全水发泡低密度聚氨酯高回弹泡沫的研制

摘  要：采用自制聚合物多元醇和自制催化剂，研制出几种全水低密度聚氨酯泡沫组合料。讨论了影响发泡工艺及制品性能的因素，介绍了制品的性能，并制得自由发泡泡沫密度在35 kg/m3左右、模塑泡沫整体密度在40 kg/m3左右的新型低密度泡沫组合料，该组合料发泡工艺性稳定。其制品泡沫手感好、物理性能优良，适用于国内各种汽车座垫。
关键词：全水发泡；低密度；聚氨酯；高回弹泡沫；组合料；汽车座垫

冷熟化高回弹泡沫因其高回弹性、高舒适性、高生产效率等优点，在汽车座垫等领域中得到广泛应用。近几年来，汽车工业得到迅速发展，市场竞争也不断加剧，各种车型纷纷降价，在保证原有性能的前提下，降低整车成本成了众汽车厂家攻关的课题，对汽车内饰中的发泡材料也提出了降本要求。为此，我公司针对汽车内饰中的座椅泡沫的降低密度技术进行了研究。
为了降低泡沫密度，国内很多原材料厂家通常采用在组合料中添加发泡剂的方法，如添加二氯甲烷、CFC-11等发泡剂，使泡沫密度下降。由于CFC-11损害大气臭氧层，二氯甲烷也是有一定毒性的挥发性有机物，采用这些辅助发泡剂不符合环保要求；增加水量会带来工艺性能差、泡沫手感差、废品率高及泡沫性能差等问题。为了适应市场要求，我公司开发了自由发泡泡沫密度在35 kg/m3左右、模塑泡沫整体密度在40 kg/m3左右的新型低密度泡沫组合料，发泡的工艺性稳定，泡沫的手感好，这种材料的物理机械性能可满足国内各种汽车座垫要求，使汽车座椅泡沫进一步轻量化。
1  实验部分
1.1  实验原料
聚醚多元醇（羟值35mgKOH/g），聚合物多元醇（自制，羟值28 mgKOH/g），交联剂（进口），硅硐表面活性剂（进口），催化剂1（进口），催化剂2（进口），催化剂3（自制），TDI(进口，80/20)、PAPI（进口，牌号44V20）。
  手持电钻式搅拌器Bosch GMB400，转速2800 r/min；
  不锈钢模具，自制，25cm×25cm×10cm；
  电子拉力机，上海登杰机器设备有限公司DLL-3000N；
  压缩板，自制，40cm×40cm×2.5cm；
  干燥箱，上海跃进医药器械厂，型号101-1-S。
1.2  实验配方
A组分配方（质量份）：
    聚醚多元醇             40～60
    聚合物多元醇           60～40
    硅硐表面活性剂         0.5～1.0
    交联剂                 0.5～1.0
    催化剂1               0.5～1.0
    催化剂2               0.1～0.3
    催化剂3               0.3～0.6
    水                     2.5～3.5
B组分为TDI/PAPI混合物(80/20)，指数1.00。
1.3  发泡工艺
根据设计配方准确称取A组分的各原料，混合均匀；再计算并称取B组分。A、B组分温度均控制在25℃，模具预热至65℃。
将A、B组分混合，快速搅匀，倒入模具，合模。脱模并室温放置7天后测试物理性能。
1.4  实验测试方法
压缩永久变形  按DIN ISO1858方法测试；
断裂伸长率、拉伸强度、撕裂强度  按DIN EN ISO1796方法测试；
密度  按DIN ISO845方法测试。
2  结果与讨论
2.1  密度降低方法的探讨
调整发泡剂加入量是改变密度的有效方法，密度随发泡剂用量的增加而降低，我们对发泡剂进行了选择试验。
以卤代烃为发泡剂，在满足密度要求的情况下可使制品具有良好的表皮和较好的手感，但不符合环保要求。
以水为发泡剂，当水量增加时，制品的密度降低，但泡沫的工艺性和物理性能都不佳，调整A组分配方，工艺性有改善，但物理性能仍不佳。
本工作最后采用了自制新型聚合物多元醇和自制催化剂配制组合聚醚，发泡工艺性较好，制品密度降低，同时物理性能良好，达到令人满意的效果。表1中列出了以水为发泡剂的模塑泡沫的物理性能比较，其中YB-5284系采用自制聚合物多元醇和自制催化剂配制的高回弹组合聚醚，对比料采用市售聚合物多元醇和常用催化剂配制。
表1  YB-5284的制品与对比品的性能比较

项目	技术要求1）	YB-5284	对比料
芯密度/kg·m－3	≥35	37	40
拉伸强度/kPa	≥90	164	148
伸长率/%	≥90	110	95
撕裂强度/N·cm－ 1	≥2	2.8	2.4
压缩永久变形/%	≤8	5.6	9.8

                   注：1）技术要求为一汽大众BORA车型对泡沫的要求。
2.2  催化剂的影响
催化剂是影响反应速率与动力学参数的主要因素。从发泡工艺考虑，希望乳白期长、脱模时间短。延长乳白期，可使料液充分充满模具，提高成品率；缩短脱模时间可提高生产效率。这两个参数直接受催化剂的品种及其用量的影响。高回弹泡沫有叔胺催化剂和有机锡催化剂两种催化体系，利用叔胺和有机锡各自的反应特性合理调整反应平衡，可得到较长的乳白期和较短的脱模时间。本工作我们采用自制复合催化剂，该催化体系具有初期流动性好、后期熟化快的特点。
2.3  异氰酸酯指数的影响
异氰酸酯指数的变化影响制品的物理性能。异氰酸酯指数升高，会使泡沫密度下降、硬度增加，但泡沫熟化时间延长；异氰酸酯指数降低，则泡沫密度升高、硬度降低、泡沫熟化加快、流动性逐渐变差。实验发现，异氰酸酯指数在0.98～1.02之间综合的泡沫性能最佳。
2.4  工艺条件的影响
模具温度影响制品的表皮性能与熟化时间。模温低则表皮厚、熟化慢；反之表皮薄、熟化快，模具温度以（65±5）℃为宜。
料温影响反应的快慢程度，会使乳白时间、凝胶时间、脱模时间缩短或延长。料温过高，会使乳白期过短、料液充不满模具或来不及合模，但可降低密度；料温过低会使脱模时间延长，生产效率低，泡沫密度增加。根据本产品的特点，生产时将A、B组分温度控制在25℃左右，有利于加工成型。
2.5  制品性能
围绕低密度座垫泡沫材料这个目标，根据泡沫生产工艺和汽车泡沫的质量要求研制的聚醚组合料及泡沫制品性能如表2。
表2  泡沫组合料的发泡参数及制品性能

A/B组分牌号	YB-5284/YB-6281	YB-5384/YB-6282	YB-5484/YB-6281
乳白时间/s	7～8	7～8	6～7
凝胶时间/s	70	75	68
脱模时间/s	300	300	300
芯密度/kg·m－3	37	40	33
拉伸强度/kPa	164	172	152
伸长率/﹪	110	110	103
撕裂强度/N·cm－1	2.8	2.9	2.8
压缩永久变形/﹪	5.6	4.8	7.8

3  结论
1）采用自制第二代接枝聚合物多元醇制得适合汽车座椅使用的低密度泡沫。
2）采用自制催化剂改善了低密度泡沫的工艺性能。
3） 异氰酸酯指数和工艺条件直接影响制品物理性能和工艺性能。

文章很精彩，但是太吊大家胃口了，说就说清楚点撒。说了一半留了一半，没劲？

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