聚氨酯彈性體工藝流程
一、 聚氨酯彈性體的概述
二、 聚氨酯彈性體的主要原料
三、 聚氨酯彈性體主要生產裝置
四、 模具的加工
五、 聚氨酯彈性體生產工藝流程
六、 生產過程中注意事項
一、 聚氨酯彈性體的概述
所謂彈性體是指玻璃化溫度低於室溫，扯斷伸長率＞50%，外力撤出後復原性比較好的高分子材料，而玻璃化溫度高於室溫的高分子材料稱為塑料。在彈性體中，其扯斷伸長率較大（＞200%）、100%定伸應力較小（如＜30mpa）、彈性較好的可稱為橡膠。所以彈性體是比橡膠更為廣泛的一類高分子材料。
聚氨酯彈性體，又稱聚氨酯橡膠，是一類在分子鏈中含有較多的氨基甲酸酯（-nhcoo-）特性基團的彈性聚合物材料。它們通常由多異氰酸酯和低聚物多元醇以及多元醇或芳香族兒二胺等製備。
聚氨酯彈性體是彈性體中比較特殊的一大類，其原材料品種繁多，配方各種各樣，可調範圍很大。聚氨酯彈性體硬度範圍很寬，低至紹爾a10以下的低模量橡膠，高至紹爾d85的高抗衝擊橡膠彈性材料。所以聚氨酯彈性體的效能範圍很寬，是介於從橡膠到塑料的一類高分子材料。
二、聚氨酯彈性體主要原材料
聚氨酯彈性體用的原料主要是三大類，即低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴鏈劑（交聯劑）。除此之外，有時為了提高反應速度，改善加工效能及製品效能，還需加入某些配合劑。下面只對生產的聚氨酯鞍座所用原材料進行具體描述。
反應過程：多元醇與二異氰酸酯反應，製成低分子量的預聚體；經擴鏈反應，生成高分子量聚合物；然後新增適當的交聯劑，生成聚氨酯彈性體。其工藝流程如下：
2.1 低聚物多元醇
聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度較低，通常為2或2~3.相對分子質量為400~6000，但常用的為1000~2000.主要品類有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚ε-己內酯二醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇等。
它們在合成聚氨酯樹脂中起著非常重要的作用。一般可通過改變多元醇化合物的種類、分子量、官能度與分子結構等調節聚氨酯的物理化學效能。
2.1.1聚酯多元醇
聚酯多元醇簡稱聚酯，是聚氨酯彈性體最重要的原料之一。它是由二元羧酸和多元醇縮聚而成，最常用的二元羧酸是己二酸，最常用的多元醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇。此外，一些特殊聚酯還用戊二醇、乙二醇、三羥甲基丙烷、甘油等多元醇。
由於可用的多元醇品種多，所以聚酯的分子結構多種多樣，品種牌號也較多。為了得到端羥基聚酯，必須用過量的多元醇與二元羧酸反應一般採用間歇法生產聚酯。其反應過程分為酯化反應和酯交換反應兩個階段。
生產裝置大同小異，一般工藝流程，主要裝置包括縮合釜、分餾冷凝器、冷凝器、計量罐、真空系統、加熱冷卻系統和控制系統。整個系統的氣密性要求十分嚴格。縮合釜攪拌軸可採用端麵機械密封。
加料順序先加多元醇和配合劑，後加已二酸，然後充氮。酯化反應從加熱公升溫開始到220~250℃後約1h基本完成。此階段主要是常壓脫水過程，生成低分子聚酯和縮合水。
