為(wei) 400~6000，但常用的為(wei) 1000~2000.主要品類有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚ε-己內(nei) 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。它們(men) 在合成聚氨酯樹脂中起著非常重要的作用。一般可通過改變多元醇化合物的種類、分子量、官能度與(yu) 分子結構等調節聚氨酯的物理化學性能。
2.1.1聚酯多元醇
聚酯多元醇簡稱聚酯，是聚氨酯彈性體(ti) 重要的原料之一。它是由二元羧酸和多元醇縮聚而成，常用的二元羧酸是己二酸，常用的多元醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇。此外，一些特殊聚酯還用戊二醇、乙二醇、三羥甲基丙烷、甘油等多元醇。由於(yu) 可用的多元醇品種多，所以聚酯的分子結構多種多樣，品種牌號也較多。為(wei) 了得到端羥基聚酯，必須用過量的多元醇與(yu) 二元羧酸反應。 一般采用間歇法生產(chan) 聚酯。其反應過程分為(wei) 酯化反應和酯交換反應兩(liang) 個(ge) 階段。生產(chan) 裝置大同小異，一般工藝流程，主要設備包括縮合釜、分餾冷凝器、冷凝器、計量罐、真空係統、加熱冷卻係統和控製係統。整個(ge) 係統的氣密性要求十分嚴(yan) 格。縮合釜攪拌軸可采用端麵機械密封。加料順序先加多元醇和配合劑，後加已二酸，然後充氮。酯化反應從(cong) 加熱升溫開始到220~250℃後約1h基本完成。此階段主要是常壓脫水過程，生成低分子聚酯和縮合水。當升溫到135℃左右時酯化反應激烈，生成大量縮合水。由於(yu) 縮合水的蒸發會(hui) 發生大量氣泡上升，用1，4-丁二醇和1，6-乙二醇為(wei) 原料時氣泡尤為(wei) 激烈。此時應及時調節加熱功率，控製冷凝器出水速度，防止大量水蒸氣將大量分子多元醇帶出分餾冷凝器。激烈反應過後，維持適宜的出水速度，逐漸將反應溫度升到220~250℃.當酸值降至30mgKOH/g左右或出水量約等於(yu) 理論水量時，由於(yu) 混合物中的羥酸很少，酯化難以繼續進行，出水基本停止，酯化反應階段基本結束。
本次聚氨酯鞍座中所選用的低聚物多元醇為(wei) 聚酯多元醇，牌號為(wei) ODX-218,分子量2000。
2.2 多異氰酸酯
多異氰酸酯品種也不少，但產(chan) 量大的隻有兩(liang) 種，即二基甲烷二異氰酸酯（MDI）及其聚合物多基多亞(ya) 甲基多異氰酸酯（PAPI）和二異氰酸酯（TDI）。多異氰酸酯我們(men) 采用德國拜耳的TDI-100。
TDI是以為(wei) 基本原料，用硝酸和的混合物進行硝化生成二硝基，然後溶於(yu) 甲醇中，在雷尼催化劑和15~20Mpa的氫氣壓下進行加氫還原成二胺（TDA），在經光氣化製得的。
硝化的階段生成鄰位、對位、間位三種硝基異構體(ti) 混合物，且其含量分別為(wei) 55%~60%、35%~40%和2%~5%。異構體(ti) 的含量幾乎不受反應條件的影響。將上述單硝基混合物進行不硝化生成2,4-二硝基和2,6二硝基，其比例為(wei) 80/20，再經還原和光化製得80/20TDI(T-80)。如單硝基混合物現經結晶分離出純的鄰位和對位單硝基，再分別進行第二次硝化和還原，光化，可製得65/35TDI(T-65)和純2,4-TDI（T-100）。生產(chan) 過程見下圖：
