反应注射成型(RIM)聚氨酯特性与应用
聚氨酯化学与工艺反应注射成型(RIM)聚氨酯.pptx
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一寸光阴不可轻
目前聚氨酯RIM一般指两类材料，一类为密度较高从800到 1200千克每立方米以上的外皮密实、内芯气泡较少或基本无泡孔的聚 氨酯材料；另一类是密度在200千克每立方米以上的软质或硬质自结 皮聚氨酯泡沫塑料。
6.1 反应注射成型简介
反应注射成型又称反应注塑模制RIM(Reaction Injection Moulding)，是由分子量不大的齐聚物以液态形式进行计量，瞬间混 合的同时注入模具，而在模腔中迅速反应，材料分子量急骤增加，以 极快的速度生成含有新的特性基团结构的全新聚合物的工艺。
它是集液体输送、计量、冲击混合、快速反应和成型 同时进行为特征的、一步完成的全新加工新工艺，其加工简单、 快捷。
RIM加工技术的优点包括以下几点： ⑴RIM加工技术能量消耗低。它与传统热塑型合成材料加工成
型相比，由于加工时物料为低粘度液体状态，注模压力较低。
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一寸光阴不可轻
反应放热量大，模温较低，模具的夹持力较少，因此，其设 备和加工费用相对较低。尤其对大型制品的生产尤为突出。
(2)模具强度要求较低。物料呈液体状态注入模具，模腔内压较低， 模具承压能力较传统塑料成型模要低得多。
(3) 所用原料体系比较广泛。该项新工艺除了适用于聚氨酯、聚脲 材料的生产，同时还可以用于环氧树脂、尼龙、双环戊二烯、聚 酯等材料的加工成型。
(4)与传统塑料加工成型法相比，RIM工艺对制备大型制品、形状复杂制 品、薄壁制品更为有利，产品表面质量好，花纹图案清晰，重现性好。
(5)该工艺加工勿需普通塑料热塑成型所需的昂贵的热流道体系，设备费 仅为热塑型结构泡沫塑料成型设备的1/2～1/3，且生产出的制品无成 型应力、成型周期短、生产效率高，尤其对于大批量、大尺寸制品的 生产，生产成本的降低更为明显。
[工学]反应注射成型技术在聚氨酯材料合成中的研究与应用
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反应注射成型技术在聚氨酯材料合成中的研究与应用摘要：主要介绍反应型注射技术，以及在聚氨酯合成中的研究与应用，并对几种不同的类型的RIM-PU注射成型技术进行介绍关键词：反应型注射聚氨酯自增强1. 前言：反应注射成型，简称RIM( Reaction Injection Molding)，是将两种或两种以上具有反应性的液体组分在一定温度下注入模具型腔内，在其中直接生成聚合物的成型技术。
即将聚合与成型加工一体化，或者说，直接从单体得到制品的“ 一步法注射技术”。
和传统的热塑性注射成型 (TIM)不同，RIM是单体在模具中聚合而形成固体聚合物，而TIM是聚合物在模具中冷却才成型。
其它反应成型加工方法，如单体浇铸成型、热固性塑料的注射成型，虽然也是在形成部件的形状后完成聚合反应。
而在RIM中，单体和模具的温度没有很大的不同，而是靠基体激烈撞击混合来活化反应。
和各种聚合物加工方法相比RIM制品最节能，RIM 是目前聚合物加工领域中引人注目的新方向。
RIM技术可用于聚氨酯、硅橡胶、环氧树脂和尼龙的成型加工。
RIM聚氨酯发展尤为迅速，现已用于制造汽车内饰件、机器外壳和家具等。
汽车行业为了获得高模量的聚氨酯制品，又发展了增强反应注射成型(RRIM)。
聚氨酯(PU) 反应注射成型(RIM) 近年来发展十分迅速，其主要原料有 A料和B料。
A料通常为低分子量聚酯或聚醚，有时也加入其他添加剂。
B料为各种异氰酸酯，目前国内外常用二苯甲烷二异氰酸酯(MDI )或液化改性MDI (L—MDI)。
反应注射成型聚氨醋( RIM—PU) 是70年代初聚合物加工领域中研制开发的一门新型交叉成型技术，它是由低粘度高活性的异氰酸酯和多元醇经高压碰撞混合，通过化学、物理等变化而成型的。
它具有成型温度和压力低、能耗少、材料性能优良等优点，近年来发展和应用极为迅速。
2. RIM在聚氨酯方面的发展聚氨酯RIM聚氨酯制品(RIM—PUR) 是世界上开发最早且首先达到实用化的品种：通过配方的调整．利用RIM可生产出不同密度的软、硬制品，由低密度的发泡材料到高密度的结构泡沫材料，低或高模量的弹性体等。
反应注射成型技术概述 1.
