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浅谈硬质聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性的影响因素及控制方法
浅谈硬质聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性的影响因素及控制方法硬质聚氨酯泡沫塑料是由多异氰酸酯(俗称黑料)和组合聚醚(俗称白料)按一定配比合成的高分子化合物，具有质量轻、比强度高、绝热、隔音、防震、抗冲击等优良性能，因而广泛用于工业制造、建筑、包装、运输等行业，并在现代国防工业中发挥着重要作用。
由于硬质聚氨酯泡沫塑料具有优良的加工成型性能，因此可以用来制作用于减震、支承、固定的硬质聚氨酯泡沫塑料结构件，来代替一些金属结构件，这种聚氨酯结构件既满足实际使用的力学性能，又具有易成型加工的优势，但是由于这种结构件属于非金属材料，在生产中其尺寸稳定性受黑白料的配比、发泡时的模温、料温和环境温度、发泡完成后的固化温度和固化时间、黑白料的充分混合、白料(聚醚多元醇)的组分等多种因素影响;在使用中其尺寸稳定性又会随环境的温度、湿度等产生变化，对长期使用带来不利影响，因此研究硬质泡沫塑料制品尺寸稳定性的影响因素及控制方法有着重要意义。
硬质聚氨酯泡沫塑料的尺寸稳定性是指板材尺寸变化的程度也就是板材在纵、横、厚度三个方向上的伸长或收缩程度。
翘曲是指在一定条件下板材隆起的高度，主要指板材在厚度方向上凸凹形变与平面之间的高度差。
尺寸的变化常体现为泡沫开裂或脱落，而这些必然会影响其正常使用。
1 影响因素1.1 黑白料的配比泡料的发泡配比(也称流量比，即发泡过程中组合聚醚与异氰酸酯用量的比值)是一个决定发泡料物理性能的重要参数。
发泡料配比的变化，一旦超出一定的工艺范围，会对泡沫质量(如泡沫的形稳性、闭孔率、导热系数、压缩强度等)有很大的影响，这会对产品的外观质量和整体性能造成较为严重的后果。
所以在实际生产过程中一个合理稳定的发泡配比范围，对产品的正常生产起着至关重要的作用。
1.2 在发泡时的模温、料温和环境温度料温、模温和环境温度均影响反应速度和物料粘度，故保证以上温度稳定是产品质量稳定的必要条件。
最适宜环境温度20-30℃;料温20-30℃或稍高一点，或适当控制调节催化剂用量;模温40-50℃，模温过低则化学反应缓慢，泡沫固化时间长，发泡倍率小，密度大，表皮厚;模温过高则固化时间太短，反应不充分，同时，模具内表面光洁度要好。
匀泡剂概述
匀泡剂概述一、定义匀泡剂又称泡沫稳定剂，它是一类能使得泡沫稳定的添加剂。
泡沫塑料生产时，发泡过程中泡沫的稳定性对最终形成的泡沫制品质量起着至关重要的作用。
例如，在聚氨酯发泡过程中，不添加匀泡剂，泡沫会出现坍塌、孔粗、开裂等不良现象。
在聚丙烯酸酯泡沫的生产过程中同样出现了这一问题。
因此，应用于聚丙烯酸酯发泡体系的匀泡剂研究显得尤为重要。
二、匀泡剂的分类及其作用原理根据作用机理的不同，现有的匀泡剂大致可以分为四类，即增粘型匀泡剂、提高膜粘弹性型匀泡剂、高盐增粘型匀泡剂、纳米复配型匀泡剂。
1、增粘型匀泡剂增粘型匀泡剂的作用原理为：通过提高液相粘度，推迟排液时间，从而降低液膜变薄速率，达到提高泡沬稳定性的目的。
这类匀泡剂主要有聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、胍尔胶等。
2、提高膜粘弹性型匀泡剂泡沫稳定剂的基本原理是：优化泡沫膜的性能，增加其粘弹性，提高泡沫膜的强度，从而降低泡沫的渗透性，提高泡沫的稳定性。
这种聚合物溶液只具有一般的增粘性能，如聚乙烯酰胺、正十二醇和月桂酸等。
3、高盐增粘型匀泡剂这些聚合物稳定剂主要包括两亲性聚合物、新型疏水缔合聚合物、黄原胶（XG）和新型耐温抗盐聚合物。
两亲性聚合物对泡沫的稳定机理如下：由于两亲性，两亲类聚合物在发泡过程中会向气液两相界面迁移并附着在泡孔壁上，并使得气液两相处的表面张力降低。
