浅谈软质聚氨酯泡沫塑料溢流槽法生产工艺

　　聚氨酯工业浅谈软质聚氨酯泡塑料溢流槽法生产工艺邹军（山西省阳泉市泡沫塑料有限公司045000）参数进行了讨论，并对生产工艺实际应用时常见的-些问题提出了解决的方法。

　　软质聚氨酯泡沫塑料质轻、柔软、弹性好，具有隔热、隔音和防震作甩广泛应用于服装鞋帽、垫材、家具和汽车工业等领域。软质聚氨酯泡沫塑料的生产方式有多种，溢流槽水平连续法生产工艺是目前世界上普遍采用的生产方式之一。阳泉市泡沫塑料有限公司于1992年对60年代引进的英国Wiking公司生产的软泡生产设备进行了大幅度的技术改造，将原来普通连续发泡改成溢流槽法平顶式连续发泡，经数年的实际生产运行表明，溢流槽法生产工艺具有产量大、成品率高、产品性能优良、设备操作方便、故障率低等许多优点。

　　下文结合溢流槽法生产工艺、设备的基本工作原理和生产应用中的体会，探讨该生产工艺中的一些关键控制因素和实际生产工作中常遇到的一些问题及解决方法。

　　1原料和典型配方14原料的选择聚醚多元醇是生产软质聚氨酯泡沫塑料（简称软泡）的主要原料之一。在溢流槽法生产工艺中，除生产特殊软泡品种外，一般采用相对分子质量为3000的聚氧化丙烯三醇如：进口牌号5613多元醇、锦化产的牌号3031K多元醇等。

　　异氰酸酯是生产软泡的另一主要原料。在块状软泡生产中一般使用TDI-80.异氰酸酯指数一定要合适，过高或过低将直接影响软泡产品性能和生产工艺的可靠性。异氰酸酯指数一般应在实验室小试的基础上确定，上机生产后再进行适当调整。

　　发泡剂的选择：在正常情况以水为主，但是当生量所造成泡沫烧芯、自燃等现象，可采用水与外发泡剂如二氯甲烷（MC）配合使用。

　　稳定剂的选择：泡沫稳定剂具有降低泡沫体系的表面张力，控制并稳定泡沫孔型的作用。阳泉泡沫塑料有限公司以采用进口的软泡用有机硅稳定剂（俗称“硅油”）为主。

　　催化剂的选择：该生产工艺主要以三亚乙基二胺（A33）等叔胺与辛酸亚锡配合使用。可根据设备等具体条件调整好胺类催化剂和辛酸亚锡之间的配比和用量，确保发泡过程中发泡反应和凝胶反应之间的平衡。

　　14典型配方表1是几种常用的软泡典型配方。

　　表1不同密度常用的软泡典型配方组分聚醚多元醇水有机硅稳定剂胺催化剂A33辛酸亚锡二氯甲烷TDI指数2设备和设备工作原理溢流槽法生产工艺的关键设备示意图见，该图显示的是混合物料进入溢流槽后发泡过程的设备纵向剖面图。

　　采用七组分水平溢流式连续发泡机，最大流量为300kg/min其生产工艺流程为：原料和助剂在贮产低密度软泡品种呶为免高水量产生的高热趾罐中嬉调到适当的温用各自的倪送泵按照配方所要求的用量，经过流量计检测后，进入到生产/回流切换阀。开机生产时，电气控制设备将各组分调整到事先调好的流量，同时将全部切换阀切换在生产状态，这时各组分的物料将自动进入高速搅拌的混合头中，经过充分混合后由进料管输送到溢流槽。从溢流槽中溢出的乳化状的泡沫液将随着载料底纸进入到自动提升和发泡状态。此时泡沫物料位于泡沫最终成型高度的70%处，即泡沫在向前运动的同时只有30%的上升空间。泡沫膨胀由于重力，在向下倾斜的降落板（倾泻板）上发泡。在这个过程中，由于泡沫是向下发泡，减少了侧挡板对泡沫上升的阻力，从而在泡沫进入水平输送带时将得到横截面为矩形的平顶泡沫。最终经烘道熟化和切断装置的切断，形成规整的块状泡沫。

　　3溢流槽法生产工艺中控制参数的讨论3.1工艺因素3.1.1助剂的调整在连续发泡生产中，当生产的泡沫品种确定后，首先应在实验室中对相应的典型配方进行调试。调整过程中，聚醚多元醇、异氰酸酯、发泡剂用量相对不变，主要调整泡沫稳定剂、胺催化剂和辛酸亚锡等助剂的用量。当实验室小试产品符合生产的要求时，才能将此配方应用于大机生产中。助剂的用量对泡沫的外观及性能有很大的影响，用量过多或过少都会影响发泡（见表2）。

