簡要地說明了有關預聚體法生產高、中、低硬度澆注型聚氨酯彈性體的工藝和原料。介紹了近年開發成功用一套CPU澆注機既能生產高硬度的CPU又能生產中、低硬度的CPU設備結構及有關情況。

　　聚氨酯彈性體具有承載能力大，機械性能優異、抗撕裂強度高、耐磨、耐油，硬度可調節的范圍大等優點，已廣泛地應用于國民經濟各部門。

　　預聚體法澆注型聚氨酯彈性體(CPU)的生產工藝：

　　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整，使之物性優良，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℃]，生產制品的硬度為邵A70~98)。隨著市場經濟的發展及對產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新的理念，在廣大科研單位和有關專家的指導下，近年已開發成功用一套澆注機既能生產高硬度CPU(邵A80~95)又能生產中硬度(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”：選擇性能優良、使用方便、穩定可靠、結構簡單的設備。

　　1.1.3“模”：購置和生產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量要求：“準、勻、穩、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節其總吐出量的大小。

　　1.2.2“勻”：即混合均勻，在設定的混合比及流量的范圍內，保證兩組份或多組份原液混合均勻。

　　1.2.3“穩”：即料溫穩定，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，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生氣泡。

　　1.3CPU澆注機的四個關鍵組成：“罐、泵、頭、控”。

　　1.3.1“罐”：料罐和附屬裝置及其控溫和供料系統。采用特殊設計的平蓋帶攪拌的三層結構料罐(耐酸不銹鋼內膽，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”、“泡”創造條件。

　　1.3.2“泵”：計量泵及其傳動、調節、顯示裝置和它們的系統流程，是保證計量準確的關鍵，采用進口低速高精度計量泵并配有精密的傳動及調速裝置。

　　1.3.3“頭”：(澆注頭)兩組份或多組份的動態混合裝置，是兩組份或多組份混合均勻的關鍵，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，直觀明了、穩定可靠、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廣，技術亦成熟。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制品的生產工藝和設備。

　　2.1工藝：

　　2.1.1常用預聚體中-NCO的多少來調節制品的硬度，采用胺交聯(MOCA)，以保證制品獲得更高的正品率(由于以MOCA為交聯擴鏈劑時，擴鏈系數(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

　　預聚體型號及名稱內容 030 036 042 052 MOCA

　　原 NCO(%) 3.0±0.2 3.6±0.2 4.2±0.2 5.2±0.2

　　20℃時物態 固態 固態 固態 固態 固態

　　料 用前預熱條件(h/℃) 24/60 24/60 24/60 24/60 110~125

　　用前是否需脫氣 是 是 是 是 否

　　特 加工溫度(℃) 90 90 90 85 120

　　加工溫度下粘度(CPS) 4000 3200 2800 1500 小于30

　　性 加工溫度下相對密度 1.18 1.19 1.19 1.19 1.25

　　工藝參數 擴鏈劑 MOCA MOCA MOCA MOCA

　　擴鏈系數0.95時加入重量百份比 9.05 10.85 12.7 15.4

　　模溫(℃) 100 100 100 100

　　釜中壽命(min) 9 6 5 3.3

　　脫模期(min) 30 25 15 10

　　后硫化條件(h/℃) 16/100 16/100 16/100 16/100

　　彈性體性能 硬度 ShoreA 80 85 90 95

　　100%定伸應力(MPa) 3.70 4.60 6.00 12.3

　　300%定伸應力(MPa) 7.6 8.6 12.10 26.00

　　拉伸強度(MPa) 50.7 45.0 49.5 52.2

　　扯斷伸長率(%) 610 560 510 450

　　撕裂強度(KN/m)

　　無割口 90 106 114 140

　　有割口 35 40 50 69

　　回彈性(%) 36 35 29 30

　　磨耗(mm3) 19 30 36 30

　　壓縮永久變形(%) 28 24 25 30

　　相對密度 1.24 1.25 1.26 1.27

　　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量、含水量及反應釜大小等)(將夾套內導熱油加熱，料溫達到100~140℃，釜內真空度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質量分數后，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，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

　　組份名稱 重量混合比 粘度CPS 溫度℃ 真空度Torr

　　A(預聚體) 100 500~4000 60~100 5~10

　　B(MOCA等) 3.6-16 50MAX 105~125 5~10

　　2.3.1.2型號及吐出量

　　型號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ

　　總吐出量(Kg/min) 0.2~0.8 1~3 2~5 3~8 5~15 10~25

　　可生產制品重量(Kg)0.05~10 0.1~30 0.5~50 1~200 1~300 2~400

　　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，生產時瞬時切換即能生產不同物性的CPU制品。可在澆注頭中直接加入色漿以生產不同顏色的制品。

