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PU聚氨酯加工工艺参考

日期:2017-01-12
PU塑料
 
     聚氨酯(简称PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成,可以大幅度地改变产品形态及其性能,得到从柔软到坚硬的最终产品.聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称,英文名称是polyurethane,它是一种高分子材料。聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料,被誉为“第五大塑料”,因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空……
 
物化性能
聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等,
应用范围
聚氨酯材料的具体应用是:

1、PU软泡Flexible PU

垫材——如座椅、沙发、床垫等,聚氨酯软泡是一种非常理想的垫材材料,垫材也是软泡用量最大的应用领域;

吸音材料——开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能,可用作室内隔音材料;

织物复合材料——垫肩、文胸海绵、化妆棉;玩具

2、PU硬泡Rigid PU

冷冻冷藏设备——如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等,聚氨酯硬泡是冷冻冷藏设备的最理想的绝热材料;

工业设备保温——如储罐、管道等;

建筑材料——在欧美发达国家,建筑用聚氨酯硬泡占硬泡总消耗量的70%左右,是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上;在中国,硬泡在建筑业的应用还不像西方发达国家那样普遍,所以发展的潜力非常大;

交通运输业——如汽车顶篷、内饰件(方向盘、仪表盘)等;

仿木材——高密度(密度300~700kg/m3)聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构泡沫塑料,又称仿木材,具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点,强度可比天然木材高,密度可比天然木材低,可替代木材用作各类高档制品。

灌封材料——例如防水灌浆材料、堵漏材料、屋顶防水材料

花卉行业——PU花盆、插花泥等

3、PU半硬泡Semi-rigid PU

吸能性泡沫体——吸能性泡沫体具有优异的减震、缓冲性能,良好的抗压缩负荷性能及变形复原性能,其最典型的应用是用于制备汽车保险杠;

自结皮泡沫体(Integral Skin Foam)——用于制备汽车方向盘、扶手、头枕等软化性内功能件和内部饰件。自结皮泡沫制品通常采用反应注射模塑成型(Reaction Injection Moulding,简称RIM)加工技术;

微孔弹性体——聚氨酯微孔弹性体最典型的应用是用于制鞋工业。

4、聚氨酯弹性体(PU Elastomers)

浇注型聚氨酯弹性体(简称CPU)——是聚氨酯弹性体中应用最广、产量最大的一种;

热塑型聚氨酯弹性体(简称TPU)——热塑型聚氨酯弹性体约占聚氨酯弹性体总量的25%左右;

混炼型聚氨酯弹性体(简称MPU)——占聚氨酯弹性体总量的10%左右。

实心轮胎;印刷、输送胶辊;压型胶辊;油封、垫圈球节、衬套轴承;O型圈;撑垫;鞋底、后根、包头;衬里;齿轮等,不同应用领域,选择的弹性体的硬度范围不同。

在矿山、冶金等行业的应用——筛板、摇床等

在机械工业方面的应用——胶辊、胶带、密封件等;

在汽车工业方面的应用——轮胎、密封圈等;

在轻工业方面的应用——聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纤维;

在建筑工业方面的应用——防水材、铺装材、灌封材等。

5、聚氨酯鞋底料(Shoe Sole)

聚氨酯鞋底具有诸多优点:密度低,质地柔软,穿着舒适轻便;尺寸稳定性好,储存寿命长;优异的耐磨性能、耐挠曲性能;优异的减震、防滑性能;较好的耐温性能;良好的耐化学品性能等等。聚氨酯多用于制造高档皮鞋、运动鞋、旅游鞋等。

6、聚氨酯浆料

分为湿法和干法两大类,是一种高分子的溶液体系,外观透明或微浊,固体分含量大约(30-35)%,也就是说其中的(65-70)%是溶剂,简单的说1吨浆料中含有(650-700)公斤的溶剂,对于干法来说就是含有这么多的甲苯和丁酮,甲苯用量大些,因为甲苯的溶解性能较好,对于湿法来说就是含有650-700公斤的纯DMF,因此对于浆料来讲,像甲苯、DMF的价格的变动很大程度上影响了浆料的成本,原因很简单用量所占比重大。

聚氨酯浆料用作涂层制备聚氨酯合成革、人造革。聚氨酯合成革具有光泽柔和、自然,手感柔软,真皮感强的外观,具有与基材粘接性能优异、抗磨损、耐挠曲、抗老化、抗霉菌性好等优异的机械性能,同时还具备耐寒性好、透气、可洗涤、加工方便、价格优廉等优点,是天然皮革的最为理想的替代品,广泛应用于服装、制鞋、箱包、家具、体育等行业。凡是真皮应用的领域,它都可替代,而且还可应用于真皮无法应用的领域,真皮的行情很容易受动物(牛、羊、猪等行情的影响,疯牛病)。

干法聚氨酯浆料——在应用的过程中,靠加热蒸发将浆料中的溶剂蒸发掉,溶剂大都是用甲苯、丁酮,蒸发掉的溶剂无法回收,不仅污染环境,而且还造成了不必要的浪费。

湿法聚氨酯浆料——由于加工过程采用的是将DMF用水抽提(原因是DMF与水有无限的溶解性),比较环保,而且生产出的合成革具有良好的透湿、透气性能,手感柔软、丰满、轻盈,更富于天然皮革的风格和外观,因此发展速度极为惊人。

7、聚氨酯纤维(Spandex,简称氨纶)

