1 概述

近幾十年來，在生產和生活的各個領域，硬質聚氨酯泡沫的 產量年增長速度十分迅猛。有大量的氣體、液體需要保溫、保冷 的條件下運輸、儲存和輸送。對于這些容器、設備、管線的保溫、 保冷，傳統的保溫、保冷材料，如石棉、礦渣棉、珍珠巖、鋸末、瀝 青、玻璃纖維等，都存在許多缺點，這些保溫材料施工程序復雜， 操作不便，有些材料對施工人員的健康還有較大危害。另外，這 些保溫材料的熱導率較高，絕熱效果差，能量損耗嚴重，使用壽命 較短。相比之下，聚氨酯硬質泡沫熱導率最低，并能很好地摒棄 傳統保溫材料的缺點，尤其在材料絕熱性能方面是其他保溫材料 無法與之相比的。其主要應用于建筑和集中供熱行業，其次用于 冰箱冰柜等制冷設備以及運輸業的絕熱保溫材料。 

隨著硬質聚氨酯泡沫生產的逐漸成熟，市場供應的擴大，研 究工作不斷深入，新品種、新工藝研發、新設備的改進，使硬質聚 氨酯泡沫塑料得到了全面發展。在硬質聚氨酯泡沫制品的制備 工藝技術方面，提出更高要求。普遍采用大型發泡設備，進行大 規模化、連續化、自動化、系列化提高勞動生產率，降低成本，減少 原料單耗，采用計算機控制物料溫度、流量、流速等各種參數來調 整制得更優質的聚氨酯泡沫。

2 硬質聚氨酯泡沫的優點 

1) 絕熱效果好。使用聚氨酯硬泡和聚異氰尿酸脂硬泡，不僅 保溫層薄而輕，而且絕熱效果優異。 

2) 聚氨酯硬泡和聚異氰尿酸脂硬泡具有很高的閉孔率，并能 生產密實的外表皮層，不易滲水，防水效果好。

3) 熱穩定性能好，工作溫度范圍廣。新型聚氨酯硬泡和聚異 氰尿酸脂硬泡保溫層可以在 150 ℃ 工況條件下長期工作，服務期 可達 25 年之久。

4) 耐化學性能好，不僅耐熱保溫，而且具有較好的防腐功能。

5) 可以在工廠中進行大規模機械化生產，效率高，質量好; 施 工簡單方便，對施工人員的健康無損傷、安全、可靠。

3 硬質聚氨酯發泡工藝與成型 

硬質聚氨酯泡沫塑料發泡分三種: 預聚體法、半預聚體法、一 步法。

1) 預聚體法: 通常是把等份的聚醚和異氰酸酯混合反應生成 低分子聚合物預聚體，然后，將水和預聚體在攪拌下反應生成脲 基，形成高聚物。由于在反應中生成二氧化碳，形成鏈增長發泡 生成泡沫塑料。

2) 半預聚體法制預聚體: 是把一部分聚醚和過量異氰酸酯混 合反應，生成由一定粘度的低分子量聚合物，將多余部分的聚醚與水、催化劑和表面活性劑高速攪拌混合均勻后形成的硬質或半 硬質泡沫塑料。

3) 一步法: 是把聚醚、異氰酸酯及其他組分同時全部混合而 制得泡沫塑料。一步法制造工藝簡單易操作，不經加工可直接使 用，能在室溫下進行，各原料相互間的混溶性好發泡后的制品性 能優良。 

硬質聚氨酯泡沫塑料的發泡工藝通常在發泡設備中將聚醚 或聚合多元醇、異氰酸酯、水、催化劑、表面活性劑等按比例配方 混合制成液體原料，具有一定粘度，在高速攪拌混合后反應，分別 由計量泵按比例在混合室內高速混合，噴射到模具制備中，在一 定溫度下固化后形成聚氨酯泡沫塑料。現在工業制造中多用一 步法來制得不同支鏈類型的預聚體。

硬質聚氨酯泡沫塑料最簡單的發泡成型方法是手工發泡法， 原料按比例置于一容器中，高速攪拌混合均勻，注入充填泡沫塑 料的空間中，待化學反應固化完形成聚氨酯泡沫，其原料利用率 低，適用于在實驗室中的科研、現場臨時施工。然而在大批量生 產中則采用機械發泡，有: 塊狀發泡連續成型、澆筑發泡、噴涂發 泡等工藝。最通用的成型方法是澆筑發泡、噴涂發泡、連續成型 發泡。不同發泡工藝制得的泡沫性能也大不同，形狀、外觀等也 不同。