低的表面张力，可以降低泡沫体系的表面能，根据Gibbs能量最低原理，表面能越低，泡沫越稳定。
4、纳米复配型匀泡剂虽然聚合物稳泡剂能够有效地稳定泡沫，但大分子的稳泡剂价格昂贵，在高温下易分解。
实践证明，在泡沫基体中加入固体颗粒是提高泡沫稳定性的有效途径。
纳米尺度的固体颗粒是一种具有特殊物理化学性质的颗粒，在稳定泡沫方面具有较大的应用前景和优势。
纳米颗粒的作用机理是通过在片状结构上形成三维层来限制气泡的收缩或膨胀，从而恢复泡沫的稳定性。
此外，纳米粒子具有特殊的表面、界面和小尺寸效应。
一小部分纳米粒子能在泡沫层结构上产生协同反应。
软质泡沫发泡的影响因素
软质泡沫发泡的影响因素1、聚醚聚醚作为主要原料，与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯，是泡沫制品的骨架反应。
在官能度相同的情况下，分子量增加时，泡沫的拉伸强度、伸长率和回弹性提高，同类聚醚的反应活性下降；在当量值（分子量/官能度）相同的情况下，官能度增加，则反应相对加快，生成聚氨酯的交联度提高，泡沫硬度随之提高，伸长率下降。
多元醇的平均关能度应在2.5以上，若平均关能度太低，泡沫体在受压后回复性较差。
若聚醚用量多，相当于其他原料（TDI、水、催化剂等）减少，易造成泡沫制品开裂或塌泡。
若聚醚用量少，泡沫制品偏硬、弹性降低，手感不好。
2、发泡剂一般在制造密度大于21的聚氨酯块泡时，只使用水（化学发泡剂）做发泡剂，在低密度配方或超软配方中才使用二氯甲烷（MC）等低沸点化合物（物理发泡剂）作辅助发泡剂。
辅助发泡剂会使泡沫的密度及硬度下降，由于它的气化吸收了部分反应热会使固化减慢，需增加催化剂用量。
由于吸收热量，避免了烧芯的危险。
发泡能力可用发泡指数（100份聚醚所用水或水的当量数）来体现：m---发泡剂用量发泡指数IF=m（水）+m（F-11）/10+m（MC.）/9（100分聚醚）水作为发泡剂与异氰酸酯反应生成脲键并放出大量的CO2及热量，是一个链增长反应。
水量多，泡沫密度降低，硬度增加，同时泡孔支柱变小、变弱，降低了承载能力，易塌泡、裂泡。
消耗的TDI量增加，放热量多，易烧心。
若水量超过5.0份，则必须添加物理发泡剂以吸收部分热量，避免烧芯现象的发生。
水量少，催化剂用量相应减少，但密度增大3、甲苯二异氰酸酯一般软泡用TDI80/20，2，4和2，6异构体的混合物。
可用冷却法制备T100即纯2，4TDI。
TDI用量=（8.68+m水×9.67）×TDI指数。
TDI指数一般110-120。
异氰酸酯指数在一定范围内增大，则泡沫硬度增大，但达到某一点后硬度不再显著增大，而撕裂强度、拉伸强度和伸长率下降，泡沫形成大孔，闭孔上升，回弹率下降，表面长时间发粘，熟化时间长，引起烧芯。
聚氨酯泡沫性能的影响因素有哪些？
聚氨酯泡沫性能的影响因素有哪些？聚氨酯泡沫材料是以异氰酸酯和聚醚多元醇为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物，分为聚氨酯软泡材料和聚氨酯硬泡材料两种，其中，软泡材料为开孔结构，硬泡材料为闭孔结构，而软泡材料又分为结皮和不结皮两种。
聚氨酯软泡材料的主要功能是缓冲，因此常用于沙发家具、枕头、坐垫、玩具、服装以及隔音内衬。
聚氨酯硬泡材料则是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数很低，相当于挤塑板的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。
硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用在建筑物外墙保温、屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等方面。
