快速脱模聚氨酯发泡体系的开发

方 彧，朱小江，刘 茜，陈忠民，王严平，石芳录

（1.陕西宝鸡长岭冰箱有限公司，陕西 宝鸡 712006；2.兰州华宇航天技术应用有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 引言

聚氨酯硬泡目前作为冰箱唯一使用的一种高效隔热保温材料，无论泡沫物理性能还是生产的工艺性能都近乎完美。传统的以CFC-11为发泡剂的聚氨酯发泡技术应用于家电行业已经多年，但随着CFCs物质带来的严重的环境问题日益突出，开发替代产品引起国际社会广泛关注，尽管已开发出以开孔聚氨酯为芯材的高效真空隔热板（即VIP）[1]，但限于价格及可靠性等因素VIP产品在家电行业尚未大规模普及，家电行业更多仍采用不含CFC-11的所谓“无氟”发泡体系，以填充的方式解决隔热问题，而采用无氟体系需要解决流动性、开裂等一系列技术和工艺难题，其中无氟发泡体系的脱模性是人们关心的焦点之一。通常无氟体系因采用各类沸点的发泡剂，且与许多聚醚没有良好的互溶性，为保证浇注熟化后冰箱制品整体的平整度，需要较长的保压时间或者叫脱模时间，严重制约生产效率的提高，而过快提早脱模会引起泡沫制品各项性能的下降，甚至开裂变形成为废品。通常发泡体系的脱模时间依据冰箱型号大小、生产工艺和保温层厚度不同而不同，一般为360～600 s不等，特别节能型冰箱保温层最大厚度高达120 mm，脱模时间甚至长达600 s。因此，冰箱生产厂家为提高生产效率、降低成本，迫切希望缩短脱模时间。近年来人们开展了较为详细的配方及工艺研究，从聚醚多元醇、专用催化体系及特种硅油表面活性剂入手取得了显著的进展[2～4]。经过大量的配方试验和工艺探索，开发的HY-5106体系应用于节能型冰箱使脱模时间由原来的9 min缩短到6 min，生产效率提高30%以上，达到国内先进水平，具有重要的经济和实用价值。

2 配方设计与描述

2.1 主要试验原料

多苯基多亚甲基多异氰酸酯PM1020，工业品，烟台万华合成革集团有限公司；635聚醚多元醇，羟值500±20 mgKOH/g,廊坊全振化工厂；403聚醚多元醇，羟值770±50 mgKOH/g，自制；HY-001聚醚多元醇，羟值480±35 mgKOH/g，自制；HY-003 聚醚多元醇，羟值 440±20 mgKOH/g，自制；HY-005 聚醚多元醇，羟值 500±35 mgKOH/g，自制；HY-006聚醚多元醇，羟值400±20 mgKOH/g，自制；蓖麻油，工业品，河北眺山满城精细化工厂；硅油B-8462，高斯米特上海化学；硅油AK-8801，南京德美世创化学；醋酸钾（30%）、N，N二甲基环己胺、五甲基二乙烯三按、PC-41，工业品，溧阳雨田化工有限公司；去离子水，自制。

2.2 配方及试验

选择聚醚多元醇复配、催化体系及硅油表面活性剂，进行系列配方试验。如表1所列。

将组合聚醚与异氰酸酯按一定比例置于标准杯内，以2 000 r/min速度搅拌，搅拌时间6 s，组合聚醚与异氰酸酯温度控制在20℃。记录乳白时间、拉丝时间、不粘时间等数据，用排水法测量泡沫的芯密度。同时测定发泡系统的流动性，将200 g组合聚醚与异氰酸酯按一定比例置于标准杯内，以2 500 r/min速度搅拌，搅拌时间6 s，然后将其置于一个流动管下，流动管的温度保持在40℃，10 min后，将泡沫从流动管中取出，并测量泡沫高度，求取流动指数，比较流动性。

