快速脫模聚氨酯發(fā)泡體系的開發(fā)

方 彧，朱小江，劉 茜，陳忠民，王嚴(yán)平，石芳錄

（1.陜西寶雞長嶺冰箱有限公司，陜西 寶雞 712006；2.蘭州華宇航天技術(shù)應(yīng)用有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

聚氨酯硬泡目前作為冰箱唯一使用的一種高效隔熱保溫材料，無論泡沫物理性能還是生產(chǎn)的工藝性能都近乎完美。傳統(tǒng)的以CFC-11為發(fā)泡劑的聚氨酯發(fā)泡技術(shù)應(yīng)用于家電行業(yè)已經(jīng)多年，但隨著CFCs物質(zhì)帶來的嚴(yán)重的環(huán)境問題日益突出，開發(fā)替代產(chǎn)品引起國際社會廣泛關(guān)注，盡管已開發(fā)出以開孔聚氨酯為芯材的高效真空隔熱板（即VIP）[1]，但限于價(jià)格及可靠性等因素VIP產(chǎn)品在家電行業(yè)尚未大規(guī)模普及，家電行業(yè)更多仍采用不含CFC-11的所謂“無氟”發(fā)泡體系，以填充的方式解決隔熱問題，而采用無氟體系需要解決流動性、開裂等一系列技術(shù)和工藝難題，其中無氟發(fā)泡體系的脫模性是人們關(guān)心的焦點(diǎn)之一。通常無氟體系因采用各類沸點(diǎn)的發(fā)泡劑，且與許多聚醚沒有良好的互溶性，為保證澆注熟化后冰箱制品整體的平整度，需要較長的保壓時(shí)間或者叫脫模時(shí)間，嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率的提高，而過快提早脫模會引起泡沫制品各項(xiàng)性能的下降，甚至開裂變形成為廢品。通常發(fā)泡體系的脫模時(shí)間依據(jù)冰箱型號大小、生產(chǎn)工藝和保溫層厚度不同而不同，一般為360～600 s不等，特別節(jié)能型冰箱保溫層最大厚度高達(dá)120 mm，脫模時(shí)間甚至長達(dá)600 s。因此，冰箱生產(chǎn)廠家為提高生產(chǎn)效率、降低成本，迫切希望縮短脫模時(shí)間。近年來人們開展了較為詳細(xì)的配方及工藝研究，從聚醚多元醇、專用催化體系及特種硅油表面活性劑入手取得了顯著的進(jìn)展[2～4]。經(jīng)過大量的配方試驗(yàn)和工藝探索，開發(fā)的HY-5106體系應(yīng)用于節(jié)能型冰箱使脫模時(shí)間由原來的9 min縮短到6 min，生產(chǎn)效率提高30%以上，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，具有重要的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。

2 配方設(shè)計(jì)與描述

2.1 主要試驗(yàn)原料

多苯基多亞甲基多異氰酸酯PM1020，工業(yè)品，煙臺萬華合成革集團(tuán)有限公司；635聚醚多元醇，羥值500±20 mgKOH/g,廊坊全振化工廠；403聚醚多元醇，羥值770±50 mgKOH/g，自制；HY-001聚醚多元醇，羥值480±35 mgKOH/g，自制；HY-003 聚醚多元醇，羥值 440±20 mgKOH/g，自制；HY-005 聚醚多元醇，羥值 500±35 mgKOH/g，自制；HY-006聚醚多元醇，羥值400±20 mgKOH/g，自制；蓖麻油，工業(yè)品，河北眺山滿城精細(xì)化工廠；硅油B-8462，高斯米特上?；瘜W(xué)；硅油AK-8801，南京德美世創(chuàng)化學(xué)；醋酸鉀（30%）、N，N二甲基環(huán)己胺、五甲基二乙烯三按、PC-41，工業(yè)品，溧陽雨田化工有限公司；去離子水，自制。

2.2 配方及試驗(yàn)

選擇聚醚多元醇復(fù)配、催化體系及硅油表面活性劑，進(jìn)行系列配方試驗(yàn)。如表1所列。

將組合聚醚與異氰酸酯按一定比例置于標(biāo)準(zhǔn)杯內(nèi)，以2 000 r/min速度攪拌，攪拌時(shí)間6 s，組合聚醚與異氰酸酯溫度控制在20℃。記錄乳白時(shí)間、拉絲時(shí)間、不粘時(shí)間等數(shù)據(jù)，用排水法測量泡沫的芯密度。同時(shí)測定發(fā)泡系統(tǒng)的流動性，將200 g組合聚醚與異氰酸酯按一定比例置于標(biāo)準(zhǔn)杯內(nèi)，以2 500 r/min速度攪拌，攪拌時(shí)間6 s，然后將其置于一個(gè)流動管下，流動管的溫度保持在40℃，10 min后，將泡沫從流動管中取出，并測量泡沫高度，求取流動指數(shù)，比較流動性。