　　表2配方中助剂用量不当对软泡形态的影响助剂用量不当情况泡沫成型状态有机锡或泡沫稳定剂过量死泡、回弹力不足有机锡或泡沫稳定剂用量偏低泡体回陷太多胺催化剂用量偏高泡沫开裂胺催化剂用量偏低底部有空洞现象泡沫稳定剂用量偏高或过量泡沫开裂并有死泡现象或孔型粗大及塌泡3.1.2各组分的温度和压力正常情况下，聚醚多元醇和异氰酸酯的料温控制在18~28°C范围内。若各组分物料的温度过高，则在泡沫发泡成型过程中发泡反应容易较凝胶反应先期完成。而且发泡反应中产生的CO2也将过早逸出，从而影响软泡的形成，直接导致产品的性能和质量的变化；若各组分物料的温度过低，也将产生不良影响，特别是当异氰酸酯的温度低于14°C时，异氰酸酯TDI-80中将可能产生结晶。因此，在实际生产时各组分物料的温度控制一定要适当，尽可能保持一致，这样有利于生产工艺的控制。

　　为了保证生产的泡沫塑料有良好的泡孔结构，生产时混合头中始终保持0.15MPa左右的压力，以确保各组物料混合效果。并且，各物料组分既要有足够的物料进入混合头，还要保证各物料组分在物料输送过程中夹带的空气泡有一个减压释放过程，以减小空气在泡沫料中形成的气泡直径。由于各物料组分粘度和在配方中的用量都不相同，在生产不同的软泡品种时，各组分的压力有所不同。根据有关资料，结合生产的实际情况总结出了一些压力控制参数。见表3.表3常见泡品种生产时各组分压力（MPa）的控制值组分聚醚水叔胺有机锡硅油混合头空气3.1.3时间、流量和传送带速度的确定在生产过程中物料从混合头流出的总流量和泡沫的起发时间，以及传送带速度是该生产工艺生产开机前必须提供的三项重要的参数。

　　泡沫起发时间可通过实验室得到，实际生产时泡沫起发时间要比实验室里的起发时间短10~20s.在实验室发泡，密度为10~25kg/m3的泡沫起发（上升）时间90 ~125s密度为26 3.2.3降落板的调节降落板是决定溢流槽法泡沫截面是否成矩形截面的关键设施。降落板有三板J（四板―板等多种趾堵塞可在开车前检葚勰有泄漏或蝣查混，起发时间为126170s.由于在生产时，泡的宽度、高度和密度基本确定，当传送带速度确定后，从混合头中流出混合物料）v为传送带速度所以，传送带速度可通过公式（2）估算出：板的投影长度（m）；。为泡沫凝胶点距降落板末端的投影长度（m），当在传送带上凝胶时取正值，当在降落板上凝胶时取负值；为泡沫起发时间（min）。3.2设备因素3.2.1混合头的选择在软泡连续发泡生产中，混合头是确保各种物料充分混合均匀的重要部件。在溢流槽法生产工艺中，选择混合头应采用结构合理、搅拌效果好的高速搅拌，如多排针刺状剪切式搅拌，搅拌速度不低于4000r/min；且保证物料在混合头中的时间不少于0.5s.混合头的各部件之间的密封性一定要好。3.2.2溢流槽的确定溢流槽是溢流槽法生产工艺特有的发泡设施，它是一个侧面为倒梯形的长型铁槽。不同体积的溢流槽，槽宽一般固定不变，但侧面积不同。溢流槽的作用一是均匀地分配物料，二则是调节乳白期物料溢出溢流槽时的粘度。

　　溢流槽体积的选择要合理。若槽体积过小，物料出槽时间太短，粘度过低，生产时泡沫将产生潜流、钻料和垂直开裂等现象；若槽体积过大，物料出槽时粘度过高，则泡沫可能产生粘滞现象。溢流槽体积V可由公式（3）进行估算：（一般设定值为1kg/L）。结构，但基本作用相同。阳泉市泡沫塑料有限公司采用四板结构，见。各板的高度可以调节。