　　2.3.2.1使用條件

　　組份名稱 重量混合比 粘度CPS 溫度℃ 真空度Torr

　　A1(預聚體) 30~50 500~4000 60~100 <10

　　A2(預聚體) 30~50 500~4000 60~100 <10

　　B(MOCA等)3~16 <100 80~125 <10

　　S(色漿) 0.1~1 <800 20~30

　　2.3.2.2型號及吐出量

　　型號   Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ

　　總吐出量(Kg/min) 0.24~0.9 0.9~3 1.8~5.4 3~9 6~15 10~30

　　可生產制品重量(Kg) 0.05~10 0.1~30 0.5~50 1~200 1~300 2~500

　　3、中硬度CPU制品的生產工藝和設備：

　　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節制品的硬度和物性。

　　中硬度聚酯型CPU工藝和性能

　　預聚體型號及名稱 內容 036 TMP TIPA MOCA

　　原 NCO(%) 3.6±0.2

　　20℃時物態 固態 固態 固態 固態

　　料 用前預熱條件(h/℃) 24/60 12/60 12/60 110~125

　　用前是否需脫氣 是 否 否 否

　　特 加工溫度(℃) 90 90 90 120

　　加工溫度下粘度(CPS) 3200 75 50 小于50

　　性 加工溫度下相對密度 1.19 1.09 1.0 1.25

　　工藝參數 擴鏈劑 TMP/TIPA+MOCA

　　100份預聚體用TMP/TIPA(份) 3.93 2.18 1.45 0.48

　　100份預聚體用(MOCA)(份) 4.8 6.8 9.5 10.85

　　模溫(℃) 110 110 110 110 110

　　釜中壽命(min) 15 18 14.5 10 6

　　脫模期(min) 50 45 35 20 20

　　后硫化條件(h/℃) 16/110 16/110 16/110 16/110 16/110

　　彈性體性能 硬度ShoreA 58 60 70 80 85

　　100%定伸應力(MPa) 1.9 2.1 3.0 4.2 4.6

　　300%定伸應力(MPa) 4.0 4.8 7.0 8.9 8.6

　　拉伸強度(MPa) 31 44 47 52 45

　　扯斷伸長率(%) 450 450 480 580 560

　　撕裂強度(KN/M)

　　無割口 46 43 60 80 106

　　有割口 6 26 39 56 40

　　回彈性(%) 40 20 27 30 35

　　磨耗(mm3) 31 29 38 23 30

　　壓縮永久變形(%) 3 4 10 16 24

　　相對密度 1.22 1.23 1.24 1.24 1.25

　　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，質量稍差，質量稍差，應根據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生氧化，使顏色變深。在不同溫度下允許加熱時間：

　　加熱溫度(℃) 110 120 132

　　允許加熱時間(h) 4 2 1

　　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并用可調節制品硬度、改善性能。

　　3.2.2.3TIPA(三異丙醇胺)為白色結晶固體，熔點45℃和TMP混合(常用TMP：TIPA≈3：1)擴鏈交聯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為擴鏈交聯劑(常為3：1)由改變擴鏈劑與增塑劑的百分比來調節制品的硬度和物性。

　　低硬度聚酯型CPU工藝和性能

　　預聚體型號及名稱內容 036 TMP TIPA DMEP

　　原 NCO(%) 3.6±0.2

　　20℃時物態 固態 固態 固態 液態

　　料 用前預熱條件(h/℃) 24/60 12/60 12/60

　　用前是否需脫氣 是 否 否 否

　　特 加工溫度(℃) 90 90 90 90

　　加工溫度下粘度(CPS) 3200 75 50 10

　　性 加工溫度下相對密度 1.19 1.08 1.0 1.07

　　工藝參數 擴鏈劑 (DMEP)+TMP/TIPA

　　100份預聚體用DMEP(份) 6 0 5 2 4 5 3 6 2 7 1 8 1 0 0

　　100份預聚體用TMP/TIPA(份) 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93 3.93

　　模溫(℃) 100 100 100 100 100 100 100 100

　　釜中壽命(min)有催化劑/無催化劑 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50 15/50

　　脫模期(min) 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5

　　后硫化條件(h/℃) 16/100 16/100 16/100 16/100 16/100 16/100 116/100 16/100

　　彈性體性能 硬度ShoreA 20 25 30 35 40 45 50 58

　　100%定伸應力(MPa) 0.45 0.70 0.80 0.95 1.1 1.3 1.55 1.95

　　300%定伸應力(MPa) 0.95 1.4 1.6 2.0 2.3 2.8 3.4 4.0

　　拉伸強度(MPa) 3.35 5.50 6.70 8.90 12.20 14.6 17.50 30.9

　　扯斷伸長率(%) 550 760 750 700 680 550 480 450

　　撕裂強度(KN/m)

　　無割口 11 16 19 22 24 30 36 45

　　有割口 2.5 3.0 3.5 3.5 4.0 4.5 5.2 6.0

　　回彈性(%) 25 28 30 30 28 28 30 40

　　磨耗(mm3) 175 155 116 105 52 44 31

　　壓縮永久變形(%) 3 0 0 0 0.8 2.1 3.2

　　相對密度 1.18 1.19 1.19 1.20 1.21 1.21 1.21 1.22

　　4.2原料

　　4.2.1預聚體\TMP及TIPA見上節

　　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。