聚氨酯工艺培训
生产技术部
09年11月
• 整体密度的算法，及定额规定。
• 怎么分析整体密度和填充系数。
• 影响发泡的各因素是什么？常见缺陷及常规原
因。
• 培训一下原理，发泡机知识。
概论
一、聚氨酯简介
二、发泡料合成原料及特点
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
四、影响发泡的各因素
五、发泡存在问题点及应对措施
一、聚氨酯简介
1、 定义:聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。
凡是在高分子主链上含有重复的-NHCOO-
（氨基酸酯）基团的高分子化合物通称为
聚氨基甲酸酯。常用pu表示。
由二元或者多元有机异氰酸酯与多元醇
化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互
作用，随着聚合反应的进行和分子量的不
断增长同时液相中不断产生气泡，形成泡
沫.
一、聚氨酯简介
2、聚氨酯泡沫性能
根据所用原料的不同和配方的变化，可制成软
质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料。太阳能行业
使用的为硬质聚氨酯泡沫塑料。
聚氨酯泡沫塑料具有优良的物理机械性能、声
学性能、电学性能、耐化学性能，尤其是硬质泡
沫塑料的导热系数特别低，是优质的绝热保温、
保冷材料，且成型施工方便。
二、发泡料合成原料及特点
聚氨酯所用的主要原料为有机异氰酸酯、多元醇化合
物、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂以及其他助剂。
1、黑料（ISO） Isocyanate-异氰酸酯。聚氨酯的主要反应
原料。
在分子结构中含有异氰酸酯基团（NCO）的有机化合
物通称为有机异氰酸酯化合物。多异氰酸酯化合物可分为
芳香族和脂肪族两大类。
用于泡沫塑料的有机异氰酸酯包括以下几种：甲苯二异
氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和多元
甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）等。在太阳能行业的硬泡
中所使用的主要是粗MDI。
二、发泡料合成原料及特点
2、白料（POL） Polyol-多羟基化合物，聚氨酯的
主要反应原料。
多元醇包括聚酯多元醇和聚醚多元醇两大类。
聚醚多元醇价格比聚酯多元醇低得多，泡沫性能
好，在聚氨酯泡沫用多元醇中占主导地位。太阳
能行业使用的是聚醚多元醇。
一般来说硬质泡沫所采用的多元醇大都是官
能团多、羟值高、分子量较低的聚醚多元醇，和
异氰酸酯反应后，其分子中网状结构多，所的泡
沫塑料硬度大、压缩强度较高、尺寸稳定性及耐
温性也较好。
二、发泡料合成原料及特点
原料名称原料名称 主要作用主要作用
多元醇（聚多元醇（聚醚醚、聚、聚酯酯或其它多元醇）或其它多元醇） 主反主反应应原料原料
异异氰氰酸酸酯酯（如（如TDITDI、、MDIMDI、、PAPIPAPI等）等） 主反主反应应原料原料
水水 化学化学发发泡泡剂剂和和链链增增长剂长剂
交交联剂联剂 提高泡沫的机械性能，如提高泡沫的机械性能，如弹弹性等性等
催化催化剂剂（有机胺或有机（有机胺或有机锡锡）） 催化催化发发泡及凝胶反泡及凝胶反应应
泡沫泡沫稳稳定定剂剂 使泡沫使泡沫稳稳定、并控制孔的大小及定、并控制孔的大小及结结构构
物理物理发发泡泡剂剂
（如（如CFC-11CFC-11、、MECMEC、、HCFC-141bHCFC-141b等）等）
汽化后作汽化后作为为气泡来源，并可吸收反气泡来源，并可吸收反应热应热，避免泡沫中心因，避免泡沫中心因
高温而高温而产产生生““烧烧焦焦””现现象。象。
防老防老剂剂 提高耐提高耐热热、抗氧化、湿老化等性能、抗氧化、湿老化等性能
阻燃阻燃剂剂 使泡沫塑料具有阻燃型使泡沫塑料具有阻燃型
颜颜料料 提供各提供各种种色色泽泽
