聚氨酯泡沫塑料是以異氰酸酯和多元醇為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合，經高壓噴涂現場發(fā)泡而成的高分子聚合物，是聚氨酯合成材料的主要品種之一。
聚氨酯泡沫塑料的主要特征是具有多孔性，因而材料的相對密度小，比強度高。聚氨酯泡沫塑料種類多樣，根據所用原料的不同以及配方的變化，可制成軟質、半硬質和硬質聚氨酯泡沫塑料等；根據所用多元醇的品種分類又可將其分為聚酯型、聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；而根據發(fā)泡方法分類又有塊狀、注塑、模塑以及噴涂聚氨酯泡沫塑料等類型。
不論選取哪一種原料，也不論采用哪一種發(fā)泡方法，其發(fā)泡過程一般都要經過形成氣泡核、氣泡核膨脹以及泡體固化定型等階段。工業(yè)上常用的聚氨酯泡沫塑料制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡以及噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是聚氨酯泡沫塑料最重要的成型方法之一，接下來，洛陽天江化工新材料有限公司將為大家重點講述一下聚氨酯注塑發(fā)泡工藝以及注意事項。
一、結構發(fā)泡注塑成型
結構發(fā)泡法是注射成型工藝技術中的一項革命，它保留了傳統(tǒng)注射成型工藝的許多優(yōu)點，又避免了傳統(tǒng)注塑工藝中經常遇到的一些問題，如制品強度不夠、生產周期太長以及模塑率低等問題。
結構發(fā)泡法最大的特點是可以不用增加設備，用普通的注塑機便可以注塑生產，不過采用模腔擴大法發(fā)泡的高壓結構發(fā)泡注塑機與普通注塑機相比，增加了二次合模保壓裝置。
此外，采用結構發(fā)泡技術還可以使用低成本模具對大型復雜制品進行模塑，并且可以多模腔同時操作，從而降低了制品的生產成本。結構發(fā)泡法制得的成品是一種具有致密表層的連體發(fā)泡材料，其單位重量的強度和剛度比同種未發(fā)泡的材料高3-4倍。
近年來，結構發(fā)泡注塑成型工藝得到了很廣泛的發(fā)展，成型方法也很多，但歸納起來可以分為三種：低壓發(fā)泡法、高壓發(fā)泡法（注：此處的低壓和高壓指模具模腔內的壓力）以及雙組分發(fā)泡法。
1、低壓發(fā)泡法
低壓發(fā)泡法注塑與普通注塑的區(qū)別在于其模具的模腔壓力較低，約在2-7Mpa的范圍內，而普通注塑則在30-60Mpa之間。低壓發(fā)泡注塑一般采用欠注法，即將一定量（不注滿模腔）的塑料熔體（含有發(fā)泡劑）注入模腔，發(fā)泡劑分解出來的氣體使塑料膨脹而充滿模腔。
在普通注塑機上進行低壓發(fā)泡注塑，一般是將化學發(fā)泡劑與塑料混合，然后在機筒內進行塑化。洛陽天江化工新材料有限公司提醒大家，在注塑過程中需要注意以下幾點：首先，必須采用自鎖式射嘴；其次，在注射時，由于氣體的擴散速度很快，會造成制品的表面粗糙，因此注塑機的注射速度要足夠快，一般采用增壓器來提高注射速度和注射量，使注射動作在瞬間完成。
2、高壓發(fā)泡法
高壓發(fā)泡法的注塑模腔壓力在7-15Mpa之間，采用滿注方式，即一次注射量正好等于模具模腔的容積。為了使制件得到發(fā)泡膨脹，可以采用強制擴大模腔，或者使一部分塑料分流出模腔，一般較多采用模腔擴大法。采用擴大模腔法的注塑機與普通注塑機相比，增加了二次合模保壓裝置，當塑料和發(fā)泡劑的熔融混合物被注入到模腔后延時一段時間，然后合模機構的動模板向后移動一小段距離，使模具的動模和定模稍為分開，模腔擴大，模腔內的塑料開始發(fā)泡膨脹。制品冷卻后在其表面形成致密的表皮，由于塑料熔體的發(fā)泡膨脹受到動模板的控制，因此，也就可以對制品的致密表層的厚度進行控制。動模板的移動可以是整體移動，也可以是部分移動使局部發(fā)泡，從而得到不同密度的制品。高壓發(fā)泡法對模具的制造精度要求高，模具費用高，并且對注塑機有二次鎖模保壓要求。
3、雙組分發(fā)泡法
