近十幾年，新技術的開發(fā)，聚氨酯迅速應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，如冰箱、冷藏、建筑等行業(yè)。聚氨酯硬質(zhì)泡沫板材（簡稱PU硬泡）具有容重強度高、吸水率小、低溫或高溫尺寸穩(wěn)定性好、使用壽命長、絕熱性能優(yōu)異等特點。尤其聚氨酯硬泡板材應用領域更加廣泛，使用方便，保溫效果良好。
1聚氨酯板材的種類
在建筑板材方面，根據(jù)制品狀況聚氨酯板材可以分為普通聚氨酯板材、復合聚氨酯板材等類型；依照發(fā)泡成型工藝情況又可以分為連續(xù)式板材和間歇式板材。
間歇式板材要求發(fā)泡料在較短暫的時間內(nèi)填充滿較薄的大體積模腔，要求發(fā)泡體系要具有優(yōu)異的流動性、板材具有良好的密度分布和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性；連續(xù)式板材則要求發(fā)泡參數(shù)與生產(chǎn)線速度具有合適的配合性、后期具有優(yōu)異的脫模性等。針對以上的具體要求，我們采用特種聚醚材料、配合優(yōu)選的催化體系，研制出分別適于各種生產(chǎn)線情況的發(fā)泡料體系，在國內(nèi)部分知名企業(yè)生產(chǎn)線上使用。
2特點
2.1穩(wěn)定性
重量輕，強度高，尺寸穩(wěn)定性好
我們生產(chǎn)間歇式板材，硬質(zhì)聚氨酯泡沫熟化一周后進行泡沫性能檢測，泡沫性能如表1。
表1 聚氨酯板材性能
泡沫指標 檢測結果
密度/kg·m-3 42
壓縮強度/kPa 210
導熱系數(shù)/W·（m·k）-1 0.022
高溫/％（100 ℃，48 h） 0.2
低溫/％（-30 ℃，48 h） 0.6
2.2 粘合力強
聚氨酯硬泡對鋼、鋁、不銹鋼等金屬，木材、混凝土、石棉、瀝青、紙以及聚乙烯、聚丙烯等大多數(shù)塑料材料都具有良好的粘結強度。泡沫塑料和面材之間的粘接強度的大小直接影響復合板材的實用效果。
表2 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料和面材的粘接強度
泡沫塑料與各種面 與面板相接觸的泡沫塑料密度/kg·m-3
材的粘接強度/kPa 30 80 160 320
鋁 68.65 186.33 382.46 1 078.73
玻璃 58.80 176.52 343.23 980.67
鋼 78.45 196.13 431.49 1 010.08
木材 117.68 196.13 421.69 1 176.80
2.3 絕熱性能優(yōu)越
聚氨酯硬泡閉孔率高，導熱系數(shù)極低，因此聚氨酯硬泡在目前建筑材料中絕熱性能最好。數(shù)據(jù)顯示，采用聚氨酯夾心板材后可比沒保溫隔熱的外墻節(jié)約60％作業(yè)的采暖費以鋼板與硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合為例，復合板材的導熱性列于表3。
表3 鋼板－硬質(zhì)聚氨酯泡沫復合板的導熱性
復合板材總厚度/mm 熱導率/W·（m·k）-1
35 0.70
50 0.46
60 0.37
120 0.23
3生產(chǎn)與工藝
3.1間歇式板材
3.1.1注射式板材的生產(chǎn)
這種制造方法是在模具中注射成型，這是一種間歇式加工法。發(fā)泡機中的計量泵把聚氨酯兩種組分原料打入混合頭，混合均勻后，通過模具的注入孔把原料注入模具空腔。模具空腔已經(jīng)事先安放了面材。發(fā)泡熟化后，即可從模具中取出板材。
