延锋机动车零部件内饰发泡工艺处理培训.ppt
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1、发泡工艺 张伟立,一、聚氨酯发泡工艺基础 二、典型发泡问题的分析 三、聚氨酯发泡工艺常用术语 四、聚氨酯发泡设备基础 五、案例分享,课 程 内 容,聚氨酯发泡工艺基础,主链上含有-NHCO- 基团聚合物通称为聚氨基甲酸酯简称为聚氨酯。 Polyurethane,简称PU。,Cross-Linking in Polyurethane Polymers,聚 氨 酯 定 义,聚氨酯发泡工艺基础,聚氨酯理论空间结构,根据原料不同和配方的变化,分为软质、半硬质和硬质泡沫。 软质:座椅,头枕,地毯; 半硬质:扶手,方向盘; 硬质:方向盘芯。 根据多元醇品种分类,分为聚酯型、聚醚型; 根据ISO不同分类:T
2、DI、TM、MT、 MDI 根据发泡方法分类,可以分为块泡,模塑和喷涂聚氨酯泡沫: 块泡:复合泡沫。 模塑:座椅,扶手,头枕。 喷涂:方向盘,仪表盘。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 分 类,第一个反应生成聚氨酯,第二个反应生成聚脲(泡沫的骨架),上述两个反应都属于链增长反应,后者还生成二氧化碳,因而即可以看作链增长反应,又可视为发泡反应。 注:以上是两个主要的反应,但实际还存在超过10个的副反应存在,因此关键是控制好反应的平衡以获得所需要的结果。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 泡 沫 形 成,混合: ISO与 Polyol system混合,此过程在混合头上完成。 乳白: 混合后泡沫并不是
3、马上起发,而是经过一定时间的流动后,泡沫才开始变白并开始迅速起发。 混合结束到起发之间的时间就是乳白时间。 乳白时间越长则泡沫的流动性越好。 乳白时间长有利于原料在复杂模具中分布。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 泡 沫 形 成,上升: 涉及到泡沫填充能力和熟化速度。 拉丝: 涉及泡沫的凝胶程度。 收缩: 发泡开孔和稳定性的重要指标。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 泡 沫 形 成,聚氨酯原材料主要有ISO部分(又称黑料或B料)和POLY部分(又称白料或A料)组成。 Component1(ISO部分): Pure TDI,TDI&MDI和Pure MDI。 Component2(POLY部分)
4、: 聚醚:聚醚多元醇和聚合物多元醇。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料,助剂: 发泡剂:水 交联剂:如DEOA 催化剂:发泡胺催化剂和凝胶胺催化剂 如: A-400 A-33 泡沫稳定剂:硅油 开孔剂:本身是一种聚醚 其他助剂:如抗氧剂,阻燃剂等,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料,TDI:甲苯二异腈酸酯 MDI:多亚甲基多苯基多异腈酸酯,Toluene Diisocyanate,Diphenylmethane Diisocyanate,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,Pure TDI: 目前北美几乎全部使用TDI系统。 主要特点: 制作的产品密度比较
5、低; 产品拉伸比较好; 耐老化性能较低。 Whole MDI: 这里的MDI指的是改性的MDI或称MMDI,主要成分: (Prepolymer MDI+(4、4MDI,2、4 MDI)Isomers/Oligomers),聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,MDI系统主要特点是: 活性比较高,反应速度快; 对模具温度的依赖程度低,可以低模温生产; 后熟化快; 物理性能,特别是耐老化性能非常优良; 撕裂强度较差; 制作的产品密度比较高;,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,MDI&TDI: 为了降低Whole MDI的密度,加入部分的TDI以降低产品的密度
