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改善冷熟化高回弹模塑泡沫制品的方法

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【摘要】:
1.前言聚氨酯冷熟化模塑泡沫制品主要用于生产汽车座椅、头枕,相对于热模塑制品,具有加工工艺简单,模温适中(45-70℃),消耗能量低;且物理性能优异,脱模时间短,生产效率高等优点。但随着经济的高速发展,特别是近些年我国汽车产销量连续4年世界第一,2012年更是超过了1900万辆。与之配套的汽车内饰企业竞争愈发激烈,土地租金、人力资源、原材料、运输的成本均不断的上升,却很难在产品售价上消化增加的成本
1.前言
聚氨酯冷熟化模塑泡沫制品主要用于生产汽车座椅、头枕,相对于热模塑制品,具有加工工艺简单,模温适中(45-70℃),消耗能量低;且物理性能优异,脱模时间短,生产效率高等优点。但随着经济的高速发展,特别是近些年我国汽车产销量连续4年世界第一,2012年更是超过了1900万辆。与之配套的汽车内饰企业竞争愈发激烈,土地租金、人力资源、原材料、运输的成本均不断的上升,却很难在产品售价上消化增加的成本。面对现实的种种困难,企业只有通过改变来获得继续生存和盈利的空间。快速脱模、高物性的系统料的改进,可大幅降低人工成本,并可在保证制品的物性前提下,合理的降低产品的密度,从而产生新的盈利点。  
 
2.介绍
很多年来,冷熟化高回弹制品大多采用TM20(TDI/PAPI=80:20),TM50(TDI/PAPI=
50:50) 等富含TDI的混合异氰酸酯进行生产,优势在于:富含TDI的NCO含量高,低的P/I比可以减少黑料的用量,成本较低;富含TDI生产出的泡沫,弹性好、撕裂强度高、系统料流动性佳,制品密度相对较低。缺点有,纯TDI目前属于剧毒品,受公安部管制; TDI对现场操作人员健康有一定影响;富含TDI的系统料熟化慢,影响生产效率;富含TDI生产的泡沫偏软。
因这几年TDI价格较低,从成本上考虑,富含TDI的异氰酸酯是具有很高性价比的,而从操作人员健康角度出发,需减少TDI的用量。TM50体系是比较适中的比例:物性、成本适中,采购较为方便。但仍需解决熟化慢导致的效率慢,高物性的泡沫无法满足,密度稍偏大的问题。
一般而言,熟化慢可以通过增加发泡型催化剂A1和凝胶型催化剂A33来解决,但增加A33用量,会导致泡沫凝胶速度过快,容易产生来不及合模或制品流不满、缺角、空洞等不良现象,且易导致制品的收缩,胀气,影响泡沫的性能。
泡沫的物理性能一般由主机厂设定,近些年主机厂也在不断提升物性,最常见的物性如撕裂强度不得低于2.0 N/cm,高要求的要大于2.3-2.5 N/cm;拉伸强度不得低于90Kpa,高要求的要大于100-120Kpa。压缩变定由小于10%提高到小于5%。在异氰酸酯相对固定的条件下,则需要从组合聚醚组分里进行研究,选择合适的聚醚、聚合物多元醇和交联剂、硅油、催化剂等。
密度一般也有主机厂进行设定,但一般主机厂会给出一定的范围,比如座椅有些主机厂要求是45±5Kg/m3,如能在40-42密度区间能够达到主机厂的性能要求,这样也可降低成本。一般降低密度通过增加水来实现。水是化学发泡剂,通过与异氰酸酯反应生成CO2产生气体,从而降低制品密度。但水份一旦过多,会因体系内的水-异氰酸酯反应(吹发反应)大于多元醇-异氰酸酯反应(凝胶反应),导致脱皮,中心空洞,甚至塌泡现象。
因此,在选择一个较为固定的异氰酸酯体系下,另一个主要的原材料为聚醚、聚合物多元醇,固定一个聚醚体系有利于成本的控制。考虑到目前主机厂的基本的性能要求和成本因素,聚醚多元醇可选择4800分子量至6000分子量,聚合物多元醇可选择3628(28%固含量),H45(43%固含量)等普通常用类型,国内生产厂家如上海高桥,天津三石化,金浦锦湖,钟山石化,山东东大等。设定这类标准聚醚产品,易于采购,价格透明,供应链顺畅,整个成本较易控制。
在选择固定的异氰酸酯和聚醚体系(330N与POP比例)下,需要改进物性和工艺性能,主要是依靠新型的助剂来实现。本文主要集中讨论助剂对整个泡沫性能和工艺条件的影响,因助剂占整个系统料的比例较低,通过助剂的应用,以最小的成本,赋予泡沫新的生命力。
 