當公升溫到135℃左右時酯化反應最激烈，生成大量縮合水。由於縮合水的蒸發會發生大量氣泡上公升，用1，4-丁二醇和1，6-乙二醇為原料時氣泡尤為激烈。此時應及時調節加熱功率，控制冷凝器出水速度，防止大量水蒸氣將大量分子多元醇帶出分餾冷凝器。
激烈反應過後，維持適宜的出水速度，逐漸將反應溫度公升到220~250℃.當酸值降至30mgkoh/g左右或出水量約等於理論水量時，由於混合物中的羥酸很少，酯化難以繼續進行，出水基本停止，酯化反應階段基本結束。
本次聚氨酯鞍座中所選用的低聚物多元醇為聚酯多元醇，牌號為odx-218,分子量2000。
2.2 多異氰酸酯
多異氰酸酯品種也不少，但產量最大的只有兩種，即二苯基甲烷二異氰酸酯（mdi）及其聚合物多苯基多亞甲基多異氰酸酯（papi）和甲苯二異氰酸酯（tdi）。多異氰酸酯我們採用德國拜耳的tdi-100。
tdi是以甲苯為基本原料，用硝酸和硫酸的混合物進行硝化生成二硝基甲苯，然後溶於甲醇中，在雷尼催化劑和15~20mpa的氫氣壓下進行加氫還原成甲苯二胺（tda），在經光氣化制得的。
甲苯硝化的第一階段生成鄰位、對位、間位三種硝基甲苯異構體混合物，且其含量分別為55%~60%、35%~40%和2%~5%。異構體的含量幾乎不受反應條件的影響。將上述單硝基甲苯混合物進行不硝化生成2,4-二硝基甲苯和2,6二硝基甲苯，其比例為80/20，再經還原和光化制得80/20tdi(t-80)。
如單硝基甲苯混合物現經結晶分離出純的鄰位和對位單硝基苯，再分別進行第二次硝化和還原，光化，可製得65/35tdi(t-65)和純2,4-tdi（t-100）。生產過程見下圖：
化學反應方程式：
異氰酸酯的反應是有有機酸酯與氰酸鉀而得：
r2so4+kcno→2rnco+k2so4
tdi產品中t-80佔絕大部分，主要用於軟質泡沫塑料，約佔軟質泡沫塑料產量的31.5%，其次是聚氨酯塗料、膠粘劑和彈性體，t-100產量主要是用於生產聚氨酯預聚體及聚氨酯彈性體。t-65基本上不生產了被t-80代替。
2.3 擴鏈劑與交聯劑
擴鏈劑與交聯劑是具有不同化學作用的助劑，在聚氨酯彈性體的合成中，擴鏈劑參與化學反應，是聚合物分子增長、延伸；交聯劑參加化學反應，不僅使聚合物分子增長、延伸，同時還能在聚合物鏈中產生支化，產生一定的網狀結構，進行交聯反應，一般擴鏈劑多為二元醇或二元胺類化合物。二元以上醇類和胺類化合物則具有擴鏈和交聯的雙重功能。
聚氨酯彈性體製備中所需的擴鏈劑和交聯劑都有一定的要求，特別要求含水量低於0.1%，若達不到該指標都要進行處理。
一般使用的二元胺類擴鏈劑都是芳香族的，最常用的是3，3』-二氯-4，4』-二苯基甲烷二胺（商品名為moca）。
moca是聚氨酯彈性體的擴鏈劑和交聯劑，特別是對於澆注型聚氨酯彈性體一般都用它，在moca的結構中氨基鄰位苯環上的氯原子取代基，使氨基電子雲密度增加，降低了氨基與異氰酸酯的反應速率，從而延長了釜中壽命，這對於澆注聚氨酯彈性體製品是極其重要的。
我們加工澆注製品時，通常將moca的用量控制在理論用量的90%上下，其目的就是要使加工的製品具有相當的交聯密度，以改善製品的壓縮永久變形和耐溶脹等效能。
本次聚氨酯彈性體所選用的moca是蘇州湘原ⅱ型moca.