为什么聚氨酯发泡材料的性能如此多样、应用如此广泛，聚氨酯发泡材料的性能究竟与哪些因素有关呢？洛阳天江化工新材料有限公司经多次实验研究发现，原料的羟值、不饱和度、酸值、色值与分子量的大小，以及水分、钾离子、抗氧剂等的加入量均会对制成的聚氨酯泡沫材料的性能产生影响。
1、多元醇羟值大小的影响一般多元醇化合物的官能度越大、羟值越高，则制得的泡沫塑料硬度越大，机械物理性能越好，耐温性能也越好，但与异氰酸酯等其他组分的互溶性则会随官能度以及羟值的增大而变差。
羟基化合物与异氰酸酯的反应是聚氨酯合成中最常见、最基础的反应之一。
在羟基含量相同的情况下，官能度越大的多元醇反应速率越大，反应物的粘度增加越快。
在官能度相同的情况下，羟值越高的聚醚多元醇反应活性越高，与异氰酸酯的反应性也越强；反之，羟值越低的聚醚多元醇的反应活性越低，与异氰酸酯的反应性也越。
异氰酸酯与水的反应以及异氰酸酯与多元醇的反应作为聚氨酯发泡过程中的两大主反应，两者的反应活性应相当。
若聚醚多元醇的羟值高，则异氰酸酯与聚醚多元醇的反应性增强，主反应增强；若聚醚多元醇的羟值低，则异氰酸酯与水的反应增强，造成主反应速度跟不上发泡反应速度，易造成塌泡现象。
影响泡沫质量的潜在因素
加快起始反应时间（乳化时间）延长流动时间(胶化时间)，缩短固化
时间，以提高效率。
同时，为了增加流动性还必须克服各种因素的影响，如下表所示：
因素 板面对泡 空气对泡
温度的
注塑孔位
沫的阻力 沫的阻力
影响
置的彰响
解决 尽 可 能 选 择 适 当 加 大 排 可 适 当 升 高 要 选 择 利 于
办法 表 面 光 滑 的 气 孔 的 直 径 料温
查操作压力时的 P/I
比例
泡孔结构不均匀，粗 原料可能被油脂等污 更换原料并清洗料缸
糙
染机器吐出量不稳定 检查机器吐出量，调
P/I 比例波动
至稳定
调节机器的压力与流
量平衡
泡沫有空洞和凹坑 空气被困在泡沫中， 清理排气孔，调整夹
跑不出来
具的角度，使料利于
面材表面不洁
流动
清洁面材表面油脂等
脏物
泡沫与面材粘接不好 面材温度太低
泡沫质量异常原因及对策
泡沫发软，低温收缩
检查发泡剂用量；增
泡沫颜色正常 填充率不足。可能因 加填充率后观察发泡
灌注量不足或发泡剂
效果
泡沫颜色偏白
量不够
检查 ISO 过滤器；检
黑白料比例不正确 查操作压力时的 P/I
比例
PU 技术资料—喷涂
5
科研中心
泡沫发脆且色深
ISO 过量
检查 ISO 过滤器；检
提高夹具温度
灌注量不足
增加灌注量或增加发
面材表面不洁
泡剂量
清洁面材表面油脂等
脏物
板从夹具中取出后变 脱模时间不够
延长脱模时间
形
灌注量太多
减少填充率后观察发
发酵——泡沫
希勒（Shearer,L.T）和艾克斯(Akers,W.W.)在油体 系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以 1/1000秒的速度连续拍照，照片放大100倍
由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡 沫破灭，气泡合并，气液迅速分离。研究发 现：低浓度的，表面张力比起泡液低的物质， 如果与起泡液成为均相，则促进起泡；如果 呈饱和状态，而且被均匀分散在起泡液中， 就可能有消泡作用。附着了消泡剂小滴的泡 沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有关。
胶束
定向吸附层
溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶 束浓度时，以第一种情况为主；表面活 性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二 种情况。在泡沫不断增加时，表面活性 剂会从胶束中不断转移到新产生的气液 界面上
表面活性剂为什么会定向排列在表面？