化學反應方程式：
異氰酸酯的反應是有有機酸酯與(yu) 氰酸鉀而得：
R2SO4+KCNO→2RNCO+K2SO4
TDI產(chan) 品中T-80占絕大部分，主要用於(yu) 軟質泡沫塑料，約占軟質泡沫塑料產(chan) 量的31.5%，其次是聚氨酯塗料、膠粘劑和彈性體(ti) ，T-100產(chan) 量主要是用於(yu) 生產(chan) 聚氨酯預聚體(ti) 及聚氨酯彈性體(ti) 。T-65基本上不生產(chan) 了被T-80代替。
2.3擴鏈劑與(yu) 交聯劑
擴鏈劑與(yu) 交聯劑是具有不同化學作用的助劑，在聚氨酯彈性體(ti) 的合成中，擴鏈劑參與(yu) 化學反應，是聚合物分子增長、延伸；交聯劑參加化學反應，不僅(jin) 使聚合物分子增長、延伸，同時還能在聚合物鏈中產(chan) 生支化，產(chan) 生一定的網狀結構，進行交聯反應，一般擴鏈劑多為(wei) 二元醇或二元胺類化合物。二元以上醇類和胺類化合物則具有擴鏈和交聯的雙重功能。
聚氨酯彈性體(ti) 製備中所需的擴鏈劑和交聯劑都有一定的要求，特別要求含水量低於(yu) 0.1%，若達不到該指標都要進行處理。
一般使用的二元胺類擴鏈劑都是芳香族的，常用的是3，3’-二氯-4，4’-二基甲烷二胺（商品名為(wei) MOCA）。
MOCA是聚氨酯彈性體(ti) 的擴鏈劑和交聯劑，特別是對於(yu) 澆注型聚氨酯彈性體(ti) 一般都用它，在MOCA的結構中氨基鄰位環上的氯原子取代基，使氨基電子雲(yun) 密度增加，降低了氨基與(yu) 異氰酸酯的反應速率，從(cong) 而延長了釜中壽命，這對於(yu) 澆注聚氨酯彈性體(ti) 製品是極其重要的。
我們(men) 加工澆注製品時，通常將MOCA的用量控製在理論用量的90%上下，其目的就是要使加工的製品具有相當的交聯密度，以改善製品的壓縮永久變形和耐溶脹等性能。
本次聚氨酯彈性體(ti) 所選用的MOCA是蘇州湘原Ⅱ型MOCA.
2.4 其他助劑
助劑是橡膠工業(ye) 的重要原料，用量雖小，作用卻甚大，聚氨酯彈性體(ti) 從(cong) 合成到加工應用都離不開助劑。聚氨酯彈性體(ti) 助劑種類很多，可根據製品的不同要求適量加入。下麵簡單描述聚氨酯鞍座所用到的主要助劑。
2.4.1脫模劑
它是生產(chan) 聚氨酯彈性體(ti) 製品時離不開的操作助劑。聚氨酯是強極性高分子材料，它與(yu) 金屬和極性高分子材料的粘結力很強，不用脫模劑，製品很難從(cong) 模具中脫出。
常用的脫模劑共有四種：
類是矽橡膠、矽酯，用、二氯甲烷、三氯甲烷、汽油等溶劑溶配成溶液，塗擦或噴塗在模具中。矽油也可做脫模劑，不過在熱壓硫化時不夠理想。
第二類是水做溶劑的新產(chan) 品。
第三類是常壓下用的脫模劑，像液體(ti) 石蠟、真空泵油、凡士林等。
第四類脫模機就是內(nei) 脫模劑。
2.4.2著色劑
聚氨酯彈性體(ti) 製品五顏六色，美觀大方的外觀靠的是著色劑。著色劑有兩(liang) 種，有機染料和無機顏料，有機染料大部分用於(yu) 熱塑性聚氨酯製品中，裝飾美化注射件和擠出件。彈性體(ti) 製品的著色一般有兩(liang) 種方式：一種是將顏料等助劑和低聚物多元醇研磨成色漿母液，然後將適量的色漿母液與(yu) 低聚物多元醇攪拌混合均勻，再經加熱真空脫水後與(yu) 異氰酸酯組分反應生產(chan) 製品，如熱塑性聚氨酯色粒料和彩色鋪裝材；另一種方法是將顏料等助劑和低聚物多元醇或增塑劑等研磨成色漿或色膏，經加熱真空脫水，封裝備用。使用時，將少許色漿加入預聚物中，攪拌均勻後再與(yu) 擴鏈交聯劑反應澆注成製品。此法主要用於(yu) MOCA硫化體(ti) 係，色漿中顏料含量約占10% -30%，製品中色漿的添加量一般在0.1%以下。