采用蘭芝模評價(jià)體系的脫模性。按一定的過填量,用塑料燒杯稱取組合聚醚和異氰酸酯；用臺鉆進(jìn)行攪拌混合,攪拌混合10 s后,將混合料倒入恒溫的蘭芝模內(nèi),迅速合上模具。在固定的熟化時(shí)間脫模,立即測量脫模后泡沫板材中心部位實(shí)際厚度，計(jì)算膨脹量大小，以此衡量泡體系的脫模性。經(jīng)過對表1所列的7個(gè)配方進(jìn)行試驗(yàn)篩選，綜合各項(xiàng)性能及配方成本，選取4號作為基礎(chǔ)配方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室泡沫各項(xiàng)性能的綜合評價(jià)，導(dǎo)熱系數(shù)與典型的環(huán)戊烷系統(tǒng)相當(dāng)，壓縮強(qiáng)度比典型的環(huán)戊烷系統(tǒng)有所提高。尺寸穩(wěn)定性的測量采用不同老化條件，其結(jié)果均在指標(biāo)范圍內(nèi)。

3 發(fā)泡體系的工藝試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 快速脫模體系的在線試驗(yàn)

以4號配方作為HY5106快速脫模體系的基礎(chǔ)配方，于2010年3月在寶雞長嶺冰箱公司進(jìn)行了試生產(chǎn)。該試驗(yàn)是在OMS發(fā)泡線上進(jìn)行。異氰酸酯選用PM-2010。

生產(chǎn)工藝配方及參數(shù)如下:

HY-5106:發(fā)泡劑:PM-2010=100∶13.5∶144；組合聚醚和異氰酸酯的溫度：20 ℃；混合壓力：15 MPa；乳白時(shí)間：6 s；拉絲時(shí)間：47 s；自由發(fā)泡芯密度：25 kg/m3；流量：1 350 g/s。

在脫模測試中采用了BCD-230型號冰箱箱體，因?yàn)樗l(fā)泡層最厚，達(dá)到11.3 cm，是最難以脫模的型號。首先測定恰好填充滿時(shí)所需的泡沫質(zhì)量，經(jīng)測定此質(zhì)量為7 850 g。然后以15%和21%的過填充量進(jìn)行發(fā)泡，脫模時(shí)間為6 min。解剖密度分布見表2所列。芯密度分布總體較好，比較均勻。15%過填充量下泡沫良好，表明了該體系脫模性能良好。然而在21%過填充量下，當(dāng)泡沫被切開時(shí)，在保溫層最厚處泡沫稍有開裂，因此可以得出結(jié)論，只要嚴(yán)格控制過填充量（大約在15%左右），該體系便能滿足寶雞長嶺冰箱廠的6 min脫模要求。如果箱體內(nèi)的壓力泡芯密度超過了規(guī)定范圍，可以通過發(fā)泡劑的用量對自由發(fā)泡芯密度進(jìn)行調(diào)整，以取得合適的過填量（大約在15%左右）和箱體內(nèi)的壓力泡芯密度。

表2 HY-5106在BCD-230冰箱上的芯密度分布

3.2 批生產(chǎn)情況

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，過填充15%是比較恰當(dāng)?shù)奶畛淞?。隨后，安排進(jìn)行了小批量生產(chǎn)，該生產(chǎn)仍然安排在OMS線上進(jìn)行。工藝參數(shù)如下：

HY-5106:發(fā)泡劑:PM-2010=100:13.5:144；組合聚醚和異氰酸酯的溫度：20℃；混合壓力：15 MPa。

先取小樣，得到的反應(yīng)速度和自由發(fā)泡芯密度數(shù)據(jù)如下：

乳白時(shí)間：6 s；拉絲時(shí)間：50 s；自由發(fā)泡芯密度：25 kg/m3；流量：1 350 g/s。

本次小批量使用隨機(jī)抽取生產(chǎn)線上生產(chǎn)的品種，即BCD-206冰箱箱體產(chǎn)品。確定注料量后，進(jìn)行生產(chǎn)，解剖取樣，密度分布如表3所列。

表3 過填量15%時(shí)HY-5106在BCD-206冰箱上的芯密度分布

作者在BCD-206上取了泡沫樣品，進(jìn)行了物理性能測試，測試結(jié)果見表4所列，可以發(fā)現(xiàn)泡沫物理性能良好，能滿足冰箱質(zhì)量要求[5]。

表4 箱體發(fā)泡泡沫物理性能測試結(jié)果

4 結(jié)論

對于11 cm厚的箱體，在單槍注射的情況下，該組合料的脫模時(shí)間為6 min，可以大大提高生產(chǎn)效率，較9 min脫模提高生產(chǎn)效率33.3%。由華宇聚氨酯公司開發(fā)的快速脫模體系經(jīng)過與長嶺的共同試驗(yàn)，證明體系符合長嶺公司嚴(yán)格的快速脫模要求，過填充量為15%時(shí)脫模時(shí)間僅5.5 min，并具有優(yōu)異的泡沫流動性能及密度分布，大大提高了生產(chǎn)效率。

[1]朱賢，石芳錄，王 娟，等.聚氨酯真空隔熱板[J].真空與低溫，2000，6（1）:30～33.

[2]方禹聲,朱呂民.聚氨酯泡沫塑料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1994.

[3]石芳錄，王娟，王嚴(yán)平，等.冰箱用環(huán)戊烷發(fā)泡體系組合聚醚的研制[J].聚氨酯工業(yè)，2003，1:22～25

[4]袁偉，李同續(xù).淺談冰箱用環(huán)戊烷聚氨酯硬泡中催化劑的功能[C].中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會第十次年會論文集，2000年，廣東深圳.201～204.

[5]QB/T2081-1995.冰箱、冰柜用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）[S].北京；中國輕工業(yè)出版社，發(fā)布日期：1995-03-27.