在聚氨酯泡沫塑料实际发泡过程中采用的配方主要由下列原料组成：
二、发泡料合成原料及特点
3、发泡剂：
发泡剂的发展历程：
初期的CFC-11到其替代品HCFC-141b再到最终的HFC－245fa
（零ODP）
发泡剂的两大指数：
ODP－大气臭氧层耗散指数 GWP－全球变暖影响指数（温室效
应） HFC-245fa具有较低的导热系数，分子量与CFC-11接近，
沸点为常温（℃）比CFC-11低，用量与CFC-11差不多。为
第三发泡剂的首选。我公司使用的发泡剂为美国的Honeywell公
司出产的HFC-245fa。ODP=0 GWP=
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
1．多元醇和异氰酸酯反应形成氨基甲酸酯，它构成
了聚氨酯的主链，亦即聚氨酯泡沫塑料的主体。
此反应为放热反应。在硬质聚氨酯泡沫中，
由于其发泡剂主要为低沸点的氟氯烃及烷烃
类，这些发泡剂就是靠反应热而蒸发发泡。
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
2、水和异氰酸酯反应，先生成不稳定的氨基
甲酸，氨基甲酸很不稳定，迅速分解为胺
和二氧化碳。二氧化碳作为发泡的气源，
因此，该反应被称为发泡反应。
胺的活性很高，进一步与异氰酸酯反应生成脲键，使聚氨酯分子链增长。
另外还有两个次级反应。
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
• 乳白时间：从多元醇、异氰酸酯混合开
始至发泡料表面出现微小气泡的时间，为
乳白时间。
• 凝胶时间：从多元醇、异氰酸酯混合开
始，至能从发泡料中探出纤维丝的时间为
凝胶时间（也称纤维时间、拉丝时间）。
• 不粘时间：从多元醇、异氰酸酯混合开
始至轻触生成的泡沫表面不粘手为止的时
间，为不粘时间。
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
4、进货检验组合聚醚参数：
检测项目 技术要求
• 外观 棕黄色粘性透明液
• 羟值 300～450mgKOH/g
• 微量水分 ≤%
• PH值 ～
• 黏度（25℃）
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
5、泡沫物理机械性能
• 模压泡压缩强度（10%） ≥ 150kpa
• 高温尺寸稳定性（100℃ 24h）平均线形变化率%
• 低温尺寸稳定性（-25℃ 24h）平均线形变化率1%
• 导热系数（23℃平均温度，制造7d后）
• 闭孔率 ≥92%
• 吸水率(V/V) ≤4%
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
6、高压枪小样参数技术要求：
泡沫体为白色至淡黄色，无黑白银纹现象，泡孔
结构均匀致密。
乳白时间：7-15s；
拉丝时间：40-60s；
不粘时间：60-90s；
自由泡密度：5月-10月28kg/m3～32kg/m3；
11月-4月32kg/m3～35kg/m3；
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
7、异氰酸酯的进货检验项目：
检测项目 技术要求
外观 棕色液体
异氰酸根的含量，%（m/m） 30-32%
黏度（25℃）mPa·s 200～
酸度（以HCL计），%（m/m） ≤
水解氯含量，%（m/m） ≤
密度（25℃），g/cm3 ～
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
9、小样反应过程及各参数
、配料和混合
把适当数量和比例的各种必须组份配在一起（通常是
用计量装置）并加以混合（在发泡机的混合头中进行）。
混合时液体中会产生细小的气泡。
、乳化
聚醚多元醇组份和异氰酸酯组份经搅拌后，经过一段
诱导期，发泡气体（如二氧化碳和cfc-11）开始形成并扩
大成细小的气泡，使发泡混合料呈“乳”状，即乳化。从
