3、 生产工艺
（1） 予聚体制备举例
① 聚酯多元醇脱水（在脱水釜中进行）：用 Mn.2000 （羟值 53~59 ， mgKOH/g ，溶点 40~50
℃）的聚酯，加热熔化后在带搅拌的不锈钢或搪瓷釜中，脱水温度 100~140 ℃（聚醚 100~110 ℃），以余压 5mmHg
进行真空脱水 30~60 分钟，使其含水量＜ 0.05%
（从视镜可观察脱水情况）。为使罐内液体充分脱气，可间歇开停搅拌装置，抽一段时间真空后，可停止反应罐加热，使料温降至 70~80 ℃。
② 予
聚体合成（在反应釜中进行）：制品的性能取决于所用的原材料及其配比和加工工艺。先按性能要求，如温度、受力情况和接触介质及使用寿命等选择合适的原材料。再按要求硬度选定合适配比及工艺条件（如混合温度、浇注和脱模时间及硫化条件等）。为保证予聚体的质量，聚酯脱水及予聚体合成最好不在同一釜中进行，予聚体合成反应在干燥氮气保护下进行。为防止反应剧烈、温升过快，须备有冷却装置。建议加料顺序：先加
TDI
后加聚酯，如反应剧烈，聚酯可分次加入，使反应过程平稳，反应温度容易控制，合成的予聚体中游离异氰酸酯单体含量较低，结构较规整。使其保持在
80 ± 5 ℃，反应 1~2 小时，分析异氰酸酯基含量。在可能条件下也可购买符合要求的国内外品牌的予聚体。
③ 予聚体脱气（可在予聚体合成反应釜或浇注机的 A 料罐中进行）：在 85 ± 5 ℃及余压 5mmHg 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 ）生产中的关键设备，其主要技术要求如下：
a、 配比精确，计量稳定：采用耐温耐压的高精度计量泵及精密传动，调节和显示装置，其计量精度达± 0.5% 。
b、
混合均匀，不产生气泡：采用特殊结构的高速混合头，当两组分原液粘度及配比相差很大时，亦能保证混合均匀，使生产的制品宏观无气泡，且调节灵活、操作方便。
c、 温度稳定，准确可靠：原液的温度变化会影响原液的粘度、压力、计量精度及混合比，使制品质量无法稳定。尤其是 B 组分（ MOCA
）常温下为固体，若料温太低则会结死而无法操作，料温太高则易变色而影响制品质量。常用电加热的导热油循环系统，加热原液，计量泵及浇注头，由智能型时间比例式数显温控仪进行恒温自控。
② 浇注工艺：在 B 料罐中加入 MOCA （熔化温度＞ 110 ℃）启动各组分的加热系统，使 A 、 B
料均达到要求温度并各自循环， A 料如需要可先进行真空脱气，达到予聚体中无气泡。按配方要求通过调节计量泵的转速和排量，使 A 、 B
料达到要求的混合比。启动浇注按钮，则 A 、 B
料在浇注头的混合腔中通过高速的混合使之混合均匀，当排出的混合料在透明软管中不含气泡时即可往模具中浇注（模具及辊芯已经预处理，并预热至
80~110 ℃）。当两次浇注相隔时间较长时（超过釜中寿命 1 / 2
）需用清洗剂（二氯甲烷或三氯乙烯）对混合腔进行自动清洗（由电脑程控器自动控制）。当浇注停止时， A 、 B
原液即自动转为各自循环状态，回到各自料罐中。
（3） 熟化及后处理：
①
成型硫化（模型硫化），胶辊在脱模前在模具中硫化过程，其温度可选择在其化学结构不发生破坏的前提下，尽可能高一些，以加快扩链交联反应，缩短脱模时间，提高模具和设备利用率，常以
100~120 ℃， 60~120min 为宜。
② 后硫化：指胶辊脱模后继续加热硫化的过程，温度稍低于成型硫化，以 90~110 ℃， 3~10 小时为宜。
③ 表面再加工：根据要求在加工设备上进行车削或磨削加工。
（4） 注意要点：