6、从而降低产品的成本。依据产品的性能加入的TDI各不相同。 TDI&MDI: 有TDI+Crude MDI组合而成;加入的Crude MDI比例不同,有TM70/30,TM80/20等不同配比。 如:TM80/20=VT06 (TDI 80%+Crude MDI 20%),聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-ISO部分,聚醚多元醇-Base polyol 我们现在使用330NY 官能度: 官能度越高则物理性能,特别是弹性和耐老化性能越好; 伯羟基含量: 伯羟基含量越高则聚醚多元醇的反应活性越高; 粘度: 粘度越低则原料的流动性越好,加工性能就越好;,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材
7、 料-POLY部分,聚合物多元醇-Polymer polyol 我们使用的是H45Y 固含量:固含量越高则泡沫产品硬度越高; 粘度:与固含量相关,固含量越高则粘度越高;粘度越低则原料的流动性越好,加工性能就越好; 比例:产品硬度,物理性能和开孔性的重要控制点;,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-POLY部分,聚醚多元醇和聚合物多元醇的未来发展趋势: 高官能度的聚醚多元醇; 高固含量和低粘度的聚合物多元醇; 低挥发性; 分子量高,分子量分布范围小; 伯羟基含量进一步提高。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 原 材 料-POLY部分,根据A料与B料反应时的当量关系,可以计算出100克A料需
8、要多少克B料。 发泡指数INDEX:ISO实际用量/ISO理论用量*100; INDEX范围一般为60110之间,INDEX较高时,产品比较硬; 其中TDI理想的范围是90105; MDI系统理想的范围是8595。,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 化 学-A料跟B料之比,对于座椅泡沫而言(TDI系统及TDI&MDI系统)来说,其对应关系为:,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 化 学-A料跟B料之比,将聚醚,水,催化剂和稳定剂按一定的比例配制后搅拌均匀的体系;也称为A料 常见的配方:,聚氨酯发泡工艺基础,聚 氨 酯 化 学-聚 醚 组 合 料,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程图,原料检验 羟值,含水量
9、,固含量,NCO含量等原材料性能; 配料 按配方配制聚醚组合料; 浇注 按一定的轨迹,一定的流量,一定的浇注时间向模具中进行投料并控制原料的温度,模具的温度以及浇注时的压力。,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程,成型 两种原料在一定的温度下反应,成型时间约为180s 脱模 与脱模剂有极大的关系 开孔 泡沫出模后,需要进行开孔,使泡孔破裂,否则泡沫容易收缩 后熟化 泡沫出模后,还没有反应完全,需要挂在悬挂链上进行后处理,该过程需要6小时;,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程,聚氨酯发泡工艺基础,工艺流程,温度(包括料罐温度、模具温度、冷水机温度、机房温度) 压力(包括料罐压力、泵前压力、泵后压力、浇注压力、
10、循环压力、过滤网压力) 流量(混合头流量) 自由发泡高度 自由发泡速度 流水线节拍,聚氨酯发泡工艺基础,发 泡 工 艺 控 制 点,发泡测试标准-大众泡沫标准(TL52653),聚氨酯发泡工艺基础,聚氨酯发泡工艺基础,发泡测试标准-大众泡沫标准(TL52653),聚氨酯发泡工艺基础,发泡测试标准-大众泡沫标准(TL52653),发泡测试标准-通用泡沫标准( GM6293),聚氨酯发泡工艺基础,原因分析: 1.浇注方式 泡沫在模具中分布不合适 2.模具问题 外协件尺寸或两个工装间有差异 3.过度飞溅 浇注时有气泡形成 4.有外协件在模具中 流动受阻产生气泡 5.未充满 未形成足够压力以赶出气体