纤维增强材料：RRIM使用的主要有玻璃纤维、碳纤维、 尼龙纤维及不锈钢纤维等，其中用量最大的是玻璃纤维。
RRIM制品具有高模量、耐热性能好、线膨胀系数小等特 点，可替代钢材制作汽车车体和各种结构部件。
应用拓展：不再局限于聚氨酯体系，已广泛应用于不饱和 聚酯、环有机硅树脂和互穿聚合物网络等多种材料； 将RIM工艺用于橡胶与金属成型已成为高分子材料加工领域 的研究热点。
一、反应注射成型的原理及特点
一、反应注射成型的原理及特点
反应注射成型（RIM）：最早是德国在20世纪50年代开 发的聚氨酯材料成型工艺，后由美国汽车行业进行实用化研 究，成功用于聚氨酯汽车保险杠制造。
RIM成型原理：将具有高化学活性、相对分子质量低的双 组分材料（如异氰酸酯和多元醇）混合后，在常温低压下注 入模具内，完成聚合、交联和固化等化学反应并固化成制品。
5）可生产厚壁制品，且壁厚与加强筋之比可达1：0.8， 此值高于其它成型工艺。
6）RIM工艺过程具有物料混合效率高、流动性好、原料 配制灵活、生产周期短的特点。
7）具有设备投资及生产成本低、制件外表美观，耐冲击 性好，设计灵活性大等优点，特别适用于汽车覆盖件等大 型塑件的成型加工。
RIM与其它塑料成型技术比较，具有以下特点：
1）RIM是能耗最低的工艺之一。因液态原料所需注射压 力和锁模力仅为普通注射成型的1/100~1/40，耗能少。
2）RIM模腔压力小，约为0.3~1.0MPa，设备和模具所需 的投资少。
3）RIM所用体系多种多样，如聚氨酯、聚脲、尼龙、双 环戊二烯等。
4）易于成型薄壁大型制件，且具有很好的涂饰性；液态 物料对模具表面的花纹、图案具有很好的再现性。
早期应用：聚氨酯弹性体和聚氨酯泡沫塑料，用于大型厚 壁制品生产。
RIM是种非常灵活的塑料成型工艺
RIM是种非常灵活的塑料成型工艺，尤其适用于以下情况：•零件面积大于0.22 m2•零件质量超过1 kg•同时存在厚壁和薄壁•零件表面有很高的外观或结构要求•零件要求有很高的硬度且要有很好的抗冲击性初识RIMRIM全称是Reaction Injection Molding，中文是反应注射。
它可以：•降低您的模具成本•设计更加自由•更高的比强度•改善或减少二次加工•没有缩痕•更轻巧•广泛的物理特性除了高强度，低重量，在物理性能方面，它强度高，重量低，耐热，绝热，尺寸稳定，并且抗冲击性良好。
在化学性能方面，它耐腐蚀，耐候性良好。
比起热塑性塑料的注塑成型，反应注射成型温度低，注射压力小，消耗的能量要少，而且使用的设备和场地也少，因而更加经济。
比起其它的热固性塑料成型，反应注射的自动化程化程度更高。
RIM的原理反应注射成型的材料一般为聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂和环氧树脂，目前应用最多的是聚氨酯树脂。
将两种反应原材料(聚氨酯组分和树脂混合物）分别放入有搅拌器可控温度的进料罐中，通过精确计量，在高压下进入混合头。
注射开始时，混合头的阀门打开，反应物在一定压力下进入混合头的混合室，高速激烈碰撞，然后在接近大气压的压力下流入模具，经放热化学反应，在模具中形成聚氨酯聚合体。
