硬质聚氨酯泡沫板材技术与应用（一）

               近十几年，新技术的开发，聚氨酯迅速应用于工业生产的各个领域，如冰箱、冷藏、建筑等行业。聚氨酯硬质泡沫板材（简称PU硬泡）具有容重强度高、吸水率小、低温或高温尺寸稳定性好、使用寿命长、绝热性能优异等特点。尤其聚氨酯硬泡板材应用领域更加广泛，使用方便，保温效果良好。

1  聚氨酯板材的种类

在建筑板材方面，根据制品状况聚氨酯板材可以分为普通聚氨酯板材、复合聚氨酯板材等类型；依照发泡成型工艺情况又可以分为连续式板材和间歇式板材。

间歇式板材要求发泡料在较短暂的时间内填充满较薄的大体积模腔，要求发泡体系要具有优异的流动性、板材具有良好的密度分布和优异的尺寸稳定性；连续式板材则要求发泡参数与生产线速度具有合适的配合性、后期具有优异的脱模性等。针对以上的具体要求，我们采用特种聚醚材料、配合优选的催化体系，研制出分别适于各种生产线情况的发泡料体系，在国内部分知名企业生产线上使用。

2  特点

2.1  稳定性

重量轻，强度高，尺寸稳定性好

我们生产间歇式板材，硬质聚氨酯泡沫熟化一周后进行泡沫性能检测，泡沫性能如表1。

表1  聚氨酯板材性能
                泡沫指标            检测结果
               密度/kg·m-3               42
             压缩强度/kPa           210
            导热系数/W·（m·k）-1        0.022
             高温/％（100 ℃，48 h）    0.2
            低温/％（-30 ℃，48 h）    0.6

2.2  粘合力强
聚氨酯硬泡对钢、铝、不锈钢等金属，木材、混凝土、石棉、沥青、纸以及聚乙烯、聚丙烯等大多数塑料材料都具有良好的粘结强度。

泡沫塑料和面材之间的粘接强度的大小直接影响复合板材的实用效果。

表2  硬质聚氨酯泡沫塑料和面材的粘接强度
  泡沫塑料与各种面    与面板相接触的泡沫塑料密度/kg·m-3
  材的粘接强度/kPa      30      80   160      320
       铝             68.65  186.33  382.46  1 078.73
      玻璃             58.80  176.52  343.23   980.67
       钢             78.45  196.13  431.49  1 010.08
      木材            117.68  196.13  421.69  1 176.80

2.3  绝热性能优越

聚氨酯硬泡闭孔率高，导热系数极低，因此聚氨酯硬泡在目前建筑材料中绝热性能最好。数据显示，采用聚氨酯夹心板材后可比没保温隔热的外墙节约60％作业的采暖费

以钢板与硬质聚氨酯泡沫塑料复合为例，复合板材的导热性列于表3。

表3  钢板－硬质聚氨酯泡沫复合板的导热性
          复合板材总厚度/mm   热导率/W·（m·k）-1
                35                  0.70
                50                  0.46
                60                  0.37
               120                  0.23

3  生产与工艺

3.1  间歇式板材

3.1.1  注射式板材的生产

这种制造方法是在模具中注射成型，这是一种间歇式加工法。发泡机中的计量泵把聚氨酯两种组分原料打入混合头，混合均匀后，通过模具的注入孔把原料注入模具空腔。模具空腔已经事先安放了面材。发泡熟化后，即可从模具中取出板材。
这种加工方法的优点是设备简单，适应多品种生产。根据应用上的需要，选用平面或凹凸形的面材作复合板材的表层，也可以应用。这种方法生产板材时要注意调节发泡时间参数，对于不同长度的板材要选用不同配方，才能满足不同规格板材成型工艺的要求，对于长度较长的板材来说，调整配方就很重要了。生产板材时，两种组分原料注入模具后，必须完全充满模腔后才能凝胶，否则，难以制成泡沫密度均一的制品，如果凝胶固化速度太快，有可能造成距离注射口近的地方填充密度过大，而距离注射口较远的地方填充不满，造成空腔。这时，调整聚醚组合料配方显得尤为重要。

3.1.2  原料的选择

异氰酸酯（PAPI）组分选用烟台万华PM-200，这个组分是固定的。随着PAPI用量增加，泡沫塑料的交联度增加，其强度和刚度也随之提高，但若PAPI用量过多，泡体将发脆，芯材容易产生裂纹。

首先选择聚醚多元醇最重要，聚醚多元醇是组成聚氨酯硬泡的基础原料之一，它影响泡沫芯材的物理力学性能、尺寸稳定性和发泡工艺性能。根据起始剂、羟值和粘度确定聚醚型号后，聚醚中夹杂钾离子的含量选择低的。

泡沫稳定剂选择乳化能力强为宜。主要控制泡孔大小、维持泡孔的稳定、防止泡孔崩塌。有机硅酮类泡沫稳定剂对此具有较好的作用,其用量可在1.5～2.5(质量分数)内调节

发泡剂的种类、用量对聚氨酯硬泡的密度、强度等物理性能有直接的影响。发泡剂不仅可以调整和控制泡沫制品的密度和性能，还能降低组合聚醚的粘度、改善其发泡工艺，提高泡沫的流动性，有利于泡沫成型。考虑到可持续发展战略的需要，现在已经限制使用对生态环境破坏严重的CFC

11氟烃类化合物，使用替代发泡剂。

选择催化剂可选用延迟催化体系，使乳白时间与凝胶时间间隔时间较长，有效提高发泡体系的流动性，改善泡沫性能，以适合生产工艺操作。泡沫在腔体内是否均匀、泡沫细腻程度、泡沫闭孔率高低等因素对板材的整体保温性能有很大影响，这些因素关系到泡沫与腔壁粘接牢固程度，泡沫尺寸稳定性等。

阻燃剂可以提高泡沫塑料的耐火性，但是阻燃剂在发泡过程中对泡沫有破坏作用，在保证提高阻燃效果的前提下，保证泡沫塑料的使用性能和尺寸稳定性。

3.1.3  箱式保温板材的生产