浇注型聚氨酯弹性体胶辊生产工艺

浇注型聚氨酯弹性体胶辊生产工艺

（1）预聚体制备举例

① 聚酯多元醇脱水（在脱水釜中进行）

选用Mn2000（羟值53 - 59mgKOH/g，熔点40 - 50℃）的聚酯，将其加热熔化后置于带搅拌的不锈钢或搪瓷釜中。脱水温度控制在100 - 140℃（聚醚为100 - 110℃），在余压5mmHg的条件下进行真空脱水30 - 60分钟，确保含水量低于0.05%（可通过视镜观察脱水情况）。为使罐内液体充分脱气，可间歇启停搅拌装置。抽一段时间真空后，停止反应罐加热，让料温降至70 - 80℃。

② 预聚体合成（在反应釜中进行）

制品性能取决于原材料及其配比、加工工艺。首先依据使用场景的温度、受力状况、接触介质以及预期使用寿命等因素，选择合适的原材料；再根据目标硬度确定合适的配比和工艺条件，包括混合温度、浇注和脱模时间、硫化条件等。为保证予聚体质量，聚酯脱水和予聚体合成不宜在同一釜中进行，予聚体合成反应需在干燥氮气保护下开展，并配备冷却装置，防止反应过于剧烈导致温升过快。

建议加料顺序为先加入TDI，再加入聚酯。若反应剧烈，可将聚酯分次加入，以维持反应平稳，便于控制反应温度，降低合成预聚体中游离异氰酸酯单体含量，使结构更规整。反应温度保持在80±5℃，持续1 - 2小时后，分析异氰酸酯基含量。在条件允许的情况下，也可采购符合要求的国内外品牌予聚体。

③ 预聚体脱气（可在预聚体合成反应釜或浇注机的A料罐中进行）

在85±5℃、余压5mmHg的环境下脱泡30 - 60分钟。

（2）浇注机浇注

① 技术关键

浇注机是浇注型聚氨酯弹性体（CPU）生产的关键设备，主要技术要求如下：

- 配比精确，计量稳定：采用耐温耐压的高精度计量泵，搭配精密传动、调节和显示装置，计量精度可达±0.5%。

- 混合均匀，不产生气泡：运用特殊结构的高速混合头，即便两组分原液粘度和配比差异较大，也能确保混合均匀，使制品宏观无气泡，且调节灵活、操作便捷。

- 温度稳定，准确可靠：原液温度变化会影响其粘度、压力、计量精度和混合比，进而影响制品质量。B组分（MOCA）常温下为固体，料温过低会凝固无法操作，过高则易变色。通常采用电加热的导热油循环系统，对原液、计量泵及浇注头进行加热，由智能型时间比例式数显温控仪实现恒温自控。

② 浇注工艺

在B料罐中加入MOCA（熔化温度＞110℃），启动各组分加热系统，使A、B料达到规定温度并各自循环。若A料需要，可先进行真空脱气，确保予聚体无气泡。按照配方要求，通过调节计量泵的转速和排量，使A、B料达到设定混合比。启动浇注按钮，A、B料在浇注头的混合腔中高速混合均匀，当排出的混合料在透明软管中无气泡时，即可向已预处理并预热至80 - 110℃的模具（含辊芯）中浇注。若两次浇注间隔时间超过釜中寿命的1/2，需使用清洗剂（二氯甲烷或三氯乙烯），由电脑程控器自动对混合腔进行清洗。浇注停止时，A、B原液自动转为各自循环，流回料罐。

（3）熟化及后处理

① 成型硫化（模型硫化）

胶辊在脱模前于模具中的硫化过程，在不破坏其化学结构的前提下，尽量提高硫化温度，以加速扩链交联反应，缩短脱模时间，提升模具和设备利用率。一般温度控制在100 - 200℃，时间为60 - 120分钟。

② 后硫化

胶辊脱模后的继续加热硫化过程，温度略低于成型硫化，控制在90 - 110℃，时间为3 - 10小时。

③ 表面再加工

根据具体需求，在加工设备上对胶辊进行车削或磨削加工。

（4）注意要点

- 模具结构要合理，装配牢固，分型面不能漏胶、漏气。

- 确保温度平衡，模具、辊芯及胶料的温度应基本一致，模具各部位温度也需均匀。

- 胶料的浇注点可选择在辊芯或模具边缘，位置固定，以避免产生气泡。为防止裹挟气泡，可将模具适当倾斜，让胶料沿壁流下。

- 胶辊未达到脱模强度前，切勿随意移动模具，防止出现龟裂。

- 装配模具和辊芯时，要特别注意避免涂过粘合剂的辊芯触碰模具内壁，以免影响胶辊的粘接质量。即模具上不能沾有粘合剂，辊芯上不能粘上脱模剂。

- 硫化后的胶辊，需达到规定强度后，再进行表面切削和磨光等机械精加工，保证辊面粗糙度和辊轴同心度。

（5）对CPU制品模具的基本要求

① 材料

选择模具材料时，需重点考虑以下因素：具备足够强度；有良好的耐热性和尺寸稳定性；满足使用寿命要求，耐用性强；制造成本较低。批量生产时，从耐久性考虑，常用金属材料；单件或试制产品多使用环氧树脂等非金属模具；若采用压力合模浇注，则必须使用金属模具。

② 结构

模具结构除保证制品的几何形状和尺寸外，还需关注浇注位置、分型面和排气，以实现：便于制品浇注和脱模；保证制品工作表面质量；利于模腔中气体排出；便于模具制造和机械加工，降低模具成本。

（6）影响聚氨酯胶辊性能的主要因素

① 多元醇分子量对胶辊性能的影响

多元醇分子量大小决定聚氨酯弹性体中特性基团的密度。聚酯型聚氨酯，分子量增大时，物性提升；聚醚型聚氨酯，分子量增加会提高柔顺性，但拉伸强度和模量会有所下降。一般将多元醇分子量控制在1100 - 2200之间。

② 预聚体异氰酸酯基（NCO）百分含量的影响

随着NCO含量增加，胶辊的硬度、抗撕裂强度、定伸强度和拉伸强度提高，予聚体粘度降低，更易脱泡和混合，但伸长率下降。NCO含量过高，胶料固化速度过快（釜中寿命变短），不利于浇注工艺。通常NCO%控制在2.4 - 6.5%为宜。

③ 扩链系数的影响

胺类固化剂（MOCA）与预聚体中NCO的当量比（NH₂/NCO）对胶料物性影响显著，一般控制在0.85 - 0.95为宜。对于MOCA交联体系，通常保持NCO稍过量，可使弹性体制品具有合适的交联度。当扩链系数为0.88时，化学交联和物理交联达到较好平衡，弹性体综合性能最佳；当扩链系数达到1或更大时，由于MOCA的增塑效应，化学交联和氢键减弱，胶辊强度明显降低，永久变形较大。因此，实际生产中为保险起见，扩链系数常取0.85。

④ 混合温度的影响

由于预聚体和扩链剂种类不同，其适宜的混合温度也不同。混合温度升高，釜中寿命和凝胶时间缩短；温度过低，虽有利于延长釜中寿命和提高物理性能，但对于固体扩链剂而言，会因粘度增大导致难以脱泡和均匀混合。以扩链剂在预聚体中不析出为原则，如MOCA的混合温度以110 - 120℃为宜。

⑤ 釜中寿命

当CPU的两种液体原料混合后，会发生扩链和高分子化反应，混合物流动性逐渐丧失。从两种原料混合开始，到混合物基本失去流动性的这段时间，称为釜中寿命（或固化期）。