冷熟化高回弹聚氨酯泡沫塑料缺陷解决方案

冷熟化高回弹聚氨酯泡沫塑料是一种优良的座垫材料，它具有回弹性好、阻燃性好、成本低
等优点。但在高回弹泡沫的实际生产过程中，经常遇到泡沫收缩、泡沫中空塌泡、有残余气
味、表面不好有气孔、湿热老化性能差等一系列缺陷。笔者在近年的工作中针对生产中出现
的实际问题，进行了一些探索。
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1 泡沫收缩
在实际生产中，最常出现且较难解决的问题就是泡沫收缩。造成收缩现象的主要有工装模具及原材料两方
面的原因，且这两者是相辅相成的。
1.1 工装模具方面 在模具密封不好的情况下，容易引起漏料，使泡沫体达不到设计的密度，导致泡沫收缩。
在收缩的同时，在相应的合模线附近泡沫制品会产生硬边现象。可以通过提高模具口的密封性，或适当提
高模具锁模力来解决。
1.2 原材料方面
如果发泡过程中气泡膜壁弹性较大，在气体大量发生造成体积膨胀时，泡孔也同时胀开而不破裂，则所得
气泡大部分为闭孔，即闭孔率偏高，则当泡沫体冷却时，气泡内气体压力下降，导致泡沫收缩变形。产生
这种闭孔现象，笔者认为主要有4种解决办法。
(1)可通过调节催化剂用量以控制泡沫孔径和开孔率。通常胺催化剂主要催化异氰酸酯与水的反应(即发泡
反应)，三亚乙基二胺或有机锡催化剂主要用于催化异氰酸酯与多元醇的反应(即凝胶反应)。如果促进凝胶
的催化剂过量，则泡沫过早凝胶，泡孔壁膜韧性好，不易破裂，形成闭孔。要想控制泡沫孔径和开孔率，
可适当降低凝胶催化剂的用量，以降低分子链增长速度，使发气高峰时气泡膜壁弹性降低，减少闭孔率。
(2)闭孔的形成也与聚醚多元醇的聚合度及支化度有关，这是由于在NCO/OH反应中，官能度高的聚醚形成
网状结构较快，即形成的泡孔膜壁弹性较大，增加闭孔率。可降低聚醚的平均官能度来减少泡沫闭孔率。
(3)泡沫稳定剂的用量偏高，会导致泡孔过于稳定，不开孔，造成收缩。因此生产中泡沫稳定剂的用量要适
当。
(4)当异氰酸酯指数偏高时，可能造成泡沫闭孔现象加重，造成收缩。生产时异氰酸酯指数要控制。
2 泡沫内部局部中空、塌泡
在高回弹聚氨酯泡沫塑料生产过程中产生泡沫内部局部中空、塌泡现象，主要有两在类原因。
2.1 凝胶与发泡反应速率不平衡
发泡中，在大量气体产生的最终阶段，气泡膜壁的粘度较大，但弹性较差，这样，在气泡中气体不断增加
的情况下，无法承受膜壁的拉伸，从而造成气泡破裂而使气体逸出，即开孔。如果在气体大量发生时，泡
沫膜壁破裂，泡孔的经络和骨架没有足够的强度去阻止这种破裂，破裂将进一步蔓延，这样就会使整个泡
沫塌泡;如果破裂蔓延到一小部分即行停止，则也将造成泡沫局部中空或开裂。这种情况，如果增加原料中
凝胶催化剂或降低发泡催化剂用量，改善凝胶与发泡反应的平衡，就可以在气体大量发生时，增加气泡膜
壁强度，适当降低气体发生量，从而减少或改善泡沫发生中空或塌泡现象。此种现象与闭孔收缩现象正好
相反，当发泡催化剂不变、凝胶催化剂用量偏低时，容易造成过度开孔而塌泡。
2.2 泡沫稳定剂用量偏低
有机硅泡沫稳定剂是聚氨酯发泡工艺过程中必不可少的原料之一，它在泡沫体系中能降低各原料成分的表
面张力，稳定发泡过程，使泡孔细而均匀。当体系处于低粘度阶段时，它使气孔壁膜能生长到适合开孔的
厚度，为最后开孔创造条件。如果泡沫稳定剂用量偏低，则泡沫气孔稳定性差，过早开孔，造成塌泡或局
部中空。
适当的泡沫稳定剂可以协调开孔的时间段，泡孔的开孔是高回弹泡沫发泡工艺中的一个主要过程，否则会
闭孔收缩。但开孔必须在发泡反应与凝胶反应基本完成并达到平衡时出现，即在泡沫升至最高点且泡沫强
度能支撑自身重量之时，否则便会使泡沫塌泡或中空。