开始混合到乳化这一段时间叫做“乳白期”或“乳白时间
”，硬质泡沫塑料的乳白期一般为10—20秒。
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
、起发、起发
随着发泡气体的增多，发泡混合料开始膨胀，并且由于液相
中发生聚合反应体系粘度增大。在发泡过程中，气泡数目保持
不变，但由于气体量增加而气泡逐渐增大。
从物料混合到完全起发一段时间为“上升时间”或“起发时间”。
、、胶化胶化
起发期后，胶化（或聚合）反应继续进行，直至发泡混合体
完全胶化（凝胶），这一段时间称为“胶化时间”或“凝胶时
间”。这段时间一般在“起发时间”后的20-30秒。轻轻触摸如
泡沫塑料表皮不再发粘，则表明已经达到“不粘时间”。
• 对硬泡而言，以A、B料混合开始为起点，至从发泡料中能拉出
纤维丝为终点，这段时间被称为拉丝时间，也叫纤维时间或凝
胶时间。从A、B料混合开始至轻触泡沫表面不粘手为止的时间，
为不粘时间。
三、发泡原理、发泡参数及相关概念
、固化
• 在泡沫胶化后，将泡沫块移入具有一定环境
温度的场所进行熟化处理，让泡沫内的聚合反
应全部完成。
• 环境温度低于摄氏20℃时，熟化炉内温度为
60℃±2℃，熟化时间为30±5分钟；
• 环境温度高于摄氏20℃时，保证熟化炉的内温
度为45℃±5℃，熟化时间为25±5分钟。
测试密度应注意
1、先测试机器的料比、流量等
2、在设定的料温下打机器自由泡，并测试
3、然后按照料比手工混合发自由泡，测试其密度。
通过上述三个步骤，验证了机器的流量、料比准确
与否、自由泡密度合适与否。
温度对发泡的影响
• 聚氨酯发泡与温度的关系很大。因为发泡是依靠热量而
进行的。热量来自两方面，一是化学反应产生的热量；一
是环境提供的热量。如果没有热量，体系中的发泡剂无法
挥发，不能生成泡沫塑料。化学反应热是一个定值，不随
外界因素的影响，但环境提供的热量随温度的变化而变化。
当环境温度高时，环境能给反应体系提供热量，可增加反
应速度，缩短反应时间。表现为泡沫发泡充分，表皮密度
接近芯密度。当环境温度低时（如18℃以下），部分反应
热散发到环境中。因为表皮的热量损失，不能充分发泡，
形成一层不发泡的硬皮，表皮密度与芯密度相差很大。
• 由以上分析可见，同一发泡料，在不同的环境温度下，虽
然自由泡芯密度相同，但因为表皮密度的差异，导致环境
温度高时，泡沫整体密度低，泡沫灌注量小；环境温度低
时，泡沫整体密度高，泡沫灌注量大。
环境温度和模具温度
试验表明，环境温度15℃时的发泡体积比
25℃的发泡体积小25%。因此，当发泡车间的环
境温度、模具温度和待发泡的空腔温度都较低时，
应适当增加泡沫灌注量，温度越低，灌注量增加
得越多，成本也越高。
模具温度发泡过程中的关键要素，他直接影响
到发泡速度和凝胶速度，因此必须严格控制。
模具温度影响泡沫密度分布，并影响泡沫沿着表
面层的填充以及面层的粘接性。已证明温度在25
～45℃之间效果最好。本公司模具温度在经过测
量达到15℃多点。
其他
一、料的流动性
泡沫必须在凝胶时间前完全充满空间。一般认为拉丝时间
的90%是流动时间的上限。料应该初始阶段粘度增加少，
以利于物料的流动即充满空腔，后阶段粘黏度增长很快，
泡沫流满空腔后迅速固化。
二、发泡压力是随时间变化的
反应原料注入后，压力逐渐上升，达到最高值后，逐渐
降低。发泡压力受到多种因素的影响，多元醇的官能度、
羟值与分子结构，异氰酸酯品种，催化剂品种及数量，发
泡剂品种及用量，填充系数（α为成品模塑泡沫密度与自
由发泡泡沫塑料密度之比值）、原料温度，模具温度，制
品大小和浇注次数。
发泡缺陷
1、溢料分2种情况
a、由于发泡料前期速度偏慢，再加上箱体的密
封不好，就有可能出现溢料的情况，
b、由于注料量偏多，从注料口挤出大量的料，
也属于溢料的一种。
溢料越多，生产成本越低，工艺改进有时将减
少溢料来作为降低成本，提高质量的项目。
发泡速度
发泡速度分三种情况：
• 1、速度太快，影响流动性，可以导致填充不满，缺
料问题的发生。
• 2、速度偏慢，虽然流动性好了，但是容易出现前期