注射和成型周期决定于零件的大小以及所用的聚氨酯体系。
.可以生产大尺寸零件成型零件的大小取决于聚氨酯组分的反应固化速度以及反应注射机的注射流量。
聚氨酯组分有着很好的流动性，即使很大零件也容易充模。
2. 制品镶嵌件工艺简便先将镶嵌件放入模具中，成型过程中就完成了嵌入件的封装。
钢或铝合金的结构框架，窗户玻璃，电子传感器等都可以用RIM工艺封装。
3. 可以制作不同壁厚的零件RIM的特殊性工艺决定了可以灵活的设计零件，壁厚的可变范围相当大，同一个模塑件的横截面可以从6毫米到28毫米间变化。
4. 制品表面质量好可以生产出表面为A级曲面的零件。
5. 模内漆涂装可以在注射前将模内漆涂在模具中，模内漆在成型过程中和聚氨酯材料结合为一体，从而在模具内完成了零件的装饰。
半预聚物法RIM聚氨酯弹性体的合成
反应注射成型(RIM)是把高反应性的液体原料在螺杆式反应器中于1-2min内完成聚合、交联、固化等反应，并注入模具制成制品的复杂工艺过程。
由于RIM 在生产过程中将原料的聚合反应和制品的模塑过程结合起来，因此简化了生产步骤，节省了能耗，已逐渐取代传统的浇注工艺而应用于聚氨酯弹性体的制备。
聚氨酯弹性体的合成方法一般分为一步法、预聚物法和半预聚物法。
半预聚物法是介于预聚物法和一步法之间的一种加工方法，即将预聚物中的一部分聚合多元醇转移到扩链体系中去，与扩链剂组成另一组分。
这一点与预聚物法是相似的。
唯一不同的是这种预聚物的游离异氰酸酯含量较高，一般为12%-15%(质量分数)。
另一组分则由扩链剂及补加聚合多元醇组成。
由于半预聚物法粘度较低，与扩链体系粘度相接近，其用量也大体相当，所以有利于混合均匀。
更可贵的是这种方法得到的弹性体性能佳、粘度低、易计量、易混合等特点正是RIM技术所需要的。
因此将它与RIM技术相结合用于聚氨酯弹性体的制造中，将有着广阔的前景。
本实验以L-MDI/PPO/DMTDA为原料，通过半预聚物法制备了RIM聚氨酯弹性体，并研究了影响弹性体性能的因素。
1 实验部分1.1 原料液化4，4′-苯基甲烷二异氰酸酯(L-MDI)：w(-NCO)=29.5%，官能度f=2.1，美国Hunts-man聚氨酯公司；高活性聚氧化丙烯三醇(PPO)：Mn=5000，天津石油化工三厂；3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)：美国Albemarle公司；3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)；苏州湘园特种精细化工有限公司；1，4′-丁二醇(BDO)：山西三维集团股份有限公司；二月桂酸二丁基锡(DBTDL)：上海市四赫维化工有限公司。
1.2 聚氨酯弹性体的制备1.2.1 A组分的合成将聚醚多元醇加入三口烧瓶中，于110-120℃、0.09 MPa的真空度下脱水2 h，然后降温至60℃，将其滴加到计量的MDI烧瓶中，缓慢升温至(80±2)℃，保温反应2h，脱泡后降温密封保存得到预聚物。
反应注射成型技术概述 4.