三、聚氨酯彈性體(ti) 主要生產(chan) 設備
澆注型彈性體(ti) 製品具有承載能力大，抗撕裂強度高，耐磨、耐油和硬度可調節範圍廣的特點。根據不用的原材料和工藝條件，設計製造適於(yu) 聚氨酯彈性體(ti) 的生產(chan) 設備。
3.1反應釜
3.1.1 用途 用於(yu) 聚酯（聚醚）多元醇脫水和預聚體(ti) 聚合、脫泡，是聚氨酯橡膠生成的重要設備之一。反應釜型號規格為(wei) 2.5T,數量2台。
3.1.2 操作方法 反應釜結構一般采用不鏽鋼內(nei) 膽，附加熱夾套及外包聚氨酯硬泡絕熱層的三層結構反應釜，附有攪拌、電加熱油循環及控溫係統，真空緩衝(chong) 罐及真空泵係統。反應釜上有進料、出料、觀察、測溫及真空、安全放空及抽真空等工藝管孔，其容積由要求的產(chan) 量而定。常用容積有80L、120L、200L等。
3.2彈性體(ti) 澆注機
3.2.1用途可用於(yu) TDI、MDI等預聚體(ti) 的胺交聯或醇交聯體(ti) 係的CPU製品生產(chan) ，與(yu) 人工澆注相比，澆注機澆注質量穩定，生成效率高。彈性體(ti) 澆注機型號為(wei) CPU20F(兩(liang) 組份係列)，數量5台
3.2.2操作方法 預聚體(ti) 和擴鏈劑的混合方式可分為(wei) 手工和機械兩(liang) 種。在批量較小時，多采用手工、間歇式混合，所用容器根據預聚體(ti) 數量選擇，混合時必須根據預聚體(ti) 、擴鏈劑的品種，活性基團含量及溫度，考慮反應放熱的激烈程度、釜中壽命以及製品所需要的數量等因素，酌情確定預聚體(ti) 的加入量。這是因為(wei) 預聚體(ti) 和擴鏈劑反應為(wei) 放熱反應，在它們(men) 混合時會(hui) 放出大量的熱，加速反應時係統黏度急劇上升，原料數量越多，反應讓熱越激烈，黏度上升越快，物料上升越困難。因此，在使用手工混合數量較大的預聚體(ti) 和擴鏈劑時，常會(hui) 出現混合膠料倒不出來的現象，有時雖然勉強倒入模腔，但因物料局部過熱，也會(hui) 對製品性能及其均一性造成一定影響。
因為(wei) 上述原因，對大量的教主聚氨酯生產(chan) 均采用機械連續混合方式，進行預聚體(ti) 和擴鏈劑的連續混合、連續澆注操作。典型的機械混合設備即澆注機。
3.3真空泵
3.1 用途 用於(yu) 對所製得的聚氨酯預聚體(ti) 真空脫氣泡。真空泵型號為(wei) X-15，數量3台。
3.2 操作方法 預聚體(ti) 進行升溫加熱後，對其抽真空脫氣泡，隻有充分混合後盡量將預聚體(ti) 中的氣泡抽出，製得的產(chan) 品才能夠達到預期的物理和化學性能，製得的產(chan) 品才能夠合格。
3.4預熟化加熱設備
4.1 用途：用於(yu) 模型預熱和聚氨酯的定型、硫化等程序。
4.2 操作方法 該設備一般有為(wei) 臥式烘箱和硫化平板，可視模具的大小而定製品所需成型壓力，其中，臥式烘箱操作簡單，現主要介紹硫化平板的使用方法。首先，根據工藝條件，調節液壓係統的工作壓力和熱板的加熱溫度，將模具清理後置於(yu) 熱板上 進行預熱。檢查所需半成品膠料。從(cong) 熱板上取下模具，打開上模將膠料注入模具型腔，將上模板放到模具上並置於(yu) 熱板上。注意模具應放置在熱板中央位置。啟動油泵電機，升起熱板進行合模，並保壓硫化。