雙組分發(fā)泡法是一種特殊的高壓結構發(fā)泡注塑方法，它采用專門的雙組分注塑機。這種注塑機有兩套注塑裝置：一套用來注塑制品的芯部，一套用來注塑制品的表層。在注塑時，先注入皮層物料，然后通過同一澆口再注入混有發(fā)泡劑的芯部材料。由于芯部材料呈層流狀態(tài)流動，這就保證了芯部材料均勻地包覆在皮層內部，使型腔得到完全填充。當熔料填滿型腔后，再注入少量不含有發(fā)泡劑的熔料，使?jié)部诜忾]。制品取出后，再去掉澆口即得到具有不發(fā)泡致密表層和有芯部發(fā)泡的輕質制品。
二、微孔發(fā)泡注塑成型
微孔發(fā)泡注塑成型屬于物理發(fā)泡法。常規(guī)泡沫塑料的泡孔直徑一般大于50μm，泡孔的密度（單位體積內泡孔的數量）小于106個/cm3。這些大尺寸的泡孔受力時常常成為初始裂紋的發(fā)源地，降低了材料的機械性能。為了滿足工業(yè)上要求降低某些塑料產品的成本而不降低其機械性能的要求，20世紀80年代初期，美國的一些專家學者以CO2、N2等惰性氣體作為發(fā)泡劑研制出泡孔直徑為微米級的泡沫塑料，并將泡孔直徑為1μm-10μm，泡孔密度為109-1012個/cm3的泡沫塑料定義為微孔塑料。
微孔發(fā)泡注塑成型工藝一般要經歷聚合物/氣體均相體系的形成、泡孔成核、泡孔長大及泡孔定型四個階段，其成型過程復雜，各個階段的形成機理不同，主要影響參數也不同。聚合物/氣體均相體系的形成是發(fā)泡過程的必要條件，直接影響后續(xù)泡孔的成核、長大及定型；氣泡核的形成階段對泡孔的密度和分布有著決定性的作用。泡孔長大的過程直接影響泡孔的幾何形狀和結構；泡孔定型階段則決定氣泡長大的結果能否得到保持。
典型的微孔發(fā)泡注塑工藝與普通注塑有很大的不同，其不同之處主要表現在：在機筒中需將超臨界流體注入到聚合物中，然后經混煉均化后形成單相溶液；注射時熔體不用充滿型腔，未充滿的部分可以通過氣泡長大來補充；保壓階段大大減短，甚至不用保壓。
微孔注塑發(fā)泡過程中，在螺桿的計量段將超臨界流體注入注塑機機筒中，當超臨界流體和塑料熔體沿著螺桿向前輸送時，由超臨界流體本身的擴散作用和螺桿的剪切混合作用，使超臨界流體溶于塑料熔體中形成單相溶液，這種單相溶液的黏度比純熔融塑料的低很多。為避免單相溶液在機筒中提前發(fā)泡，必須保證機筒中的單相溶液在整個成型過程中都維持在一定的壓力（超臨界流體的臨界壓力）之上。只有單相溶液才能發(fā)生均勻的成核作用，在熔體內形成大量的氣泡核，在注射階段，由螺桿把單相溶液注入型腔，由于壓力驟降，氣泡開始成核并逐漸長大，直到熔體完全充滿型腔，再經由模具冷卻，最后開模頂出制品。整個成型過程中各個加工參數都是相互依賴的，微孔注塑的注射速度要比普通注塑快，提高注射速度有利于得到更高的氣泡核密度，進而得到較佳的泡孔結構，提高制品的力學性能。
開發(fā)微孔發(fā)泡注塑成型工藝的技術難度比較大，因為和常規(guī)泡沫塑料相比，微孔塑料泡孔的尺寸要小得多，要想得到良好的微孔塑料制品，必須要保證對進入機筒熔體中的超臨界流體精確計量，要求塑料熔體必須充分混合、均化、分散，形成均相混合體，保證熔體中的成核點必須多于109個/cm3、及時控制成核氣泡的膨脹等等。這對設備本身及注塑工藝參數的要求都非常之高，需要采用一套帶計量控制裝置的氣體輸入設備。采用該技術的特點是：制品重量大約可減少50％左右，注射壓力大約可降低30-50％，鎖模力可降低20％左右，循環(huán)周期可減少10-15％等。
據報道，國外一些注塑機生產商已成功開發(fā)出微孔塑料注塑機，目前還有一些公司正在加緊發(fā)展自己的微孔塑料注射成型設備。而國內目前的發(fā)展情況為在微孔塑料的理論研究上取得了一定進展，并已在實驗室制備出多種型號的微孔塑料，但離微孔塑料的產業(yè)化還有一段很長的距離要走，目前國內還未有微孔塑料注射成型設備的相關產品。
聚氨酯發(fā)泡塑料由于有氣泡的存在，因此具有質輕、省料、能吸收沖擊載荷、隔熱及隔音性能良好、比強度高等特性，特別是可以節(jié)省材料、減小能耗、降低成本方面，使得可以大力推廣應用。微孔發(fā)泡塑料除了具有上述一般泡沫塑料的優(yōu)點外，還有更加優(yōu)良的力學性能。因此，泡沫塑料的應用范圍十分廣泛，特別是在制作汽車、飛機和各種運輸器材等領域有特殊的應用價值。可以預計，注塑發(fā)泡尤其是微孔注塑發(fā)泡將是聚氨酯塑料加工機械及制品加工的一個熱點。