（1）RIM微孔弹性 体：主要用于制作保 险杠、挡泥板、侧防 护条、扰流板、格栅、 内饰件、仪表板、方 向盘、大灯壳、后灯 和汽车窗包边等零件。
（2）RRIM微孔弹性体：用于保险杠、缓冲件、车内转角 立柱、车门扶手、散热器格栅、前阻流板、挡泥板、发动 机罩、行李箱底板及盖、车门外板及卡车承载地板等零件
（3）自结皮泡沫塑料：该材料具有柔软的泡沫芯层和坚固 的表面皮层，并可进行涂装加工处理。用于方向盘、变速 杆手柄、线束护套、按钮开关、空气滤清器垫圈、扶手、 头枕、衬及止推块、门窗立柱、仪表板及喇叭盖等零件。
（4）半硬质泡沫塑料：它与各种表皮和骨架材料粘结性很 强，具有较高承压负荷及突出的防震抗冲击性能，且能消 除振动噪音，非常适合制造汽车仪表板、扶手芯、头枕、 遮阳板、变速箱顶盖、杂物箱盖、喇叭盖、车顶内衬、门 内饰板、膝部防撞板、衣帽架、车体梁柱装饰板、保险杠 内芯、止推垫和柱状物等零件。
（5）硬质泡沫塑料：用于制作车门内衬、内装板、座椅靠 背盖壳/垫、顶棚内衬及加工内饰件等零件。
RIM除在汽车领域广泛应用之外，还在办公设备、医疗 设备、工业用品、日用品、体育娱乐器材、建筑装饰等行 业应用广泛。
反应注射成型(RIM)聚氨酯特性与应用
在RIM－PU的生产中，供选择的聚醚 多元醇大致有三类：
1、以氧化乙烯封端的聚氧化丙烯－聚氧化 丙烯基聚醚多元醇
它们主要是采用传统方式合成的端羟基聚醚， 然后再用环氧乙烷反应进行封端，使端部的仲羟基 转化为伯羟基，以达到它与异氰酸酯反应速度提高 3～4倍的目的。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
RIM机具有以下优点：
⑴混合室小，无任何机械搅拌混合装置，液体物料依 靠高压输送和小口径喷嘴产生高能量冲击，达到充 分混合的目的。
⑵具有自清洁功能，没有低压机那种溶剂清洗，压缩
空气冲刷，劣化工作环境的缺点。
⑶采用高精度、高压力计量装置。并具备高压注射混
合、低压循环物料的自动切换功能，能量消耗较为
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
(7)可以使用模内涂装(IMC-Inmold Coating)技术,减少制 品后涂装工序。降低加工成本。 目前聚氨酯RIM一般指两类材料，一类为密度 较高从800到1200千克每立方米以上的外皮密实、内 芯气泡较少或基本无泡孔的聚氨酯材料；另一类是 密度在200千克每立方米以上的软质或硬质自结皮聚 氨酯泡沫塑料。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
表现出的反应特点如下所述：
(1)剧烈的放热效应。
(2)合成反应的速度与原料品种体系有直接关系。即在 异氰酸酯品种决定的前提下，不同的含活泼氢化合 物将有不同的反应速度，其反应速度顺序大体为： 胺＞醇＞水＞脲＞氨基甲酸酯。
(3)除了第4代RIM聚氨酯以外，其它RIM－聚氨酯 加工中。催化剂是必不可少的。主要使用以三亚乙 基二胺为代表的叔胺类催化剂和以二月桂酸二丁基 锡为代表的有机锡类催化剂。
用于汽车NVH的车身制造RIM工艺
RIM工艺在汽车车身NVH方面的应用广汽菲亚特汽车有限公司贺前勇北京兴信易成机电工程有限公司刘海涛陶氏(DOW)化学中国有限公司杨晓军，乐传华固瑞克(Graco)流体设备中国有限公司詹力随着国内汽车制造业的蓬勃发展，新技术和新工艺不断得到应用，提升了车辆的制造水平。
从最近的车展不难看出汽车制造技术全球化的趋势，新技术无论国别都会被全球的汽车制造企业所吸收采纳。
本文借此机会为汽车制造企业介绍一种新工艺——RIM（reaction inject molding 反应注射成型）工艺，此工艺采用DOW化学新型聚氨酯发泡材料，阻断车身噪声传播途径来达到改善车内噪声的目的。
另有结构加强应用，本文不做赘述。