3.实验
3.1   主要原料与设备
异氰酸酯类:
甲苯二异氰酸酯 Lupranate TDI 巴斯夫公司产品
多苯基多亚甲基多异氰酸酯 Suprasec 5005 亨斯迈公司产品
聚醚类:
聚醚多元醇 EP-330N   山东东大公司产品
聚合物多元醇 POP-93/28 山东东大公司产品
硅油类:
TEGOSTAB® B 8738 LF2 赢创德固赛公司产品
催化剂类:ALLCHEM为上海晔兴实业有限公司产品
ALLCHEM A-1   70%双(2-甲氨基乙基醚)“BDMAEE”+30% 一缩二丙二醇“DPG”  
ALLCHEM A-33 33%三乙烯二胺“TEDA”+67% 一缩二丙二醇“DPG”
ALLCHEM DY-7 新型复合胺催化剂
ALLCHEM DY-9 新型复合胺催化剂
 
3.2   配方与工艺
3.2.1 预先配制异氰酸酯B组分
 
组分原料(重量分数)
配方
Lupranate TDI
50
Suprasec 5005
50
 
3.2.2   实验设备 手工搅拌器,转速2000转/min;通循环水铝制模具,尺寸400mm*400mm*100mm;超级恒温水浴,控制模温55℃; A,B组分料温度25℃测试;
3.2.3   制作方法 按A组分:B组分=100:55 (重量比)称重,异氰酸酯指数为100,快速搅拌后倒入模具,合模,待熟化后取模,表皮外观良好,无脱皮和不良现象,泡沫不收缩。
3.2.4   物性测试标准  制品密度按照GB/T6343-2009方法测定;压陷负荷按照GB/T10807-2006方法测定;伸长率按照GB/T6344-2008方法测定;撕裂强度按照GB/T10808-2006方法测定;压缩永久变形按照GB/T 6669-2008方法测定
 
3.实验
3.1   主要原料与设备
异氰酸酯类:
甲苯二异氰酸酯 Lupranate TDI 巴斯夫公司产品
多苯基多亚甲基多异氰酸酯 Suprasec 5005 亨斯迈公司产品
聚醚类:
聚醚多元醇 EP-330N   山东东大公司产品
聚合物多元醇 POP-93/28 山东东大公司产品
硅油类:
TEGOSTAB® B 8738 LF2 赢创德固赛公司产品
催化剂类:ALLCHEM为上海晔兴实业有限公司产品
ALLCHEM A-1   70%双(2-甲氨基乙基醚)“BDMAEE”+30% 一缩二丙二醇“DPG”  
ALLCHEM A-33 33%三乙烯二胺“TEDA”+67% 一缩二丙二醇“DPG”
ALLCHEM DY-7 新型复合胺催化剂
ALLCHEM DY-9 新型复合胺催化剂
 
3.2   配方与工艺
3.2.1 预先配制异氰酸酯B组分
 
组分原料(重量分数)
配方
Lupranate TDI
50
Suprasec 5005
50
 
3.2.2   实验设备 手工搅拌器,转速2000转/min;通循环水铝制模具,尺寸400mm*400mm*100mm;超级恒温水浴,控制模温55℃; A,B组分料温度25℃测试;
3.2.3   制作方法 按A组分:B组分=100:55 (重量比)称重,异氰酸酯指数为100,快速搅拌后倒入模具,合模,待熟化后取模,表皮外观良好,无脱皮和不良现象,泡沫不收缩。
3.2.4   物性测试标准  制品密度按照GB/T6343-2009方法测定;压陷负荷按照GB/T10807-2006方法测定;伸长率按照GB/T6344-2008方法测定;撕裂强度按照GB/T10808-2006方法测定;压缩永久变形按照GB/T 6669-2008方法测定