軟質(zhì)聚氨酯泡棉的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)

聚氨酯軟泡指的是軟質(zhì)聚氨酯泡棉，是一種具有一定彈性的柔軟性聚氨酯泡棉塑料，它是聚氨酯制品中用量最大的一種聚氨酯產(chǎn)品。軟質(zhì)聚氨酯泡棉多為開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，具有密度低、彈性回復(fù)好、吸音、透氣、保溫等性能，廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)、電子設(shè)備以及航空航天和軌道車(chē)輛內(nèi)飾的緩沖。工業(yè)和民用上也常常把軟泡用作過(guò)濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材料及隔熱材料等。

根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可以將聚氨酯軟泡分為不同的類(lèi)型：

1、按軟硬程度，即耐負(fù)荷性能的不同，聚氨酯軟泡可以分為普通泡棉、超柔軟泡棉、高承載軟泡棉以及快回彈泡棉等，其中快回彈泡棉與高承載軟泡棉一般用于新能源汽車(chē)、電子設(shè)備等。

2、按生產(chǎn)工藝的不同，聚氨酯軟泡又可分為塊狀軟泡和模塑軟泡，塊狀軟泡是通過(guò)連續(xù)法工藝生產(chǎn)出大體積泡棉，再將其切割成所需形狀的泡棉制品，模塑軟泡則是通過(guò)間隙法工藝直接將原料混合后注入模具中發(fā)泡成所需形狀的泡棉制品。

為什么聚氨酯軟泡的種類(lèi)如此多樣而其應(yīng)用又如此廣泛呢?這是由于生產(chǎn)原料的多種多樣，從而使得聚氨酯軟泡在性質(zhì)上也有所差異，那么，聚氨酯軟泡所用原料對(duì)其成品的性質(zhì)究竟有哪些影響呢?將在下文中為大家做出解答。

一、聚醚多元醇

聚醚多元醇作為生產(chǎn)聚氨酯軟泡的主要原料，與異氰酸酯反應(yīng)生成氨基甲酸酯，這一反應(yīng)是泡棉制品的骨架反應(yīng)。若聚醚多元醇的用量增多，相當(dāng)于其他原料（異氰酸酯、水以及催化劑等）的用量減少，易造成制得的聚氨酯軟泡制品出現(xiàn)開(kāi)裂或塌泡的現(xiàn)象。若聚醚多元醇的用量減少，則制得的聚氨酯軟泡制品偏硬且彈性降低，手感不好。

此外，聚醚多元醇平均官能度的大小對(duì)制得的聚氨酯軟泡材料的性能也有所影響。在官能度相同的情況下，聚醚多元醇的分子量越大，其反應(yīng)活性越低，但制得的聚氨酯軟泡制品的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率以及回彈性則顯著提升;在當(dāng)量值（分子量/官能度）相同的情況下，聚醚多元醇的官能度增加，則反應(yīng)活性增強(qiáng)，反應(yīng)速率相對(duì)加快，生成聚氨酯的交聯(lián)度提高，泡棉硬度隨之提高，但材料的伸長(zhǎng)率卻有所下降。因此，洛陽(yáng)天江化工新材料有限公司建議，生產(chǎn)聚氨酯軟泡材料應(yīng)選擇平均官能度在2.5以上的聚醚多元醇，若聚醚多元醇的平均官能度太低，則制得的聚氨酯泡棉體在受壓后的回復(fù)性較差。

二、發(fā)泡劑

一般在制造密度大于21g/cm3的聚氨酯塊泡時(shí)，只使用水（化學(xué)發(fā)泡劑）做為發(fā)泡劑，而在低密度配方或超軟配方中才使用二氯甲烷（MC）等低沸點(diǎn)化合物（物理發(fā)泡劑）作為輔助發(fā)泡劑。

水作為發(fā)泡劑與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵并放出大量的CO2及熱量，該反應(yīng)是一個(gè)鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。水量越多，泡棉密度越低，硬度越強(qiáng)，同時(shí)泡孔支柱變小、變?nèi)?，降低了承載能力，易發(fā)生塌泡、裂泡等現(xiàn)象，此外，消耗異氰酸酯的量增加，放熱量增多，容易造成燒芯。若水量超過(guò)5.0份，則必須添加物理發(fā)泡劑以吸收部分熱量，避免燒芯現(xiàn)象的發(fā)生。水量減少，催化劑的用量相應(yīng)減少，但制得聚氨酯軟泡的密度增大。

輔助發(fā)泡劑會(huì)使聚氨酯軟泡的密度以及硬度下降。由于輔助發(fā)泡劑氣化時(shí)吸收了部分反應(yīng)熱而使得固化速率減慢，因此需適當(dāng)增加催化劑的用量;與此同時(shí)，由于氣化吸收了部分熱量，從而避免了燒芯的危險(xiǎn)。

