海绵发泡中的主要材料是什么(PU发泡工艺简介)

Posted 2023-06-01

篇首语：金鞍玉勒寻芳客，未信我庐别有春。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了海绵发泡中的主要材料是什么(PU发泡工艺简介)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

海绵发泡中的主要材料是什么(PU发泡工艺简介)

聚氨酯（PU）是一种新型的有机高分子材料，于 1937 年首先由拜耳在实验室合成，

二十世纪五十年代用于工业化生产，在六十年代得以迅速发展。因其卓越的性能而被广泛

应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建

材、汽车、国防、航天、航空等。

PU 材料可以应用于粘接剂，弹性体，涂料，发泡等，其中聚氨酯发泡根据其硬度及用

途可以分以下 3 种：

A：PU 软泡（Flexible PU），软泡主要用于家具行业的座椅、沙发、床垫垫材，制衣

行业的垫肩、文胸海绵，建筑行业的吸音降震隔层等。

B: PU 硬泡(Rigid PU), PU 硬泡主要应用于冷冻冷藏设备的保温层，常见的冰箱、冰

柜、冷库、冷藏车等，工业的运输管道，储存罐等。PU 硬泡在建筑材料上的优势是非常明

显的，可以做成防水材料，填缝堵漏。更大的用处是可以仿制成木材，具有强度高、韧性

好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点，强度可比天然木材高，密度可比

天然木材等，可替代天然木材制作各类高档制品。在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占

硬泡总消耗量的 70%左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中国，硬泡在建筑业

的应用还不像西方发达国家那样普遍，所以发展的潜力非常大。

C:PU 半硬泡(Semi-rigid PU), PU 半硬泡吸能性泡沫体具有优异的减震、缓冲性能，良

好的抗压缩负荷性能及变形复原性能，其典型的应用是用于汽车保险杠。另外汽车内饰

方向盘、扶手、头枕，主仪表板等均采用半硬发泡。其工艺采用在骨架与表皮之间填充 AB

料，达到骨架，表皮，与发泡料粘接，这种工艺生产出来的内饰件手感良好，纹理、光泽

均匀。广泛运用于高档乘用车，国内一些大型商用车也在尝试引用此种工艺做汽车内饰。

本文重点以汽车发泡主仪表板为例，介绍发泡工艺、发泡材料、发泡模具、设备，以

及质量状态控制要点。

图 1、某车型采用的发泡仪表板图 1、某车型采用的发泡仪表板

一、发泡材料介绍：

发泡材料包括 A 料和 B 料（即黑料和白料）,A 料多元醇的-OH 集团和 B 料的-

NCO 基团发生反应形成高分子链的网络；H2O 与 B 料的-NCO 反应时产生气体 CO2

产生泡孔。

A 料（POL）是多种组分的混合物，基本成分如下：

a. 多元醇

b. 交联剂（调整硬度）

c. 表面活性剂（控制泡孔结构和大小）

d. 催化剂（胺）

e. 发泡剂（水）

f. 粘接剂，改善与表皮之间的粘接性能

g. 乳化剂，改善各组分的相容性

h. 泡孔稳定剂或开孔剂，(控制泡孔结构)

