水用量对RPU（硬质聚氨酯）密度和力学性能的影响

泡沫形成过程中水作为化学发泡剂与异氰酸酯发生化学反应, 并放出气体CO2 。这是合成聚氨酯泡沫塑料的关键反应, 能使多异氰酸酯或带有两个以上异氰酸酯端基的预聚体进行链增长或交联反应, 形成聚合物。同时, 反应中产生的CO2 气体是制造泡沫塑料的气泡来源。

由于分子链中生成脲基, 可以提高泡沫体的强度和刚性。通常, 在异氰酸酯指数相同的情况下, 一方面水量增加, 泡体汽化量增大, 泡沫密度降低, 压缩强度减小;另一方面, 水量增加, 化学反应更充分, 生成分子中脲基密度增大, 压缩强度增大。

因此,水量对泡沫压缩强度的影响, 是密度降低引起的负效应和分子脲基增多引起的正效应两者竞争的综合结果。

Fig .1 直观地反映了水量对泡体密度和力学性能的影响。当水量小于1.25 g 时, 密度随水量的增加而降低, 压缩强度则随水量的增加而增大。这说明在一定范围内, 水量对压缩强度的影响主要是分子脲基增多引起的正效应占主导作用。当水量大于1.25 g 时,反应放热大, 生成的硬泡尺寸稳定性差, 泡体出现收缩现象, 导致泡体密度增大, 泡孔变形, 也影响其压缩强度。因此, 实验确定水的用量为1.25 g 左右。

由Fig .2 和Fig .3 可以看出, RPU 泡体的密度、力学性能与HCFC-141b 的用量几乎呈线性关系。这是因为HCFC-141b 不参与聚氨酯的化学反应, 对泡体属性的影响不像水对泡体的影响那么复杂。水作为化学发泡剂与异氰酸酯反应, 产生CO2 气体而发泡, 可能使泡体因泡孔压力与大气压力的不平衡而出现收缩现象。而HCFC-141b 作为物理发泡剂, 在实验过程中依靠反应体系放出的热量汽化, 促进泡孔的形成。因此,当HCFC-141b 用量增大时, 泡体汽化量大, 泡沫密度降低, 力学性能也随之降低。由于发泡剂过量会导致泡孔发脆, 因此将HCFB-141b 用量控制在34 g 以内。

由Fig .4 明显看出, 泡孔呈圆球形的闭孔结构, 孔径分布较均匀;且随HCFC-141b 用量的增大而增大。

这是因为HCFC-141b 用量增大时, 泡体汽化量增大,泡沫发泡更充分, 从而使孔径增大。