這種加工方法的優(yōu)點是設備簡單，適應多品種生產(chǎn)。根據(jù)應用上的需要，選用平面或凹凸形的面材作復合板材的表層，也可以應用。這種方法生產(chǎn)板材時要注意調(diào)節(jié)發(fā)泡時間參數(shù)，對于不同長度的板材要選用不同配方，才能滿足不同規(guī)格板材成型工藝的要求，對于長度較長的板材來說，調(diào)整配方就很重要了。生產(chǎn)板材時，兩種組分原料注入模具后，必須完全充滿模腔后才能凝膠，否則，難以制成泡沫密度均一的制品，如果凝膠固化速度太快，有可能造成距離注射口近的地方填充密度過大，而距離注射口較遠的地方填充不滿，造成空腔。這時，調(diào)整聚醚組合料配方顯得尤為重要。
3.1.2原料的選擇
異氰酸酯（PAPI）組分選用煙臺萬華PM-200，這個組分是固定的。隨著PAPI用量增加，泡沫塑料的交聯(lián)度增加，其強度和剛度也隨之提高，但若PAPI用量過多，泡體將發(fā)脆，芯材容易產(chǎn)生裂紋。
首先選擇聚醚多元醇最重要，聚醚多元醇是組成聚氨酯硬泡的基礎原料之一，它影響泡沫芯材的物理力學性能、尺寸穩(wěn)定性和發(fā)泡工藝性能。根據(jù)起始劑、羥值和粘度確定聚醚型號后，聚醚中夾雜鉀離子的含量選擇低的。
泡沫穩(wěn)定劑選擇乳化能力強為宜。主要控制泡孔大小、維持泡孔的穩(wěn)定、防止泡孔崩塌。有機硅酮類泡沫穩(wěn)定劑對此具有較好的作用,其用量可在1.5～2.5(質(zhì)量分數(shù))內(nèi)調(diào)節(jié)
發(fā)泡劑的種類、用量對聚氨酯硬泡的密度、強度等物理性能有直接的影響。發(fā)泡劑不僅可以調(diào)整和控制泡沫制品的密度和性能，還能降低組合聚醚的粘度、改善其發(fā)泡工藝，提高泡沫的流動性，有利于泡沫成型�？紤]到可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，現(xiàn)在已經(jīng)限制使用對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的CFC
11氟烴類化合物，使用替代發(fā)泡劑。
選擇催化劑可選用延遲催化體系，使乳白時間與凝膠時間間隔時間較長，有效提高發(fā)泡體系的流動性，改善泡沫性能，以適合生產(chǎn)工藝操作。泡沫在腔體內(nèi)是否均勻、泡沫細膩程度、泡沫閉孔率高低等因素對板材的整體保溫性能有很大影響，這些因素關系到泡沫與腔壁粘接牢固程度，泡沫尺寸穩(wěn)定性等。
阻燃劑可以提高泡沫塑料的耐火性，但是阻燃劑在發(fā)泡過程中對泡沫有破壞作用，在保證提高阻燃效果的前提下，保證泡沫塑料的使用性能和尺寸穩(wěn)定性。
3.1.3箱式保溫板材的生產(chǎn)
采用類似于箱式軟泡生產(chǎn)的模具，將組合聚醚輸送至箱式發(fā)泡機工作釜中，攪拌幾分鐘后送入發(fā)泡攪拌桶中，然后輸入計算好的異氰酸酯組分，高速攪拌30秒后，提起攪拌桶并同時打開桶底蓋，使混合后的黑白料流入箱式模具中（模具表面涂有脫模劑或者表面鋪聚乙烯塑料薄膜），放置浮動頂板，混合物進行發(fā)泡。放置20min后，即可將箱體的四邊側板打開，取出聚氨酯硬質(zhì)泡沫，自然熟化24h后進行切割。
箱式保溫板材硬泡組合料的生產(chǎn)注意以下幾個方面：⑴選用高官能度聚醚多元醇；⑵水量應控制在0.1％～0.5％之間，避免放熱過多引起泡沫燒芯；⑶控制組合料粘度不能過大，如果粘度過大，要選用延遲性催化劑，以適當延長攪拌混合時間和乳白時間，有利于大量原料混合均勻，在大的模具中反應完全，改善流動性。⑷在配方確定的前提下，原料溫度是影響發(fā)泡速度的主要因素。一般應控制料溫在15℃左右。料溫過高，反應速度太快，在激烈的放熱情況下，加上聚氨酯泡沫本身的導熱系數(shù)低，積累的熱量不易被擴散，大量的熱量集中會造成泡沫體燒芯。
在我國，冷藏保溫車需要大量廂板，需求量越來越大，廂體的主體材料是聚氨酯硬質(zhì)泡沫。河南冰熊冷藏車廠一直采用間歇式生產(chǎn)板材的方法。隨著國家對夾芯板產(chǎn)品安全環(huán)保性能及使用壽命要求大幅提高，預計未來5年，聚氨酯板材的需求量將達到3000萬m3,市場份額超過60％。