　　第一块板的作用主要是控制泡沫顶部弧度和高度，一般高度设定在泡沫总高度70%左右，过高将形成两侧高、中间低的凹顶泡沫，过低将形成泡沫顶部弧度过高；第二块板的作用是控制物料流动，当来自发泡槽边缘的液料中心比两边流动更快时，升起1、2板的接点处明显可以减轻这种现象；第三块板是2、4块板之间的过渡板，主要起改善泡沫流型的作用；第四块板，可以放至与传送带同一水平面，即有着增加或缩短降落板的长度、以适应不同泡沫上升时间的作用。例如，在生产快速凝胶的泡沫时，由于泡沫上升时间短，要想获得理想的泡沫塑料，可将第四块板调为水平即缩短降落板的长度，避免因此而带来的泡沫底裂等缺陷。

　　因此，在生产中当配方不变时，可以根据实际情况，随时通过调整降落板中不同的板块，升高或降低、缩短或增长，最终获得良好形状的泡沫块体。

　　4溢流槽法生产中几个常见问题及解决方法在软泡的溢流槽法生产过程中，由于原料、设备、人员和环境变化等原因，生产中产品难免会产生一些问题，下面列出该生产工艺中几个最为常见的问题及解决方法。

　　4.1泡体顶部开裂现象在溢流法连续发泡生产中，泡沫体顶部常会出现两边指向溢流槽方向的月牙形开裂，严重时裂缝从顶部向混合头方向一直延伸到泡沫体的中部（长约1~2m）顶部开裂原因是：泡沫固化反应过慢，造成泡沫液料中间的流动速度比两边侧纸速度要快。解决方法如下：提高催化剂胺用量，增加粘度；减少第一块降落板的倾斜角度；采用体积大一些的溢流槽；稍稍增加TDI指数，提高交联度。

　　4.2气泡和纵向开裂在发泡过程中，有时泡沫体在位于发泡槽进料入口的位置有从下至上连续气泡，严重时出现长度为40 ~100、深度为80~150mm的开裂现象或有沿传送带方向的纵向开裂。产生的原因及解决方法为：（1）注入空气过量，可降低空气注入量；（2）凝胶不足，可增加有机锡用量或增加TDI指数来解决；（3）混合头、软管和溢流槽等设备接缝处有泄漏或合头压力和搅拌速度是否正常；（4）辅助发泡剂温度偏高。

　　4.3侧裂在连续发泡生产时，泡沫体靠近侧纸两边经常出现一些开裂现象，常见的现象有以下几种。

　　4.3.1侧面中上部开裂生产中常常出现有泡沫体侧面出现垂直于地面的开裂，并且侧面可见有搓起的卷状物现象。产生该现象的原因是侧纸速度低于传送带的速度。可提高侧纸速度来解决。

　　有时在泡沫体侧面上中部有指向混合头方向的开裂，同时侧纸上有少量的泡沫粘连。原因是反应过快，使得溢流槽中泡沫液料粘度过大。解决方法有：降低配方中催化剂胺、锡用量；采用小体积的溢流槽，及时清理溢流槽两侧挡板上的粘滞物；换用低活性聚醚多元醇。

　　4.3.2侧面中下部开裂生产中，有时发现泡沫体靠近底纸5有指向混合头方向的开裂和在靠近底纸侧下方有泡沫搓起的硬疙瘩。产生的原因是底纸走偏或太窄造成降落板上物料堆积，可调整底纸走向和宽度。

　　有时在泡沫的角部发生开裂，一般发生在两侧靠近底纸3~5cm处，以45~60°角度向上伸入泡沫体内，并沿传送带水平方向开裂。产生的原因为：泡沫完全凝胶时在接近降落板的末端。解决方法：减少催化剂胺用量；缩短降落板的长度；增加传送带的速度。正常的泡沫凝胶点一般应在传送带上至降落板的末端（靠传送带端）0.5m范围内。

　　4.4闭孔现象若泡沫体顶部表面有着一些无孔小疙瘩，且泡沫断面发亮，用口吹试时发现透气性差，这说明存在明显的闭孔。产生闭孔的原因是泡沫合成反应中凝胶反应过快，可以通过减少辛酸亚锡用量以及降低TDI指数来解决。

　　5结束语软泡溢流槽法生产工艺流程简单但在生产操作时，影响产品质量的因素较复杂，需要将工艺因素、设备因素及其它因素综合考虑。因此，操作技术人员一定要引起重视。文中某些观点为笔者的一些总结和看法，如有不妥之处，望同行们予以指正。

　　目前国内POP生产厂家不足10个，总生产能力不足2万1/a其广泛的用途和优良的性能决定了它良好的发展前景，市场需求增长速度远远超过聚醚多元醇。