2.4 其他助劑
助劑是橡膠工業的重要原料，用量雖小，作用卻甚大，聚氨酯彈性體從合成到加工應用都離不開助劑。聚氨酯彈性體助劑種類很多，可根據製品的不同要求適量加入。下面簡單描述聚氨酯鞍座所用到的主要助劑。
2.4.1脫模劑
它是生產聚氨酯彈性體製品時離不開的操作助劑。聚氨酯是強極性高分子材料，它與金屬和極性高分子材料的粘結力很強，不用脫模劑，製品很難從模具中脫出。
常用的脫模劑共有四種：
第一類是矽橡膠、矽酯，用甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、汽油等溶劑溶配成溶液，塗擦或噴塗在模具中。矽油也可做脫模劑，不過在熱壓硫化時不夠理想。
第二類是水做溶劑的新產品。
第三類是常壓下用的脫模劑，像液體石蠟、真空幫浦油、凡士林等。
第四類脫模機就是內脫模劑。
2.4.2著色劑
聚氨酯彈性體製品五顏六色，美觀大方的外觀靠的是著色劑。著色劑有兩種，有機染料和無機顏料，有機染料大部分用於熱塑性聚氨酯製品中，裝飾美化注射件和擠出件。彈性體製品的著色一般有兩種方式：
一種是將顏料等助劑和低聚物多元醇研磨成色漿母液，然後將適量的色漿母液與低聚物多元醇攪拌混合均勻，再經加熱真空脫水後與異氰酸酯組分反應生產製品，如熱塑性聚氨酯色粒料和彩色鋪裝材；另一種方法是將顏料等助劑和低聚物多元醇或增塑劑等研磨成色漿或色膏，經加熱真空脫水，封裝備用。使用時，將少許色漿加入預聚物中，攪拌均勻後再與擴鏈交聯劑反應澆注成製品。此法主要用於moca硫化體系，色漿中顏料含量約佔10% -30%，製品中色漿的新增量一般在0.
1%以下。
三、聚氨酯彈性體主要生產裝置
澆注型彈性體製品具有承載能力大，抗撕裂強度高，耐磨、耐油和硬度可調節範圍廣的特點。根據不用的原材料和工藝條件，設計製造適於聚氨酯彈性體的生產裝置。
3.1反應釜
3.1.1 用途用於聚酯（聚醚）多元醇脫水和預聚體聚合、脫泡，是聚氨酯橡膠生成的重要裝置之一。反應釜型號規格為2.5t,數量2臺。
3.1.2 操作方法反應釜結構一般採用不鏽鋼內膽，附加熱夾套及外包聚氨酯硬泡絕熱層的三層結構反應釜，附有攪拌、電加熱油迴圈及控溫系統，真空緩衝罐及真空幫浦系統。
反應釜上有進料、出料、觀察、測溫及真空、安全放空及抽真空等工藝管孔，其容積由要求的產量而定。常用容積有80l、120l、200l等。
3.2彈性體澆注機
3.2.1用途可用於tdi、mdi等預聚體的胺交聯或醇交聯體系的cpu製品生產，與人工澆注相比，澆注機澆注質量穩定，生成效率高。彈性體澆注機型號為cpu20f(兩組份系列)，數量5臺
3.2.2操作方法預聚體和擴鏈劑的混合方式可分為手工和機械兩種。
在批量較小時，多採用手工、間歇式混合，所用容器根據預聚體數量選擇，混合時必須根據預聚體、擴鏈劑的品種，活性基團含量及溫度，考慮反應放熱的激烈程度、釜中壽命以及製品所需要的數量等因素，酌情確定預聚體的加入量。這是因為預聚體和擴鏈劑反應為放熱反應，在它們混合時會放出大量的熱，加速反應時系統黏度急劇上公升，原料數量越多，反應讓熱越激烈，黏度上公升越快，物料上公升越困難。因此，在使用手工混合數量較大的預聚體和擴鏈劑時，常會出現混合膠料倒不出來的現象，有時雖然勉強倒入模腔，但因物料區域性過熱，也會對製品效能及其均一性造成一定影響。
因為上述原因，對大量的教主聚氨酯生產均採用機械連續混合方式，進行預聚體和擴鏈劑的連續混合、連續澆注操作。典型的機械混合裝置即澆注機。
3.3真空幫浦
3.1 用途用於對所製得的聚氨酯預聚體真空脫氣泡。真空幫浦型號為x-15，數量3臺。
3.2 操作方法預聚體進行公升溫加熱後，對其抽真空脫氣泡，只有充分混合後盡量將預聚體中的氣泡抽出，制得的產品才能夠達到預期的物理和化學效能，制得的產品才能夠合格。
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