三、甲苯二異氰酸酯

聚氨酯軟泡一般選用T80，即2,4-TDI和2,6-TDI兩種異構(gòu)體比例為(80±2)%和(20±2)%的混合體。

異氰酸酯實(shí)際用量=[0.1554×(多元醇聚合物的酸值+羥值)+9.667×水%]×異氰酸酯指數(shù)。異氰酸酯指數(shù)通?？刂圃?.03-1.10之間。異氰酸酯指數(shù)在一定范圍內(nèi)增大，則泡棉的硬度隨之增大，但達(dá)到某一點(diǎn)后硬度不再顯著增大，而撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均有所下降。

當(dāng)異氰酸酯指數(shù)過(guò)高時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致表面長(zhǎng)時(shí)間發(fā)粘，泡棉體壓縮模量提高，泡棉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)粗大，閉孔增加，回彈率下降，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致制品開(kāi)裂。同時(shí)，由于未反應(yīng)的TDI持續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)熱量增大，放熱時(shí)間及熟化時(shí)間延長(zhǎng)，有時(shí)可達(dá)數(shù)小時(shí)之久。這樣會(huì)使泡棉體中心溫度長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，從而容易引起聚氨酯塊泡中心發(fā)生焦化以及燒芯現(xiàn)象。

若異氰酸酯指數(shù)過(guò)低，則會(huì)使泡棉體的機(jī)械強(qiáng)度和回彈性降低，從而使得泡棉體容易產(chǎn)生細(xì)小的裂縫，最終造成發(fā)泡加工工藝重復(fù)性差這一問(wèn)題;此外，若異氰酸酯指數(shù)過(guò)低，還會(huì)使得聚氨酯泡棉的壓縮永久變形較大，且泡棉體表面容易產(chǎn)生潮濕感。

四、催化劑

1、叔胺類(lèi)催化劑：一般選用A33（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%的三乙烯二胺溶液），其作用是促進(jìn)異氰酸酯和水的反應(yīng)，調(diào)整泡棉的密度以及氣泡開(kāi)孔率等，主要是促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)。

若叔胺類(lèi)催化劑加入量過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致聚氨酯泡棉制品出現(xiàn)劈裂，泡棉中有孔或泡眼等問(wèn)題;若叔胺類(lèi)催化劑加入量過(guò)少，則容易使制得的聚氨酯泡棉出現(xiàn)收縮、閉孔，且會(huì)使得發(fā)出的泡棉制品底厚。

2、有機(jī)金屬催化劑：一般選用辛酸亞有機(jī)錫類(lèi)催化劑T-19；T-19是催化活性很高的凝膠反應(yīng)催化劑，主要作用是促進(jìn)凝膠反應(yīng)，即后期反應(yīng)。

若有機(jī)錫類(lèi)催化劑加入量過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致膠化速度過(guò)快，粘度增加，回彈性以及透氣性變，且容易造成閉孔現(xiàn)象;若有機(jī)錫類(lèi)催化劑加入量過(guò)少，則會(huì)使得凝膠不足，從而導(dǎo)致發(fā)泡過(guò)程中出現(xiàn)劈裂現(xiàn)象，泡棉邊緣或頂部有開(kāi)裂，并有脫坯、毛邊現(xiàn)象。若適當(dāng)提高有機(jī)錫類(lèi)催化劑的用量，則可獲得松弛的良好開(kāi)孔聚氨酯泡棉塑料，進(jìn)一步增大有機(jī)錫類(lèi)催化劑的用量則會(huì)使泡棉體逐漸變得緊密，以致收縮、閉孔。

減少叔胺類(lèi)催化劑的用量或增加有機(jī)錫類(lèi)催化劑的用量都可以在氣體大量產(chǎn)生時(shí)增加聚合物氣泡膜壁的強(qiáng)度，從而減少中空或開(kāi)裂現(xiàn)象。

聚氨酯泡棉塑料是否具有理想的開(kāi)孔或閉孔結(jié)構(gòu)，主要取決于聚氨酯泡棉形成過(guò)程中的凝膠反應(yīng)速度和氣體膨脹速度是否平衡。此平衡可通過(guò)調(diào)節(jié)配方中的叔胺類(lèi)催化劑催化以及泡棉穩(wěn)定劑等助劑的種類(lèi)和用量實(shí)現(xiàn)。

五、泡棉穩(wěn)定劑(硅油)

泡棉穩(wěn)定劑是一類(lèi)表面活性劑，可使聚脲在發(fā)泡體系中良好分散，起著“物理交聯(lián)點(diǎn)”的作用，并能明顯提高聚氨酯泡棉混合物的早期粘度，避免裂泡。