3.5試驗機 能滿足用戶多需要的工藝條件（粘度、壓力、溫度、混合比及吐出量等）。主要有拉力檢測儀(yi) 、耐磨檢測儀(yi) 、耐老化檢測儀(yi) 等。
四、模具的加工
4.1.模具
模具的加工是製作聚氨酯彈性體(ti) 另一較重要的部分。製得產(chan) 品尺寸是否合格完全由模具來體(ti) 現，所以模具的加工也不能小視。
模具是由鋼材、鋁製作的，為(wei) 了延長模具的壽命，好使用滲碳鋼。也可用固體(ti) 聚氨酯、矽橡膠、聚酯或環氧樹脂、玻璃纖維增強塑料等來製作模具。
用鋼材、鋁和滲碳鋼加工模具，建議在兩(liang) 塊平行的模板之間開設若幹0.1mm的氣眼，以利於(yu) 氣泡及時排出。
4.2.收縮率
所有類型的聚氨酯彈性體(ti) 脫模後均會(hui) 產(chan) 生某些收縮現象，其標準收縮率範圍是0.9%~2.0%，所以在製作模具時應對此加以考慮。特別是對那些精密機械的彈性體(ti) ，設計模具時應準確地計算出製品的收縮餘(yu) 量。
4.3.鋼製模具的清理和清洗
一般清理模具上的黏著物時，用銅製小邊鏟輕輕去除黏結物。需要清洗的模具，先用水洗，再用汽油或丙酮等有機溶劑擦洗，幹燥後塗覆脫模劑放置備用。
4.4.聚氨酯彈性體(ti) 的後硫化
聚氨酯彈性體(ti) 的後硫化也叫陳化。不管是TPUR,還是MPUR和CPUR的試片，不能硫化後就去測試，一定要進行後硫化，一般試片的戶硫化條件為(wei) 60~80℃下16~24h或室溫下防止7~10天後再進行測試。後硫化後測試的性能是穩定的。同樣，PUR的各種製品也是應該經過後硫化後才能使用的。
五、聚氨酯彈性體(ti) 生產(chan) 工藝流程
聚氨酯彈性體(ti) 的製造一般采用兩(liang) 種工藝路線：預聚法和一步法。澆注型彈性體(ti) 多采用二步法（預聚體(ti) 法），少部分采用一步法（如低模量產(chan) 物）。
澆注型聚氨酯彈性體(ti) （簡稱CPU）——是聚氨酯彈性體(ti) 中應用廣、產(chan) 量大的一種； 進行澆注和灌注成型，可灌至各種複雜模具的製品。
5.1一步法預聚體(ti) 的合成
聚氨酯澆注膠(CPUR)一步法合成是將聚合物二元醇、二異氰酸酯和擴鏈劑放在一起，經充分混合後澆入磨具中加熱固化，待尺寸穩定後進行後硫化，後硫化溫度條件為(wei) 100℃下3-24h，詳見如下圖：
一步法合成CPUR一般物性不佳，隻有在聚合物多元醇類的羥值＞2時，或多異氰酸酯的-NCO數＞2時，用一步法合成合適，如軟泡塑料和硬泡塑料等，采用一步法。聚合物多元醇及多異氰酸酯的羥基數都等於(yu) 2的原料，好采用預聚合物合成CPUR。
5.2二步法預聚體(ti) 的合成
製作較大的聚氨酯製品時，單純用多異氰酸酯和聚合物多元醇一步法反應，要放出大量的熱，使製品內(nei) 部受熱老化，同時分解放出低分子物，使製品內(nei) 部形成泡沫，製品變成廢品。所以特大件澆注型聚氨酯製品不能用一步法進行生產(chan) 。由預聚體(ti) 預聚法合成聚氨酯澆注膠製品，生產(chan) 過程中操作平穩，沒有過熱現象。所以本產(chan) 品采用二步法（預聚法）合成。
將聚合物二元醇和二異氰酸酯製成預聚體(ti) 放在一起充分混合，經真空脫泡後注入模具注入模具固化，而後硫化得產(chan) 品，詳見如下圖：
