块状硬质泡沫塑料是指尺寸较大的泡沫块,截面积大多接近矩形,用于切割制作一定形状的制品.所以,块状硬泡是一种坯料.生产方法分为间歇与连续两种类型. 硬质块状泡沫的制造必须符合下列要求: 泡沫块体尺寸要大;泡沫断面应为正方形或矩形,以尽量减少切割损失量;模具的数量要少,这就要求熟化时间要短;块状泡沫各部位的密度变化应尽可能地小.
间歇法生产块状硬泡过程大致是这样的:多元醇,发泡剂,催化剂等原料精确计量后置于一容器中预混和均匀,最后加入异氰酸酯立即充分混合.反应物料在达到乳白时间前注入模具,经化学反应并发泡后得到硬质泡沫塑料.在实验室,少量的低活性混合物可以用简单的可分散搅拌器手工混合.但当物料多于500g时,最好用机械搅拌器混合.从设备供应商那里可以得到许多设计合理的螺旋或涡轮式搅拌器.它的选择取决于发泡反应混合物的多少和粘度.
在间歇法生产块状泡沫中一般使用搅拌式混合.物料必须搅拌均匀才能注入模具,模具顶上常装有浮动盖板.浮动盖板的重量要合适,刚好能限制泡沫向上顶起就足够了.该工艺仅须人工投资,特别适用在配方经常改动或原料粘度比较大或原料体系需要加入填料的情况下的批量生产操作,原料中允许加入一定量的固体粉料或糊状物.这种简单块料工艺能提供
每小时每模大约两块泡沫.而每块泡沫必须在泡沫上升终了以后至少需留在模具中10～15min,以防止泡沫的强度不足而损坏.并且若过早脱模,泡沫会变形.通常还要保证3%～5℅过填充量.与自由发泡相比,这通常足以得到平顶的块料和更加均一的,各向异性不明显的泡沫.该法优点是投资少,灵活性大.缺点是原料损耗大,留在混合容器内的原料无法回收;劳动生产率低,劳动力费用高;手工操作化学原料,有一定潜在不安全因素.图5-1表示其生产过程.
(1)带铰链的模具,内涂蜡脱模剂或衬以聚乙烯薄膜;(2)浇入泡沫原料;
(3)泡沫正在浮动盖板下上升;(4)泡沫充满模具,浮动盖板在上,泡沫呈矩形
间歇法浮动盖板式块状硬泡制法
要克服上述缺点得用发泡机混合与浇注物料.高,低压发泡机均可.反应物料要充分混合,同样在达到乳白时间前浇入模具中.经过大约十分钟(根据反应装置而定)固化后打开模具,取出泡沫块.通常,块状泡沫熟化一周后再进行切割.机械发泡,反应物料乳白时间远比批量搅拌式混合为短.因此,生产大块泡沫塑料,若采用高反应性原料体系,应选用大82—输出量发泡机.例如,若要生产密度为30kg/m3硬质泡沫塑料,模具尺寸为2m×1m×1m,需约66kg泡沫原料.若这些原料要在20s内注入模具,发泡机浇注量必须达到200kg/min.由此可见,要求的输出量是很可观的. 较小输出量的发泡机同样能生产块状泡沫塑料,如图5-2所示,可用一移动分配管将反应液注入模具.模具略倾斜.如用这种改进方法生产截面积为1m×0.5m,长达数米的泡沫塑料,机器输出量约50kg/min即可.此方法适用于聚氨酯及聚异氰脲酸酯硬泡,后者发泡过程乳白时间较短.泡沫塑料密度在30～200kg/m3范围可调节.
块状硬质泡沫塑料生产工艺
连续法生产块状硬泡是最经济的加工方式.这种方法类似于软质块状泡沫的生产,所用发泡机,其原理和外观也与生产软泡的机器相似.原料经计量,混合均匀后连续注入由纸或聚乙烯膜围成的料槽内发泡.料槽安放在运输带上并不断向前移动.大部分连续生产硬泡块料设备的运输系统,侧壁在垂直方向上可向上移动.侧壁运输带与水平方向移动的运输带同步协调地驱动.有的设备侧壁是固定的,但其面层紧紧按在垂直辊轮上,以减少泡沫上升的阻力.顶端受顶部运输带限制,泡沫只能上升到设备调节的高度,以形成平顶泡沫.一种改进型被称作planibloc平顶发泡装置(如图5-3)也适用于块状硬泡.要生产高质量块状硬泡,原料体系乳白时间宜短,上升时间应可调节,不粘时间也宜短.乳白时间与不粘时间短的原料体系,有利点在于:生产的硬泡,泡孔细而均匀,性能较好;发泡设备的运输带长度短;固化快的泡沫塑料,可较早地切割成一定长度.