3.1.4塊料切割黏貼法
木工適用的鋸、磨等加工方法均可用于加工塊狀硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。硬泡被加工成一定形狀和尺寸后黏貼上面層材料就成為復合板材。聚氨酯、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、聚乙酸乙烯等膠粘劑都可以用于黏貼硬泡。黏貼之前一定要把硬泡表面切割時留下的粉塵除干凈。減壓吸塵除粉方法較為有效。黏貼過程所加壓力大小和加熱程度隨膠粘劑種類而異。有的膠粘劑內(nèi)含溶劑，預先鑒別這些溶劑是否會損壞硬泡和面層材料，玻璃纖維增強聚酯或環(huán)氧樹脂等增強材料能黏合于泡沫塑料上作面材。材料切割黏貼法的優(yōu)點是：生產(chǎn)裝置較為簡單，能制造曲面形板材，改變板材形狀與尺寸，均較方便與經(jīng)濟。制品通常用作建筑物上曲線部分構件、船艇等運動器材。缺點是有邊廢料生成，浪費泡沫塑料，增加一道黏貼工序比較麻煩，耗用勞動力費用較多。
3.2連續(xù)板材
連續(xù)化生產(chǎn)復合板材，能大大提高生產(chǎn)效率。水平式復合板材連續(xù)成型的過程：發(fā)泡機把原料均勻混合后，送到勻速移動的面材上發(fā)泡，同時，上層面材合向泡沫塑料，生成上下兩面都帶面材的復合板材。作為面材的材料多數(shù)以鋁箔、金屬材料為主。在發(fā)泡傳輸過程中，泡沫在雙層加壓面板中熟化，按所需長度切割，即可生產(chǎn)出所需規(guī)格的板材。
夾芯板的厚度可通過改變成型機上、下金屬板傳送帶之間的距離及側邊密封塊的厚度來調(diào)整。厚度可調(diào)范圍為20～250mm，傳送帶速度可在1.0～25m/min間根據(jù)需要無級調(diào)整，板材寬度也可根據(jù)需要在600～1200mm間調(diào)整。
板材連續(xù)復合成型生產(chǎn)中，反應物料分布一定要均勻�；旌项^簡單地往返澆注物料，在板材寬約1.25m時，生產(chǎn)速度一般限于9～10m/min。高于此速度，混合頭移動換向時，反應物料在板材邊緣處易過量。另外，往返速度過高，操作上不太安全。若用兩個以上混合頭聯(lián)合注料，雖能減少每一個混合頭的澆注量，但混合頭不往返移動，固定在中央，連接一個壓料輥或其他能使物料迅速分布均勻的配料裝置。高速連續(xù)復合成型生產(chǎn)過程對溫度與一個泡沫塑料的反應速度非常敏感，特別是聚異氰脲酸酯泡沫體系。為減弱敏感程度，應采用高粘度規(guī)格的聚合MDI。
目前，我國有聚氨酯連續(xù)板材生產(chǎn)線大約五十多條。由于目前市場需求量以及其他因素影響，大多數(shù)連續(xù)板材生產(chǎn)線沒有滿負荷運轉。隨著市場需求增加以及技術更新，不久的將來連續(xù)板材成為主流生產(chǎn)方式。
4結語
綜上所述，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種綜合性能優(yōu)良的建筑節(jié)能絕熱、保溫材料。聚氨酯板材根據(jù)生產(chǎn)工藝分為兩種方式，一種是間歇式板材，一種是連續(xù)板材。在應用過程中，間歇式板材生產(chǎn)工藝操作簡單，成本低，在我國應用比較廣泛；而連續(xù)式板材，目前我國只有五十幾條生產(chǎn)線，產(chǎn)量很大，廣泛應用于中央空調(diào)冷風管等領域，但是設備投資巨大，從配方、原料、工藝和制造等方面有待加強研發(fā)力度，近幾年已經(jīng)取得了顯著的進展。隨著我國聚氨酯建筑節(jié)能等有關政策的完善，我國聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料在各個領域發(fā)揮更大的作用，前景將更加光明。
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