在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对 表面活性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部 分被水分子之间的吸引力挤出溶液，到达气 液界面。这就是表面活性剂易于在泡沫上形 成定向吸附层的原因。
菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源 较快被利用，泡沫产生几率也就少。菌 种生长慢的可以加大接种量 （4）灭菌质量
培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑 制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生 大量泡沫，加消泡剂也无效。
（二）起泡的危害
1、降低生产能力 在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出 而降低装量
2、引起原料浪费
b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭
稳泡因素中谈到，因泡膜表面吸附表面活性剂，具有 “吉布斯弹性”，当受到外部压力时有自愈作用。 消泡剂能破坏泡膜的这种弹性。离子型表面活性剂水 溶液产生的泡沫，是因为表面活性剂定向排列形成双 电层，借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定。这 种性质的泡沫，只需向体系中加入一种离子电荷相反 的表面活性剂，甚至本身也是助泡剂，就可降低泡沫 稳定性。这是因为两种表面活性剂彼此干扰，妨碍在 气液界面上定向排列，破坏了膜弹性，因而产生消泡 作用。
影响泡沫混凝土浆体泡沫稳定性的因素
影响泡沫混凝土浆体泡沫稳定性的因素一、发泡剂在各因素中，发泡剂是影响泡沫混凝土浇注稳定性的第一因素。
因为，在泡沫混凝土料浆中，泡沫的加量很大，一般相当与料浆总体积的30％～70％，泡沫的稳定性就直接影响料浆的稳定性。
发泡剂所制出的泡沫，如果稳定性强，长时间不会破灭，那么料浆的稳定性也必然会很好。
假如发泡剂所制出的泡沫，稳定性很差，料浆的稳定性也必然受到影响。
二、发泡机若发泡机性能好，发出的泡沫细小均匀，大小一致，含水量急泌水率较低，则泡沫的稳定性就好。
反之，若发泡机发出的泡沫大小不均匀，泡径很大，而且泌水率和含水率都较高，泡沫的稳定性就会很差。
三、料浆性能若料浆的坍落度合适，稠度较好，其稳定性就好；若浆体很稀。
且稳定性就差。
高黏度的浆体，泡沫不易消失，而黏度不好的浆体，则泡沫很容易消失。
若浆体的悬浮性很好，固体颗粒悬浮在浆中不沉降，则泡沫十分稳定。
若浆体和悬浮性不好，固体颗粒大量沉降，压破下部气泡，也会是气泡不稳定。
四、固体物料若固体物料如水泥、砂、轻集料等的料径小，在浆体中可悬浮而不易下沉，不会造成下部泡沫破灭。
但如颗粒较大，特别是砂子、轻集料，它们下沉严重，很容易使下部泡沫破灭。
轻集料虽轻，但当它和胶凝材料混合后，表面黏结大量的浆体，质量成倍增加，也会在浆体中下沉。
所以固体物料的粒径应越小越好。
而且，固体物料的形状对泡沫稳定性影响也非常大。
当固体物料的形状呈圆滑形时，对气泡没有损伤，泡沫就稳定。
但当固体颗粒（主要是集料和填充料如砂子等）的外形呈粗糙的棱角形时，其棱角很容易划伤泡沫，使泡沫破裂。
五、外加剂在配制料浆时，有时需加入各种外加剂。
有些外加剂对泡沫有好的影响，增加泡沫的稳定性，如乳液等；而有些外加剂却有破坏泡沫的作用，使泡沫的稳定性变差，如强电解质类外加剂等。
几乎各种外加剂对泡沫都有不同程度的影响。
六、模具或基层如果模具或现浇基层有缝隙，水或浆体易渗透，会加剧浆体泌水，是泡沫消失加快。
影响泡沫效果的因素
影响泡沫效果的因素
影响泡沫的效果有很多因素，主要包括以下几个方面：