① 模具结构合理，装配可靠，分型面无漏胶可漏气。
② 温度平衡，要求模具、辊芯及胶料的温度基本相同，模具各部位温度基本一致。
③ 胶料的浇注点可在辊芯或模具边缘，应保持固定不变，以不产生气泡为宜，为防止裹挟气泡，模具可适当倾斜使胶料沿壁而下。
④ 胶辊未达到脱模强度前，不要随便移动模具，以防产生龟裂。
⑤
装配模具和辊芯时，尤其要注意防止涂过粘合剂的辊芯碰着模具内壁，影响胶辊的粘接质量。即模具上不得粘上粘结剂，辊芯上不得粘上脱模剂。
⑥ 硫化后胶辊，待达到要求强度后，再进行表面切削和磨光等机械精加工，以保证辊面的粗糙度和辊轴的同心度。
（5） 对 CPU 制品模具的基本要求：
①
材料：选择时应着重考虑：具有足够的强度；足够的耐热性和尺寸稳定性；符合使用寿命要求的耐用性；制造成本较低。当批量生产从耐久性考虑常用金属材料，单件或试制产品常用环氧树脂等非金属模具，若采用压力合模浇注则应用金属模具。
② 结构：除了保证制品的几何形状和尺寸外，还应注意浇注位置，分型面和排气，以便达到：
a、 便于制品的浇注和脱模；
b、 保证制品工作表面的质量；
c、 便于模腔中气体的排出；
d、 便于模具的制造和机械加工，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：
分子量的大小决定了聚氨酯弹性体中特性基团的密度；聚酯型随分子量增大，则其物性可提高；而聚醚型随分子量增加，则提高了其柔顺性，拉伸强度和模量会有所下降。一般应控制多元醇分子量在
1100~2200 之间。
② 予聚体异氰酸酯基（ NCO ）百分含量的影响：
随 NCO 增加，则硬度、抗撕裂，定伸强度，拉伸强度提高，且予聚体粘度降低，易于脱泡和混合，而伸长率下降； NCO
过高，则胶料固化速度过快，（釜中寿命变短），对浇注工艺极为不利。故 NCO% 一般在 2.4~6.5% 为宜。
|
NCO% |
2.9 |
4.2 |
5.1 |
6.0 |
7.1 |
|
MOCA 用量 |
8.3 |
12 |
14.5 |
17.1 |
20 |
|
硬度 |
邵 A |
8.2 |
90 |
95 |
96 |
|
|
邵 D |
|
44 |
50 |
60 |
78 |
③ 扩链系数的影响：
胺类固化剂（ MOCA ）与予聚体中 NCO 的当量比（ NH2 / NCO ）对胶料物性影响明显，一般以 0.85~0.95%
为宜。
对于 MOCA 交联体系一般应保持 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，弹性体的综合性能最佳；当到 1 或更大时，因 MOCA
的增塑效应，且化学交联和氢链的减弱，强度明显降低，且永久变形较大。（故实用为保险，则扩链系数常取 0.85 ）。
④ 混合温度的影响：
由于予聚体及扩链剂的种类不同，其工艺条件（混合温度）亦不同。混合温度提高釜中寿命和凝胶时间缩短；过低的混合温度为固体扩链剂所不允许，虽有利于延长釜中寿命和提高物理性能，但不易脱泡和均匀混合（因粘度变大），以扩链剂在予聚体中不析出为宜，如
MOCA 则以 110~120 ℃为宜。
⑤ 釜中寿命：
当 CPU
的两种液体原料混合相遇后，会发生反应——扩链并高分子化——混合物会逐渐失去流动性，通常将两种原料从混合开始，到混合物基本失去流动的这段时间，称为釜中寿命（或固化期）。
二、 主要设备：
1、 反应釜：作多元醇脱水和予聚体合成及脱泡之用。