溢料，开模时间延长等问题。
• 3、速度合适，根据不同类型的产品速度不一样，具
体情况具体分析。
混合不匀
混合不匀时，轻则泡沫颜色变深，泡孔粗大，
重则泡沫颜色不匀，出现不规则的花斑或花纹。这
是因为局部白料过量（导致泡沫收缩），局部黑料
过量造成的（导致泡沫易开裂）。应立即检查混合
头工作是否正常，压力、温度是否稳定。
混合不均容易导致水箱的脱皮起棱，泡沫收缩。
因此，出现泡沫混合不均要及时解决。
顶部缺料拉长泡沫收缩严重
这是造成太阳能泡沫收缩的主要原因之一，尺寸
收缩率为2—10%。
目前，太阳能热水器用聚氨酯发泡以多次浇注为
主。发泡过程中，除受大气压作用外，不受其他任何
压力的作用。聚氨酯泡沫自身特性要求应该在受压下
发泡，待填充空间在凝胶时间到来之前必须完全填满，
有的专家坚持凝胶时间的90%是泡沫填充时间的上限
的观点。
凝胶之后，虽然泡沫体积仍在继续膨胀，但形成
的泡沫，泡孔明显拉长，严重者可呈纤维状，其物理
机械性能很差，本文称之为“拉长泡沫”。降温后，
不良泡沫因泡孔中气体冷凝而严重收缩，受热后随泡
孔中气体膨胀而膨胀。多次浇注的发泡方式使得这种
“不良泡沫”所占比例增大。相邻两次浇注形成的交
界处泡沫，受冷时，因收缩率的不同，易造成泡沫开
裂。
过填充
在设计泡沫成型工艺时，应该设计成一次浇注
过量填充的发泡方式。
所谓过量填充是指，泡沫在凝胶时间之前完全
填满空间，凝胶之后因空间受限，泡沫体积无法
继续膨胀，但自行产生的发泡压力，有利于形成
圆球型结构的泡孔，这种泡孔强度高、稳定性好、
不易变形。而目前太阳能热水器的发泡工艺对凝
胶之后的体积膨胀无法控制，因为内胆无法承受
过量填充而带来发泡压力。如果要达到泡沫的正
常性能，需要对太阳能热水器的结构设计和发泡
工艺来一次大变革，否则不能从根本上解决这一
问题。
解决料收缩
• 1、料的原因在收缩占很大一部分，应使用冷冻合格的料
生产。提高冬季料的尺寸稳定性，保证强度。
• 2、从工艺来说，加强高压发泡机的混合，根据料的密度
分布相应调整注料方式。
• 3、 对发泡磨具进行保温，模温的高低会直接影响制品的
密度、压缩强度和尺寸稳定性。实际生产过程中一般规定
模具温度控制在(40±5) ℃,每次发泡前应严格控制模具温
度,并正确记录每次发泡时模具的温度。
• 4、提高环境温度。
• 5、就是泡沫收缩变形，在温度适中的情况下，熟化时间
加长，能够改善。
二枪注料对密度影响
120升AH进行了两枪注料（后）+（前）。
为了测与注料位的远近，对密度分布的影响，分三个位
置测量，一是在后主料口附近测，这里也是外皮容易涨
裂的地方，二是测真空管与电加热口之间的位置，料在
这里流动时受阻碍较多，是容易发生缺料的地方。三是
测量在前注料口下面真空管外侧。
测定的水箱约长1点三米，每10厘米取一个点，顶部
和底部各取一点，共取样15个点做出密度随高度的变化。
二枪注料的密度分布
二枪注料
第一枪属于自由发泡密度低。第二枪是在有了一定压
力下进行发泡，密度高。
密度分布决定了料的好坏。其实生产出来外皮涨裂，
缺料以及当前的料收缩问题都是密度分布不均匀导致
的。密度的分布与料的流动性，发泡压力（不同的厂
家发泡压力不同，联创的压力比东大的压力大），料
的注料位，注料次数，模具温度，料温，环境温度都
有关系。
我们可以根据减少注料次数，减少首枪注料，增加
二枪注料来控制密度分布。
发泡压力变化
发泡压力随时间的变化
发泡压力随时间的变化
脱皮起棱缺陷
一、收缩原因造成的脱粘∶调整组合料配方（换优质聚醚、
加胺醚、换低沸点物理发泡剂、优化催化剂、优化黑白
料比例等）、改进工艺条件（增加料温，室温、加大充
注量、延长熟化时间、一次注料等）来解决收缩问题。
二、介面原因造成的脱粘∶用物理或化学方法进行表面清理，
以除去油、蜡、氧化层、等影响粘接的介质。
三、聚合物薄弱层造成的开粘∶这种情况脱粘的不透钢面会
粘有一层强度很差的泡沫层，在多次注料的工艺上是很
难避免该收缩性的（夏季高温时会小一点、不太明显）。
水分与内胆变形
谢谢大家！