1. 液体的表面张力：液体的表面张力越大，泡沫的稳定性就越好。
例如，用牛奶制作的泡沫比用水制作的泡沫要稳定。
2. 液体的粘度：粘度较高的液体能更好地保持泡沫的结构，因此，添加一些粘稠的物质（如蛋白质）可以改善泡沫的稳定性。
3. 气体的压力：增加气体的压力可以增加泡沫的稳定性。
例如，使用气压更高的深蓝氮气制作的泡沫会比使用常规空气制作的泡沫更稳定。
4. 泡沫生成速度：生成泡沫的速度越快，泡沫的稳定性越好。
通常通过搅拌或振动液体来加快泡沫生成速度。
5. 温度：温度能够影响泡沫的稳定性。
一般来说，较低温度会使泡沫更加稳定。
6. 添加剂：添加一些稳定剂或乳化剂能够增强泡沫的稳定性。
例如，使用蛋白质、明胶等物质来制作泡沫时，可以提高泡沫的稳定性。
综上所述，影响泡沫效果的因素包括液体的表面张力、粘度，气体的压力，泡沫生成速度，温度以及添加剂的使用等。
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影响泡沫稳定性的因素
泡沫破坏的过程，主要是隔开的液膜由厚变薄，直至破裂的过程。
因此泡沫的稳定性主要决定排液快慢和液膜的强度，影响泡沫稳定性的主要因素，即是影响液膜所保持厚度和表面膜强度的因素，但比较
复杂，以下因素，仅作初步分析。
1、表面张力
泡沫的生成是液体表面积的增加过程，而液体表面积的增加意味着体系的能量也相应的增加。
因此，从热力学的角度看，低表面张力显然有利于泡沫的生成，生成相同总面积的泡沫，可以少做功。
但是，不能保证泡沫的稳定性，只有当表面膜具有一定的强度，低表面张力才有助于泡沫的稳定，泡沫排液的速度和气泡液膜的交界处与平面液膜之间的压力差有关。
表面张力低则压差小，因而排液速度较慢，液膜变薄也较慢，这有利于泡沫的稳定。
2、表面膜强度和表面粘度
从第一个影响速度来看，决定泡沫稳定性的关键在于表面膜的强度，而表面液膜的强度主要决定于表面吸附膜的坚固性，此坚固性以表面粘度为其量度。
表面粘度与泡沫的稳定性有密切关系。
它与表面活性剂的种类、添加剂的性质及其浓度有关，表面粘度大的溶液，所生成的泡沫寿命也较长，即泡沫较为稳定。
一些蛋白质的分子较大，分子间作用较强，故其水溶液所形成的泡沫稳定性也较高。
一般疏水基中分支较多的表面活性剂，其分子间的作用较直链者为差，因而溶液的表面粘度较小，泡沫稳定性也较差。
3、表面张力的“复原”作用和表面弹性
泡沫的液膜受到冲击时，会发生局部变薄的现象。
与此同时、变薄之处的液膜表面积增大，表面吸附的表面活性剂分子密度较前减少，表面积增加。
于是，没有变薄部分的表面分子有向变薄处迁移的趋势，使变薄处表面分子的密度增大，从而表面张力又下降至原来的数值。
在表面分子的迁移过程中，会带动邻近的的液体一起迁移，结果使受外力冲击而变薄的液膜重新变厚。
表面张力和液膜厚度的复原均导致液膜强度的恢复，使泡沫具有一定的稳定性而不易破坏。
此种复原作用也称作表面弹性。
纯液体没有表面弹性，其表面张力不会随表面积的变化而变化，因而不能形成稳定的泡沫。
4、气体通过液膜的气体透过性
一般形成的泡沫中，气泡大小总是不均匀的。
小泡中的气体压力比大泡中的大，于是，气体从高压的小泡中透过液膜扩散至低压的大泡中，造成小泡消失，大泡变大，以消耗小泡来增长大泡，引起泡沫中气泡的重排，产生机械冲击导致液膜破裂，最终泡沫消失。
一般表面粘度高者，气体透过性低，其泡沫稳定性较好；反之表面粘度低者，气体透过性高，泡沫稳定性较差。
气体透过性与表面吸附膜的紧密程度有关，表面吸附的分子排列越紧密，则气体越难透过。
除上述因素外，影响泡沫稳定性的还有表面电荷的斥力、温度等因素。
其中最重要的因素是表面膜强度，它取决于表面吸附分子的表面结构和相互作用。
表面吸附分子排列紧密、相互作用强时，不仅表面膜本身具有较大的强度，而且还能使表面层下面邻近的溶液层不易流
走，排液比较困难，液膜厚度较易保持。
因此想要消除泡沫，应该首先考虑组成表面膜的表面活性剂的分子结构和性质。