采用兰芝模评价体系的脱模性。按一定的过填量,用塑料烧杯称取组合聚醚和异氰酸酯；用台钻进行搅拌混合,搅拌混合10 s后,将混合料倒入恒温的兰芝模内,迅速合上模具。在固定的熟化时间脱模,立即测量脱模后泡沫板材中心部位实际厚度，计算膨胀量大小，以此衡量泡体系的脱模性。经过对表1所列的7个配方进行试验筛选，综合各项性能及配方成本，选取4号作为基础配方进行实验室泡沫各项性能的综合评价，导热系数与典型的环戊烷系统相当，压缩强度比典型的环戊烷系统有所提高。尺寸稳定性的测量采用不同老化条件，其结果均在指标范围内。

3 发泡体系的工艺试验与结果分析

3.1 快速脱模体系的在线试验

以4号配方作为HY5106快速脱模体系的基础配方，于2010年3月在宝鸡长岭冰箱公司进行了试生产。该试验是在OMS发泡线上进行。异氰酸酯选用PM-2010。

生产工艺配方及参数如下:

HY-5106:发泡剂:PM-2010=100∶13.5∶144；组合聚醚和异氰酸酯的温度：20 ℃；混合压力：15 MPa；乳白时间：6 s；拉丝时间：47 s；自由发泡芯密度：25 kg/m3；流量：1 350 g/s。

在脱模测试中采用了BCD-230型号冰箱箱体，因为它发泡层最厚，达到11.3 cm，是最难以脱模的型号。首先测定恰好填充满时所需的泡沫质量，经测定此质量为7 850 g。然后以15%和21%的过填充量进行发泡，脱模时间为6 min。解剖密度分布见表2所列。芯密度分布总体较好，比较均匀。15%过填充量下泡沫良好，表明了该体系脱模性能良好。然而在21%过填充量下，当泡沫被切开时，在保温层最厚处泡沫稍有开裂，因此可以得出结论，只要严格控制过填充量（大约在15%左右），该体系便能满足宝鸡长岭冰箱厂的6 min脱模要求。如果箱体内的压力泡芯密度超过了规定范围，可以通过发泡剂的用量对自由发泡芯密度进行调整，以取得合适的过填量（大约在15%左右）和箱体内的压力泡芯密度。

表2 HY-5106在BCD-230冰箱上的芯密度分布

3.2 批生产情况

根据试验结果，过填充15%是比较恰当的填充量。随后，安排进行了小批量生产，该生产仍然安排在OMS线上进行。工艺参数如下：

HY-5106:发泡剂:PM-2010=100:13.5:144；组合聚醚和异氰酸酯的温度：20℃；混合压力：15 MPa。

先取小样，得到的反应速度和自由发泡芯密度数据如下：

乳白时间：6 s；拉丝时间：50 s；自由发泡芯密度：25 kg/m3；流量：1 350 g/s。

本次小批量使用随机抽取生产线上生产的品种，即BCD-206冰箱箱体产品。确定注料量后，进行生产，解剖取样，密度分布如表3所列。

表3 过填量15%时HY-5106在BCD-206冰箱上的芯密度分布

作者在BCD-206上取了泡沫样品，进行了物理性能测试，测试结果见表4所列，可以发现泡沫物理性能良好，能满足冰箱质量要求[5]。

表4 箱体发泡泡沫物理性能测试结果

4 结论

对于11 cm厚的箱体，在单枪注射的情况下，该组合料的脱模时间为6 min，可以大大提高生产效率，较9 min脱模提高生产效率33.3%。由华宇聚氨酯公司开发的快速脱模体系经过与长岭的共同试验，证明体系符合长岭公司严格的快速脱模要求，过填充量为15%时脱模时间仅5.5 min，并具有优异的泡沫流动性能及密度分布，大大提高了生产效率。

[1]朱贤，石芳录，王 娟，等.聚氨酯真空隔热板[J].真空与低温，2000，6（1）:30～33.

[2]方禹声,朱吕民.聚氨酯泡沫塑料[M].北京:化学工业出版社,1994.

[3]石芳录，王娟，王严平，等.冰箱用环戊烷发泡体系组合聚醚的研制[J].聚氨酯工业，2003，1:22～25

[4]袁伟，李同续.浅谈冰箱用环戊烷聚氨酯硬泡中催化剂的功能[C].中国聚氨酯工业协会第十次年会论文集，2000年，广东深圳.201～204.

[5]QB/T2081-1995.冰箱、冰柜用硬质聚氨酯泡沫塑料（行业标准）[S].北京；中国轻工业出版社，发布日期：1995-03-27.