注：用戶可根據自己的操作條件和經驗，適當增減其中的程序，
以保證提高生產(chan) 效率或提高產(chan) 品的精度。
首先將聚酯在130℃下減壓脫水，將脫水的聚酯原料（60℃時）加入到盛有配合量TDI-100反應容器內(nei) ，在充分攪拌的情況下合成預聚體(ti) 。合成反應是放熱的，應注意控製反應溫度在75℃-82℃範圍內(nei) ，反應2h即可。然後將合成的預聚體(ti) 置於(yu) 75℃真空幹燥箱內(nei) ，並且抽真空脫氣2h後備用。
然後將預聚體(ti) 加熱到100℃，並抽真空（真空度-0.095mpa）脫氣泡，稱取交聯劑MOCA,用電爐加熱115℃熔化，模具塗上適宜的脫模劑預熱（100℃），脫氣後的預聚體(ti) 和熔化後的MOCA混合，混合溫度100℃，並攪拌均勻，將攪拌均勻後的混合物再次抽真空脫氣泡，將攪拌均勻脫完氣泡的混合物，快速澆注到已經預熱的模具中，得混合物不流動或不粘手（凝膠狀）時，合上模具，置於(yu) 硫化機中進行模壓硫化（硫化條件：硫化溫度120-130℃，硫化時間，對於(yu) 大而厚的彈性體(ti) ，硫化時間在60min以上，對於(yu) 小而薄的彈性體(ti) ，硫化時間在20min），後硫化處理，將模壓硫化後的製品放在90-95℃（特殊情況下可在100℃）烘箱內(nei) 繼續硫化10h，然後在室溫放置7-10天完成熟化，後製的成品。
根據以上加工過程，可推算出一副聚氨酯彈性體(ti) 模具，每天產(chan) 能多可達到8個(ge) /天。
六、聚氨酯彈性體(ti) 加工過程中操作要點
6.1溫度控製
合成預聚體(ti) 時，溫度控製在75-82℃之間，高了會(hui) 使合成的預聚物性能下降，低了會(hui) 延長聚合時間。與(yu) MOCA混合時的預聚體(ti) 溫度控製在90-110℃之間，高了會(hui) 降低產(chan) 品硬度和強度，低了會(hui) 增大聚合物的黏度，不利於(yu) 澆注操作。硫化時間控製在130℃，高了會(hui) 使MOCA分解，不利於(yu) 交聯反應，同時會(hui) 增加其他副反應；低了會(hui) 延長模壓成型時間。MOCA的熔化溫度，控製在剛融化為(wei) 液體(ti) 即可，不能繼續加熱，否則液體(ti) MOCA的顏色變深、分解，影響製品性能。
6.2時間控製
合成反應2h，間歇式抽真空2h即可。然後密封後置於(yu) 常溫下保存，預聚體(ti) 合成在75℃下不能超過4h，更不能在高溫100℃下超過2h，否則會(hui) 降低產(chan) 品的性能。澆注要在1-2min內(nei) 完成，因為(wei) 預聚體(ti) 和MOCA混合後穩定期很短，一般隻有4-5min，否則混合物凝固就無法進行澆注。模壓硫化時間針對產(chan) 品的形狀和大小而定，一般在15-30min之間，要保證製品模壓成型。遇到大件產(chan) 品，時間要更長，需要2-3h。
6.3預聚體(ti) 的脫氣
脫氣的好壞是澆注聚氨酯彈性體(ti) 製造成敗的關(guan) 鍵。一般需要控製2個(ge) 環節，預聚體(ti) 合成後在靜置時，75℃真空脫氣，將預聚體(ti) 中大部分氣體(ti) 除去；預聚體(ti) 與(yu) MOCA混合之前，需要加熱到100-110℃，高溫脫氣；同時抽真空（-0.095mpa）脫氣10min，而後取出攪拌一下將底部氣泡翻到上邊，再抽真空脫氣10min，將預聚體(ti) 中的氣體(ti) 排出幹淨才能與(yu) 硫化劑混合澆注產(chan) 品。