随着人们物质需求的不断增长，对车辆品质的要求提高，所以增加车辆结构的安全性、提高乘坐的舒适性和降低能源消耗成为所有汽车制造企业的重点目标。
国外众多的中、高档车型（如克莱斯勒、福特、龙等）都采用RIM工艺作为解决NVH相关问题的重要途径，即在车体空腔内填充美国DOW公司24：1（组份体积比）双组份聚氨酯泡沫，从达到减重、隔音和整体降噪等目的。
1.汽车空腔封阻的NVH原理人类只能听到20～20 000 Hz的声音，分布在8个或24个频率带；人耳对高频带的声音感觉灵敏，特别是2 500～4 000 Hz的声音最敏感，对低频带的声音感觉较为迟钝。
当车辆高速行驶时，由车身周围气流分离导致压力变化而产生的噪音就是通常所说的风噪，车辆与周围的空气流场产生剧烈的相互作用，流场在汽车表面形成一个边界层，并产生强大的分离流、涡流及湍流。
另外，现代主流汽车车身设计采用单体化车身(unitized-body)，车身侧围板是由内外薄壁钢板冲压组焊而成，存在旁路空腔结构。
由于空腔的贯通，空气在侧围空腔通道产生高速气流场，就是通常所说的空腔共鸣噪声；而车辆在高速行驶状态下空腔的孔洞会把风噪、发动机噪声、振动噪声和排气噪声放大，并传送到驾驶员和乘客的耳中，使车内安静舒适性降低。
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(6)物料以液体形态注入模具，有利于生产断面形状复 杂的制品，可嵌入插入件一次成型，也可以在液体 原料中添入某些增强材料。
生产增强型反应注塑模制(RRIM——Reinforced Reaction lnjection Moulding)以及在模腔中预置增强 片材等生产结构增强型反应注塑模制品(SRIM—— Structural Reaction Injection Moulding)等。 可以制 备带有较厚加强筋的制品，普通塑料壁厚和加强筋 厚之比最大为1:0.3，而R1M工艺可生产高达1:0.8的 厚筋制品。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
(2)模具强度要求较低。物料呈液体状态注入 模具，模腔内压较低，模具承压能力较传统 塑料成型模要低得多。
(3)所用原料体系比较广泛。该项新工艺除了 适用于聚氨酯、聚脲材料的生产，同时还可 以用于环氧树脂、尼龙、双环戊二烯、聚酯 等材料的加工成型。 反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和
即按照预配方配料、预分散、预加热等，然后再输入发
泡机的工作罐中。原料在工作罐中必须进行工作温度的
精确调节，在循环和搅拌的过程中，使物料进一步达到
分散均匀，并使各原料体系完成所必须的工作参数的准
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
RIM加工技术的优点包括以下几点：
⑴RIM加工技术能量消耗低。它与传统热塑型 合成材料加工成型相比，由于加工时物料为低 粘度液体状态，注模压力较低。反应放热量大， 模温较低，模具的夹持力突出。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
6.2 RIM－聚氨酯加工机械简 介
随着聚氨酯工业的迅速发展、应用领域的扩大和消 费量的激增，传统式的低压计量、混合装置的某些技 术缺陷暴露得越来越明显，在聚氨酯化学研究和相关 制造部门的紧急配合下，1976年，德国拜耳公司和 Hennecke公司首先推出了以高压冲击方式进行混合 和具有自动清洁功能为特征的高压反应注射计量、混 合、分配装备。由于这种装备具有许多低压机无法比 拟的优点，更适宜大规模工业化生产的需要，生产产 品类型多样，因此很受聚氨酯工业的欢迎，逐渐成为 聚氨酯行业使用的主要装备。
应用
(4)与传统塑料加工成型法相比，RIM工艺对制备大型 制品、形状复杂制品、薄壁制品更为有利，产品表 面质量好，花纹图案清晰，重现性好。