11、6.起发太快 泡沫前端移动太快,典型发泡问题的分析,气泡,原因分析 1. 操作 从脱模到包装 2.气袋掉下 在固化时太早或太快 3.熟化不够 不能阻止泡沫变形 4.泡沫鼓起 开模时泡孔由于压力膨胀,典型发泡问题的分析,变形,原因分析 1.模具结构 模具形状复杂 2.模具脏 不能使模具保持干净 3.脱模剂不够、固含量不够 4.熟化不够 起模时泡沫强度不够,典型发泡问题的分析,撕裂,原因分析 1.模具分型面上有碎片 2.合模不正确 3.模具内化工料量不正确 计量 4.温度 5.TPR 6.浇注方式,典型发泡问题的分析,硬边和溢料,原因分析 1.太稳定 起发时泡孔破裂比例太低 2.催化剂含量高 -
12、在脱模时熟化太过开孔困难 4.混合头积料 聚氨酯积在混合室内 5.过度填充 模具内压力过高 6.熟化不够 冷却时 泡沫强度不足以保持产品形状 7 .气袋落下 气袋的夹持力释放,典型发泡问题的分析,收缩,原因分析: 1 .模具漏气 过度飞溅或过度排气 2 .校对 - TDI 或polyol 流量变化 3 .催化剂平衡 起发与凝胶速度不匹配 4 .原料受污染 原材料中混有其他原料 5 .浇注方式 模具中发泡分布不正确 6. 过度填充 模具内压力过高 7. 未充满 模具内已经充满但不足以建立稳定的内压 8. 气袋过早落下 浇注后气袋压力释放太早 9. 模具温度 太冷或太热 10. 机械震动 在泡沫成
13、型时模具震动太大 11. 组份的影响 影响发泡的反应 12. 混合头受污染 泡沫积在混合室内,典型发泡问题的分析,塌泡/逃气,冷熟化 座椅发泡的一种工艺,该工艺制造的发泡称为高回弹发泡(简称为HR发泡)。 该工艺制造发泡时模具的温度一般在50-70度之间;聚醚分子量一般在4500-6500之间,ISO可以是TDI/TM/MDI; 该工艺生产效率高,耗能少,目前普遍使用; 我们的工艺为冷熟化工艺;,聚氨酯发泡工艺常用术语,泵能力 用来检查计量泵流量输出的稳定性; 目前泵能力的验证方法为:在设定的流量下,连续打35枪,称量每一枪的重量,然后计算能力,根据泵能力的大小判别是否需要修理或更换计量泵;
14、一般情况下,每三个月检查一次泵能力。,聚氨酯发泡工艺常用术语,泵线性 计量泵的转速与输出量之间的相关性的表征。 一般选择不同5个转速,然后进行流量测试,得到每个转速下计量泵的输出量,这5个点如在一条线上,说明计量泵转速与输出量之间的线性相关比较好; 正常生产浇注时,选择的流量范围需要在泵线性上输出量的上下限之间。,聚氨酯发泡工艺常用术语,NBT 是new blending technology的简称,即新型混合技术; 以前的混合技术是一种ISO与一种POLY组合料进行对喷,混合,反应生成聚氨酯发泡;该种技术调节工艺参数时,只能调节POLY/ISO的混合比,浇注重量这2种变量;无法进行其他的调节
15、; NBT是一种ISO与2种或3种POLY组合料进行对喷,混合后反应生成聚氨酯发泡; NBT可以调节如下变量:配方水分,配方的固含量,配方的指数,浇注重量这4种变量,这样在制造不同密度,不同硬度时工艺的宽容度更大。,聚氨酯发泡工艺常用术语,TPR 是timed pressure release的简称,即压力定时释放,有时也称为放气,即预先开孔; 如果放气太早,产品比较嫩,此时容易出现撕裂现象;如果放气比较晚,产品容易出现僵硬现象,出模后容易出现收缩现象;,聚氨酯发泡工艺常用术语,初喷 正常浇注时,ISO喷嘴与POLY喷嘴同时打开,ISO与POLY对喷,混合的原料流出混合室,生成聚氨酯发泡; 如
16、果浇注时ISO喷嘴与POLY喷嘴未完全同步打开,先打开的喷嘴会导致该组分原料未反应就流出混合室,导致发泡上先浇注点处出现未反应的原料; 如果是聚醚先出来,则发泡上会有粘乎乎的湿料; 如果是ISO先出来,则发泡上会有发脆的泡沫(轻度初喷时)或出现ISO(初喷严重时); 另外有一种特殊的情况:先浇注的地方出现偏软的情形,原因可能是ISO与POLY中的1种或2种组分先出来,另外1种POLY出来慢,导致先浇注点发泡偏软,聚氨酯发泡工艺常用术语,末喷 正常浇注结束时,ISO喷嘴与POLY喷嘴同时关闭;如果一种组分的喷嘴关闭比较慢,关闭比较慢的组分最后会有少量原料未混合就流出混合室,这样泡沫上浇注的最后一
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