3 泡沫有残余气味
泡沫中的残余气味可能来源于三个方面。
(1)当异氰酸酯过量时，形成的泡沫中会有残余的甲苯二异氰酸酯，产生刺激性气味。
(2)如果原料配方中所选的聚醚中挥发物多，发泡后可能有“聚醚味”。
(3)泡沫中残留的胺类催化剂引起的胺臭味较大。解决这种气味可以通过两方面途径。其一，是泡沫可以经
过一段时间的高温存放，使泡沫中的残余催化剂挥发，但实际操作起来较困难。其二，加入可以参与泡沫
体系的化学反应的胺催化剂，可减轻常规胺类催化剂所引起的胺味，但同时泡沫成本要相应提高。
4 泡沫制品表面有气孔
泡沫制品表面有气孔，或内部有暗洞，这些现象主要可能有以下5种原因。
(1)模具表面光洁度不够，影响物料体系的流动性，使得泡沫表面粗糙、有气孔。这主要要靠提高模具表面
光洁度，操作细心，使用较好的脱模剂来解决。
(2)若物料体系粘度过高，流动性差，会造成泡沫制品表面残存气泡。这主要靠降低组合聚醚的粘度来解决。
实际工作中比较合适的粘度为1500-1800mPa·s。
(3)如果发泡过程中凝胶速度偏快，时间过短，则物料体系粘度迅速增大，流动性变差，可造成表面有气孔。
凝胶时间一般控制在55-65s。但凝胶时间也不宜过长。否则，如果模具的密封性达不到要求，会造成原料
浪费。
(4)初始发泡速度过快。一般来说，在原料较均匀地覆盖于模具底部内表面后，再迅速起升，泡沫会有较好
的表面质量;如果原料不是自然流到模具表面某处后再发泡，而是靠迅速起升把原料膨胀到该点，则此处较
容易产生气泡或暗洞。所以要适当延长起升时间。一般控制在10-15s。但这一时间在实际生产中受催化剂
用量及料温模温影响极大，所以在生中要严格控制料温及模温，一般料温要控制在22-24℃。
(5)模具排气孔设计不合适。一般来说，模具的排气孔应该尽量小且多，位置要分布在发泡模具的最高点及
合模线上。排气孔可以为物料体系导流。合理的排气孔分布可以尽量减少气泡或暗洞。同时在实际生产中，
浇注路线的设计也要配合排气孔的分布。在大座垫生产中，如果在两处同时浇注原料，要尽量在两股原料
汇合处的上方设置排气孔，以避免暗洞的产生。
5 湿热老化性能差
座垫泡沫的湿热老化性能是大众汽车公司的VW50180标准要求的一项较苛刻的测试。以前主要应用于BORA
A4座椅泡沫检测，现在即将在JETTA座椅泡沫上推行这一检测。这一检测是把泡沫在相对湿度95%-100%、
90℃环境下存放200h后，再在70℃烘箱内把泡沫压缩50%，存放22h，然后取出，放置0.5h后测量，要
求形变不大于15%。
影响湿热老化性能的原因，笔者认为主要与异氰酸酯指数有关。
(1)在实际生产中，异氰酸酯指数偏低时，可导致泡沫湿热性能变差。
正常情况下，一般异氰酸酯用量比理论上全部反应时用量应略高，异氰酸酯指数为1.05，这样链增长反应
的最终产品末端基团应为NCO。
即nOCN-R-NCO+(n-1)HO-R'-OH→OCN-R-NHCOO-R'-OCONH-R-NCO
而当异氰酸酯用量比理论用量低时，链增长反应应得到的大分子其末端为羟基。羟基有较强的亲水性，这
就导致在湿热状态下泡沫回弹性下降，即湿热老化性能降低。这也是在夏季阴雨时，或者在南方湿度大、
温度高的地区，泡沫容易变软和变形的原因。

(2)如果异氰酸酯指数高于正常的5%以上，则由于NCO过量，NCO可以与空气中的水反应，泡沫体中有过多
的脲基，导致泡沫手感僵硬，回弹性降低，也可导致泡沫的湿热老化性能变差。
6 结束语
泡沫缺陷的产生主要受原材料配方、工装模具状态、生产工艺参数控制等因素影响，要综合
考虑各种因素，才能有效地减少泡沫缺陷。
以上是笔者根据实际生产中积累的经验及有关资料[1，2]所分析的原因及解决方法，不一定
完全正确，希望专家指正。