i. 其他成分（根据需要）：包括阻燃剂、耐紫外、耐氧化，抗水解，颜料等。

存储条件：15-35℃可以稳定存储半年，低于 10℃时粘度高，各组分分层，长时间大

于 35℃，可能导致催化剂失效，反应活性降低。使用前需要预搅拌。搅拌需低速搅拌

40~60 分钟。

B 料(ISO)：

在仪表板的应用中常采用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），在常温下是一种淡黄的液体。

存储条件：15-35℃可以稳定存储半年，低于 15℃时发生结晶，造成设备过滤器、喷嘴

堵塞，大于 35℃发生聚合反应，改变化学物理性质，对空气中水的敏感，干燥密封保

存。

二、发泡设备介绍

图 2、发泡机构成示意图

A/B 料在各自的管路里不停循环，从料罐出来后，依次经过过滤器，高压泵，流量

计，混合头，然后再返回料罐，形成回路，见图 2 示意图。只有在需要浇料时，A/B 料

在流经混合头时混合头才会打开，两种料混合后开始反应发泡。

图 3、高低压循环压力，料流路径示意图

为了保证管路里面的料温度一致和防止管路堵塞，发泡机在没有生产时需要保持低

压循环，当需要浇料时转换到高压循环，待高压稳定后开始浇料，见图 3 示意图。

POL ISO 搅拌器搅拌器

液位液位

高压泵

混合头液压单元

过滤器过滤器

流量计流量计

1、循环（开始准备） 2、混合 3、清洁

AB 料经过混合头在高压混合注入发泡模具里的，混合头在整个浇注系统是非常重

要的组成部分。

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发泡混合头工作示意动画

1、循环设备在高压或者低压循环时，活塞 2 向前，料流经混合头时经过活塞内

的凹槽再流回料罐，形成回路。

2、混合在浇料时，活塞 1 往上退，活塞 2 往后退，料在流经混合头时进入到混

合室，A/B 料在混合室内混合后再经过 90°进入到喷嘴，保证料的混合强度和防止料流

出后飞溅。

3、清洁活塞 2 往前，料停止混合；活塞 1 向下清理掉壁上的料。

三、发泡模架

完整的发泡模架包括升降机构，翻转机构，模具快换系统、电气控制部分。

模架应能实现模具的开模，合模，角度翻转等动作；水电气接口，满足 HSE 要求等。

图 5、发泡仪表板模具模架图 5、发泡仪表板模具模架

四、发泡模具介绍

发泡模具的材质为铝，上下模具里有很多真空吸附孔，目的是为了让骨架和表皮

能很好的定位，否则发泡出的产品会出现棱角变形，发泡模具的密封方式有硬密封和

充气密封，硬密封不可调，充气密封可调，通过调整充气密封条的充气时间来调整溢

料和排气的效果，作用类似注塑模具的针阀。

表一、发泡模具的主要构成

6、充气密封条

当发泡料流动密封条处时，软管内充气膨胀，使得表皮和骨架贴合到一起起到密

封的作用；在发泡完成后，软管泄气，表皮和骨架分开能使里面的气体排出。

图 7、硬密封

硬密封采用在骨架上设计密封筋，在发泡时靠密封筋压在表皮上，起到密封

的作用，见图 7。

图 8、硬密封和充气密封条展示

红色为硬密封条绿色为充气密封条

图 9、模具密封示意图

为了实现模具发泡的密封和排气功能，除了上面提到的密封结构外，还需要

模架的气垫共同来实现，它们的过程如下：

1) 在初始状态，模架气垫和充气密封条都是处于未充气状态；

2) 当开始生产，模具合模后气垫充气，密封条未充气，这样有利于空气的排

出；

3) 当发泡料流到密封条位置时密封条开始充气密封；

4) 发泡到一定程度需要排出发泡产生的气体，这是充气密封条和气垫依次放

气；

5) 放气完成后，气垫充气一直到发泡熟化完成，放气开模。

图 10、某汽车仪表板模具图

五、发泡工艺介绍

发泡过程：

1. 浇料（开模/闭模）

2. 产生气体发泡

3. 排出模腔内空气

4. 发泡料充满整个型腔，密封条充气密封

5. 放气排出 CO2，（密封条放气、气垫放气）

6. 熟化

7. 脱模取出零件

在整个过程中需要严格控制温度，发泡料、骨架、表皮、模具、环境。

六、质量控制要点：

为了获得稳定的质量状态，PU 发泡生产厂房尽量保证恒温恒湿，骨架需要火焰处

里必须放置 4 小时以上才能使用，否则影响粘接力。在生产过程中要严格控制模具温

度及 A/B 料温，混合头压力、流量等参数。时间设置要严格控制密封条的充气时间，

放气时间，气垫充气时间，气垫放气时间，以及熟化时间。同时加强对员工操作培

训，对质量缺陷的识别等。每班生产必须进行杯测以验证设备材料的状态。

图 12、杯测图片

杯测的重要参数包括：起泡时间、拉丝时间、上升发泡、自由发泡密度。

七、总结：

为了保证产品质量，需要对模具、设备、人员培训、环境温度、原材料（发泡

料，表皮，骨架）的监控，以及合理的结构设计。完整的发泡主仪表的生产除了发

此外，还包括搪塑，骨架注塑，火焰处理，表皮弱化，铣削，装配。每个环节对后

的质量影响都是巨大的，所以在前期的项目策划必须科学合理。