4 硬質聚氨酯發泡成型的影響

1) 原料: 聚醚和聚酯都作為發泡成型的組分。聚醚多元醇與 異氰酸酯的比例不同，可制得軟質泡沫、半硬質泡沫、硬質泡沫。原料溫度的高低直接影響計量配比的精準性，同時影響物料粘度 大小。一旦粘度變化，導致計量泵的輸出精度發生變化，嚴重影 響制品的質量。聚醚多元醇組分偏大，所得泡沫塑料軟，高溫下 尺寸穩定性差; 異氰酸酯組分偏高，泡沫塑料硬而脆。

2) 溫度: 發泡成型過程中，料溫和環境溫度的高低直接影響 泡沫塑料制品的質量。而長期儲存和溫度變化對異氰酸酯也很 不利。異氰酸酯中二聚物的存在，使異氰酸酯變化得渾濁不清， 也干擾正常反應。在生產中，溫度低，發泡反應緩慢，泡沫固化時 間長; 溫度高，則發泡反應快，泡沫固化時間短。

3) 注射溫度、速度和壓力: 在注模之前，要進行高壓循環，以 致物料溫度因高壓運動，使溫度上升，所以注料溫度與原料貯藏 溫度是不同的。它取決于循環時間與壓力，注料速度對原料的混 合產生較大影響。一般注料速度快和沖壓高，可制得優質泡沫 制品。

4) 模具溫度: 是發泡成型的關鍵因素，可直接影響泡沫的乳 白、拉絲、不粘、固化速度，因此必須嚴格控制。發泡成型是一個 化學反應放熱過程，放出的熱量使發泡劑汽化，在聚氨酯填充空腔中翻滾擠壓而形成含有不規則大小泡孔的泡沫。模溫是較重要 的工藝參數，不僅影響反應熱移走的速度，還影響成型時長，對密 度、表層厚度及尺寸穩定性都會產生不良影響。發泡成型過程中 發泡劑反應放熱，形成聚合物在填充空腔中互相推擠、翻滾、爬升 與模具表面接觸，泡孔破裂經擠壓塌泡形成密實層。模具溫度 高，則形成極薄的表層，不能滿足上色要求，制件表面易產生劣 跡; 溫度低，則發泡倍率小，結皮過厚，將降低熱傳導率。

5) 固化時間: 泡沫塑料固化后，在一定溫度下放置的過程，目 的是讓發泡反應進行完全，得到良好的制品。在注入模具內時， 應把發泡料和模具加熱，完成發泡反應后存放于較高溫度的環境 中。溫度越高，固化時間越短。溫度低，固化時間長，熟化不充 分，泡沫塑料強度達不到應有的要求。原料品種與制件形狀尺寸 不同，所需固化時間與溫度也不同。 

6) 混合: 發泡成型時，混合效率是一個很關鍵因素。根據原 料的特性，調整發泡設備的計量比例、料溫達到充分混合的目的。混合均勻，泡沫塑料泡孔細而均勻; 混合不好，泡孔粗而不均勻，甚 至在局部范圍內出現化學反應不充分現象，大大影響制品質量。 

7) 模具發泡成型時，由于聚醚和異氰酸酯反應生成二氧化碳氣體，聚合物膨脹產生一定內壓力。模具制約著泡沫形態的發 展，應有足夠的強度和內表面光滑度，以便保證泡沫全部填充滿， 不會在發泡后期造成泡沫開裂和中空，使泡沫在模具中分布均 勻、密實。還應在合理的位置開設注料口、排氣口，可以合理避免 局部大泡孔和收縮的出現。

5 結語 

在不同行業領域中硬質聚氨酯泡沫產業得到了迅速發展。對硬質聚氨酯泡沫品質要求越來越高，因此針對不同原料，通過 改變配方、提高發泡設備精準度及發泡成型工藝來制備各種不同 密度、不同性能，滿足不同應用的硬質聚氨酯泡沫塑料制品。