(5)该工艺加工勿需普通塑料热塑成型所需的昂贵的热 流道体系，设备费仅为热塑型结构泡沫塑料成型设 备的1/2～1/3，且生产出的制品无成型应力、成型周 期短、生产效率高，尤其对于大批量、大尺寸制品 的生产，生产成本的降低更为明显。
节省。与普通热塑型塑料加工的注射压力相比要低
得多。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
⑷加工方便，生产周期短。RIM机使用液体计量、液 体混合、液体注射入模，物料在模具中迅速反应， 快速成型脱模。一台RIM机可连接多个混合头，适 宜大批量产品生产。
⑸原料温度控制精密、计量精度要求严格。组分进入 混合室要求不得出现超前或滞后误差，自动化程度 高。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
(7)可以使用模内涂装(IMC-Inmold Coating)技术,减少制 品后涂装工序。降低加工成本。 目前聚氨酯RIM一般指两类材料，一类为密度 较高从800到1200千克每立方米以上的外皮密实、内 芯气泡较少或基本无泡孔的聚氨酯材料；另一类是 密度在200千克每立方米以上的软质或硬质自结皮聚 氨酯泡沫塑料。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
反应注射成型机：
该类设备是利用原料高压冲击混合(high pressure impingement mixing，HPIM) 、注射至模具中反应成 型的加工机械，简称RIM （Reaction Injection Moulding)机。在我国，常将此类设备称为高压机。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
RIM 原 理 图
1、高压机的基本组成
高压发泡机是高度精密的加工机械，其基本结构包括原 料工作条件准备系统、计量系统、高低压动作切换系统、 混合头系统、自动化控制系统等。
一、原料工作贮罐系统
制备RIM-聚氨酯的二个基本原料体系应该预先处理，
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
它是集液体输送、计量、冲击混合、快 速反应和成型同时进行为特征的、一步完 成的全新加工新工艺，其加工简单、快捷。
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
RIM机具有以下优点：
⑴混合室小，无任何机械搅拌混合装置，液体物料依 靠高压输送和小口径喷嘴产生高能量冲击，达到充 分混合的目的。
⑵具有自清洁功能，没有低压机那种溶剂清洗，压缩
空气冲刷，劣化工作环境的缺点。
⑶采用高精度、高压力计量装置。并具备高压注射混
合、低压循环物料的自动切换功能，能量消耗较为
反应注射成型（RIM）聚 氨酯的特性和应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
聚氨酯化学与工艺
• Chap.6 反应注射成型（RIM）聚氨酯 • 6.1 反应注射成型简介 • 6.2 RIM－聚氨酯加工机械简介 • 6.3 RIM－聚氨酯的化学反应特性 • 6.4 RIM－聚氨酯用原料 • 6.5 增强RIM材料 • 6.6 RIM聚氨酯的应用
反应注射成型（RIM）聚氨酯的特性和 应用
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6.1 反应注射成型简介
反应注射成型又称反应注塑模制RIM(Reaction Injection Moulding)，是由分子量不大的齐聚物以液 态形式进行计量，瞬间混合的同时注入模具，而在模 腔中迅速反应，材料分子量急骤增加，以极快的速度 生成含有新的特性基团结构的全新聚合物的工艺。