氨纶的优异性能:突出的高回弹性,氨纶的高回弹性是目前所有弹性纤维都无法比拟的,它的断裂伸长率大于400%,最高可达800%,即使在300%拉伸形变时,回弹回复率仍在95%以上;优异的抗张强度、抗撕裂强度;耐候、耐紫外线照射能力强;耐化学品、耐洗涤;与染料的亲和性好。

氨纶已被广泛应用于纺织品中,是一种高附加值的新型纺织材料,其使用形式主要有四种:裸丝、包芯纱、包覆纱、合捻线。如丝袜、泳衣、舞蹈衣、莱卡(纯棉包覆氨纶丝)、服装等,在传统纺织品中,只需加入不到10%数量的氨纶,就可以使传统织物的档次大为提高,显示出柔软、舒适、美观、高雅的风格。

8、聚氨酯涂料(PU Coatings)

聚氨酯涂料的应用领域主要有:飞机、船舶、车辆涂装;木材、塑料、橡胶、皮革的表面涂装;建筑物涂装;防腐涂装,等等。

水性聚氨酯涂料——以水为主要介质,具有低VOC含量、低或无环境污染、施工方便等特点,是溶剂型涂料的主要替代品之一。已在许多领域得到广泛的应用,如:(1)木器漆及木地板漆;(2)纸张涂层;(3)建筑涂料;(4)皮革涂层;(5)织物涂层,等等。

9、聚氨酯胶粘剂(PU Adhesives)

聚氨酯胶粘剂中含有很强极性和化学活泼性的-NCO-(异氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基团),与含有活泼氢的基材,如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料,以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力;

具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性,适用于各种结构性粘合领域,并具备优异的柔韧特性;

聚氨酯胶粘粘剂具备优异的橡胶特性,能适应不同热膨胀系数基材的粘合,它在基材之间形成具有软-硬过渡层,不仅粘接力强,同时还具有优异的缓冲、减震功能;

聚氨酯胶粘剂的低温和超低温性能超过所有其他类型的胶粘剂;

水性聚氨酯胶粘剂——水性聚氨酯胶粘剂具有低VOC含量、低或无环境污染、不燃等特点,是聚氨酯胶粘剂的重点发展方向。

10、聚氨酯密封胶(PU Sealants)

密封胶是用来填充空隙(孔洞、接头、接缝等)的材料,兼备粘接和密封两大功能。聚氨酯密封胶与硅酮密封胶、聚硫密封胶构成了目前高档密封胶的三大品种。

聚氨酯密封胶广泛用于土木建筑、交通运输等行业:

在建筑方面的应用——门窗、玻璃等的填充密封;
在土木方面的应用——高速公路、桥梁、飞机跑道等的嵌缝密封;

在汽车方面的应用——车窗(主要是风挡玻璃)的装配密封。

聚氨酯密封胶具有诸多优良特性,包括:(1)性能可调范围宽、适应性强(2)耐磨性能好;(3)机械强度大;(4)粘接性能好;(5)弹性好,具有优良的复原性,可用于动态接缝;(6)低温柔性好;(7)耐候性好,使用寿命长达15~20年;(8)耐油性好;(9)耐生物老化;(10)价格适中。
 
常见问题
1、需降低预聚体粘度
(1)优选预聚体的合成温度;(2)将多元醇加入到异氰酸酯中;(3)增加搅拌;(4)控制反应速度到较慢的程度;(5)使用正确的催化剂;(6)严格控制原料中的水分含量,水分的含量应低于0.05%;(7)制备预聚体时应在酸性条件下进行。
  2、变黄问题
(1)添加使用抗氧剂或紫外线稳定剂;(2)使用脂肪族异氰酸酯。
  3、NCO比理论值低
(1)有水进入反应体系;(2)比例不对;(3)异氰酸酯有损失;(4)碱性造成的副反应
  4、NCO比理论值高
(1)反应时间太短;(2)催化剂用量不足或催化剂不适当;(3)反应温度太低;(4)比例不对
  5、气泡产生原因
(1)水进入反应体系;(2)脱气不完全;(3)混合搅拌不合适;(4)在浇注时卷入气泡
  6、如何干燥主要原材料
(1)将多元醇放入高温、真空、搅拌、具有震动的设备中干燥;(2)鼓干燥氮气干燥
  7、反应速度太快
(1)碱性太高;(2)催化剂量太多;(3)提高温度太快(每增长10摄氏度,釜中寿命缩短2倍)
  8、反应速度太慢
(1)催化剂量不足;(2)反应温度太低
  9、提高耐磨性
(1)使用适当的主要原材料,特别是硬段材料;(2)使用Teflon添加剂
  10、提高低温柔顺性
(1)使用较高分子量的聚醚多元醇代替聚脂多元醇;(2)使用PTMEG代替PPG
  11、提高耐高温性能
(1)使用高性能的原料成份,特别是扩链剂和异氰酸酯(如HQEE、PPDI);(2)使用最稳定的抗氧剂
  12、如何提高压缩永变
(1)使用适当的主要原材料;(2)使用三官能度的扩链剂;(3)采用较高的NCO指数;(4)优化混合温度;(5)使用三官能度异氰酸酯
  13、如何减少能量吸收
使用具有线性聚合,不形成支链并形成良好硬段性能的原料
  14、如何制得透明的PU
(1)降低硬段的结晶性(合适的加工条件和/或用特殊的扩链剂);(2)改变NCO%;(3)打乱硬段有序度

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