2、块状聚氨酯硬泡的加工技术
连续加工适用于大批量生产建筑用板材,而间歇加工方式则用于小批量生产各种尺寸以及复杂结构的板材.可以使用下列制造方法.
1.切割法
通过锯或削——木材加工所用方法在这里也适用——从块状泡沫上切取所需尺码的泡沫块,然后包覆所需的表面层,如木板,塑料板,粒子板,玻璃纤维增强塑料板.以聚氨酯,不饱和聚酯,环氧树酯,聚醋酸乙烯酯,氯丁橡胶等为基的粘合剂为宜,根据所用粘合剂的类型,固化时需适当加压或加热.在确认所选用溶剂不会损害泡沫体和层压材料之后,可以使用含溶剂的粘合剂.由玻璃纤维增强塑料组成的表面层,也可以层压到泡沫层上.凡适用于玻璃纤维增强塑料的其它工艺方法,如人工贴合,喷涂和真空成型法,在此都适用.但务必注意用快速固化来限制苯乙烯对泡沫的影响. 该法的优点是:泡沫的生产很简单;层压材料的设计及其几何形状易于改变,可以经济地制作较小的零件.该法的缺点是:切割块料时有废料;由于要粘合,增加了附加工序.
2.泡沫填充法
将反应混合物倒入要填充的空腔里,在其反应要固化时,泡沫体便粘到表面层上.在有些应用中,必须采用特殊的施工步骤,才能确保泡沫对表面层的良好粘着,金属片材必须涂敷能增加粘着强度和抗腐蚀的底层材料.如果面对泡沫的那一侧有玻璃纤维露出表面,则人工压制的玻璃纤维增强塑料就可得到特别好的粘着性能.机械生产的玻璃纤维增强塑料则必
须打毛或涂粘合剂.粒子板,石膏板和石棉水泥板,只要干燥表面无尘,就能和泡沫粘牢.
有两种现场发泡制造板材的方法——分层浇注料法和注射法.
用分层浇注料发泡法时,将反应混合物浇注到立式模具开口端的各个表面层之间.混合物的用量必须称量,以使每层的厚度不超过20～25cm.如果每层的厚度大于这个数值,则泡沫的强度和尺寸稳定性就会受到不利的影响.注料的时间间隔至少应有2min,以使底层有机会固化.需注意,第一层的厚度稍有不均匀就会影响下一层的表面平整性.这个方法的优点是产生的泡沫压力很小,因此不需要昂贵的模具.由于反应混合物是分几次浇注到模具内的,因而可以使用小而经济的发泡机.也可以制得比较低的泡沫密度(大约38 kg/m3 ).其不足之处是相邻两层之间生成的表皮层会引起泡沫密度不均.由于需要等待前一层基本固化才能浇注下一层,因此加工速度较慢.
当采用注射法时,表面层和棱层都放入模具内,对反应混合物必须进行精确计量以保证充满模腔.还要考虑到所要覆盖的流动距离.对于较长的制件,为了缩短泡沫必须流动的距离,建议浇注期间混合头在制件上方通过.也可以把制件分成几段,然后分段发泡. 模具和夹具的强度必须足以承受泡沫压力.这主要根据"填充系数"来确定.
3.填料
在反应混合物中掺用细的或极细的填料就需要用高耐磨的泵.目前,在硬泡领域里值得一提的只有生产过程中混合的糊状阻燃剂.当使用大筛孔的颗粒材料——粗粒填料,如粒度在10～30mm之间的多孔粘土,泡沫玻璃和多孔石粉时,模腔应在制件发泡之前就先填满.通过每隔80～100cm插入一根10mm直径的塑料管加入反应混合物.泡沫在包住颗粒填料时,会遇到很高的流动阻力,从而大大地提高了泡沫密度.经验证明,所需要的反应混合物料量同无粒状填料而使泡沫制件的密度达到60 kg/m3时一样多.模具应设计得能承受(0.8～1.2)×105 Pa的压力.这类制件用作罩面材料和预制的民用建筑构件(聚氨酯轻质混凝土).