可采用不锈钢内胆，附加热夹套及外包聚氨酯硬泡绝热层的三层结构反应釜，附有锚式搅拌、电加热的导热油循环及控温系统，真空缓冲罐及真空泵系统。釜上应备有进料、出料、观察、测温、测压力及真空、安全放空及抽真空等工艺管孔，其容积由要求的产量而定，常用容积和尺寸：
80L （φ 400 × 500 ）； 120L （φ 500 × 500 ）； 200L （φ 600 × 700
）等，常用真空泵为双级旋片式，抽气量为 8 或 15 升 / 秒。
2、 浇注机：由于 CPU
具有釜中寿命短，凝胶速度快，单件用胶量大等特点，为了生产高品质的胶辊，必须采用浇注机生产。下面介绍本公司 CPU20F
系列高温型聚氨酯弹性体浇注机特点：
（1） 各系统原料循环方式：
① 原料由料罐——计量泵——浇注头切换阀——原料罐的全流量循环，可确保料温均一，流量稳定。
② 料罐可通入干燥氮气，防止水分混入使原液变质。原液循环回流口设在料罐底部，不会带入气泡。
③ 通过平衡循环——吐出压力（设有可靠的节流及精密的调压装置）提高混合比的精度和稳定吐出量。
（2） 采用高精度计量系统：
① 采用耐温、耐压、高硬度的低速精密计量泵，流量准确、稳定。
② 采用高精度进口变频调速装置，调节混合比及流量，灵活、方便、可靠。
③ 由于转速调节范围很大，当吐出量较小或粘度较低时亦能保证达到要求的精度。
（3） 高效、结构先进的浇注头
① 各组分原液由循环切换到吐出时，迅速同步，不会出现超前和滞后现象。
② 设有高精度的节流和回流调节装置，可使循环和吐出压力调节平衡，提高混合比的精度，可保证制品质量。
③
采用专用并久经实践考验的混合头，使粘度差很大，混合比悬殊的两组分原液在极短时间内混合均匀，且不产生气泡。能快速排除混合腔内空气，故初期混合液损耗较少。
④ 采用特殊设计的旋转式轴封装置，不倒料，确保润滑可靠，更换方便。
⑤ 切换阀采用经精密加工的聚四氟密封，调节方便，无热变形之虑。
⑥ 专用的气动清洗开关使清洗混合腔用的清洗液和压缩空气经物料吐出节流孔吐出，故永不堵塞，亦不会使混合料倒流。
（4） 控制及电器系统先进可靠、稳定：
① 采用电脑程控器控制浇注及自动清洗，操作简单、维修方便、线路清楚、故障率低。
② 采用智能型时间比例式数显温控仪及铂电电阻来控制 A 料原液； A 料介质； B 料原液； B 料介质； B
计量泵及浇注头的温度，准确可靠、直观，控制及调节非常方便。
③ 原液压力数字显示，（超压报警）流量及混合头转速均可数显。
3、 模具及辊芯加热装置
参考模具及辊芯的大小，设计成相应的加热装置，要加温到 90 ± 10 ℃，常采用带控温和显示的远红外电加热器。
参考文献：
1 、（英） C ·海普本 聚氨酯弹性体 阎家宾译 沈阳：辽宁科学技术出版社 1985 年 11 月
2 、陈双飞等（英）帝国化学工业公司 聚氨酯手册 江苏省化工研究所情报室 1989 年 10 月
3 、李绍雄、朱吕民 聚氨酯树脂 南京：江苏科学技术出版社 1992 年 3 月
4 、（德） G ·厄特尔 聚氨酯手册 阎家宾、吕槊贤译 北京：中国石油化工出版社 1992 年 9 月
5 、山西省化工研究所 聚氨酯弹性体手册 北京：化学工业出版社 2001 年 3 月
作者介绍：
陈鑫实 早年在化工部北京设计院从事化工机械设计， 1972
年开始从事聚氨酯设备的设计、开发与研制。曾发表过：“聚氨酯连帮鞋及鞋底生产技术十八题问答”，“选购浇注型聚氨酯弹性体浇注机十一问”、“国产聚氨酯鞋底成型机的开发与展
望”、“浅谈如何选择模塑聚氨酯设备”等文章。
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