泡棉穩(wěn)定劑一方面具有乳化作用，可使泡棉物料各組分間的互溶性增強(qiáng)，另一方面加入有機(jī)硅表面活性劑后可降低液體的表面張力r，使得氣體分散時(shí)所需增加的自由能減少，還可使分散在原料中的空氣在攪拌混合過(guò)程中更易成核，有助于細(xì)小氣泡的產(chǎn)生，調(diào)整泡棉氣孔大小，控制泡孔結(jié)構(gòu)，提高發(fā)泡穩(wěn)定性，此外，還能有效防止泡孔發(fā)生癟泡、破裂等問(wèn)題，使泡棉壁具有彈性，控制泡棉的孔徑和均勻度。洛陽(yáng)天江化工的專(zhuān)家將泡棉穩(wěn)定劑的作用總結(jié)為以下幾點(diǎn)：在發(fā)泡初期穩(wěn)定泡棉，在發(fā)泡中期防止泡棉的并泡，在發(fā)泡后期使泡孔連通。一般發(fā)泡劑、POP用量越多，硅油用量越大。

若泡棉穩(wěn)定劑的用量過(guò)多，會(huì)使得后期泡棉壁的彈性增加，泡孔細(xì)密，不易破裂，但容易造成閉孔;若泡棉穩(wěn)定劑的用量過(guò)少，則會(huì)產(chǎn)生泡棉破裂，起發(fā)后塌泡，泡棉孔徑較大且容易并泡等問(wèn)題。

六、溫度的影響

聚氨酯的發(fā)泡反應(yīng)隨著物料溫度的上升而加快，在敏感的配方中將會(huì)引起燒芯和著火的危險(xiǎn)。一般控制多元醇和異氰酸酯組分的溫度不變。發(fā)泡時(shí)泡棉密度降低料溫相應(yīng)提高。同樣配方，料溫相同夏季氣溫高，反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致泡棉密度、硬度下降，伸長(zhǎng)率增加，機(jī)械強(qiáng)度增加。夏季可適當(dāng)提高異氰酸酯指數(shù)以糾正硬度的下降。

七、空氣濕度的影響

濕度增加，由于泡棉中的異氰酸酯基部分與空氣中的水分反應(yīng)，造成硬度下降，所以發(fā)泡時(shí)可適當(dāng)增加異氰酸酯用量。過(guò)大時(shí)會(huì)造成熟化溫度過(guò)高引起燒心。

八、大氣壓的影響

發(fā)泡過(guò)程中所處環(huán)境大氣壓的大小也會(huì)對(duì)制得的聚氨酯泡棉制品的性能造成一定程度的影響。壓強(qiáng)越大，制得的成品密度越大;反之，壓強(qiáng)越小，制得的成品密度也越小。例如，采用同樣的配方，在海拔越高的地方進(jìn)行發(fā)泡，最終得到的泡棉制品密度越小。

最后，還要提醒大家注意以下幾點(diǎn)：1、在泡棉塑料制品的形成過(guò)程中，凝膠反應(yīng)與發(fā)泡反應(yīng)同時(shí)在發(fā)生，但各反應(yīng)之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，一般情況下，發(fā)泡反應(yīng)速度大于凝膠反應(yīng)速度。凝膠反應(yīng)——氨基甲酸酯的形成反應(yīng)(即異氰酸酯基與羥基的反應(yīng))。發(fā)泡反應(yīng)——指有水參加的反應(yīng)，生成脲并產(chǎn)生氣泡。聚氨酯泡棉是否具有理想的開(kāi)孔或閉孔結(jié)構(gòu)，主要取決于泡棉形成過(guò)程中的凝膠速度和氣體膨脹速度是否平衡。這一平衡可以通過(guò)調(diào)節(jié)配方中的叔胺類(lèi)催化劑以及泡棉穩(wěn)定劑等助劑的種類(lèi)和用量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、發(fā)泡體系中形成的氣泡數(shù)量和泡棉塑料中泡孔的大小取決于外加成核劑的作用，成核劑越多，生成的氣泡越多，泡孔也越小。成核劑是一種可以引起氣泡形成的物質(zhì)，如體系中的微細(xì)固體顆粒、液體、泡棉穩(wěn)定劑或是本來(lái)溶解在物料中的細(xì)微氣泡等，包括溶解在多元醇和異氰酸酯中的空氣或氮?dú)狻⒍趸?、泡棉穩(wěn)定劑、炭黑等填料。這些物質(zhì)可使氣體在物料中產(chǎn)生更多的氣泡，氣泡越多越穩(wěn)定生成的泡孔就越細(xì)。

3、乳白時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)在一定程度上影響聚氨酯泡棉成品的性質(zhì)，乳白時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于大氣泡的生長(zhǎng)。因此，為了減少大氣泡的產(chǎn)生，可以適量增加催化劑的用量，這樣做可以縮短乳白時(shí)間，由于凝膠反應(yīng)和氣泡形成反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)可得到細(xì)孔泡棉。