3、 生產工藝
（1） 予聚體制備舉例
① 聚酯多元醇脫水（在脫水釜中進行）：用 Mn.2000 （羥值 53~59 ， mgKOH/g ，溶點 40~50
℃）的聚酯，加熱熔化后在帶攪拌的不銹鋼或搪瓷釜中，脫水溫度 100~140 ℃（聚醚 100~110 ℃），以余壓 5mmHg
進行真空脫水 30~60 分鐘，使其含水量＜ 0.05%
（從視鏡可觀察脫水情況）。為使罐內液體充分脫氣，可間歇開停攪拌裝置，抽一段時間真空后，可停止反應罐加熱，使料溫降至 70~80 ℃。
② 予
聚體合成（在反應釜中進行）：制品的性能取決于所用的原材料及其配比和加工工藝。先按性能要求，如溫度、受力情況和接觸介質及使用壽命等選擇合適的原材料。再按要求硬度選定合適配比及工藝條件（如混合溫度、澆注和脫模時間及硫化條件等）。為保證予聚體的質量，聚酯脫水及予聚體合成最好不在同一釜中進行，予聚體合成反應在干燥氮氣保護下進行。為防止反應劇烈、溫升過快，須備有冷卻裝置。建議加料順序：先加
TDI
后加聚酯，如反應劇烈，聚酯可分次加入，使反應過程平穩，反應溫度容易控制，合成的予聚體中游離異氰酸酯單體含量較低，結構較規整。使其保持在
80 ± 5 ℃，反應 1~2 小時，分析異氰酸酯基含量。在可能條件下也可購買符合要求的國內外品牌的予聚體。
③ 予聚體脫氣（可在予聚體合成反應釜或澆注機的 A 料罐中進行）：在 85 ± 5 ℃及余壓 5mmHg 下脫泡 30~60
分鐘。
（2） 澆注機澆注：
① 技術關鍵：澆注機是澆注型聚氨酯彈性體（ CPU ）生產中的關鍵設備，其主要技術要求如下：
a、 配比精確，計量穩定：采用耐溫耐壓的高精度計量泵及精密傳動，調節和顯示裝置，其計量精度達± 0.5% 。
b、
混合均勻，不產生氣泡：采用特殊結構的高速混合頭，當兩組分原液粘度及配比相差很大時，亦能保證混合均勻，使生產的制品宏觀無氣泡，且調節靈活、操作方便。
c、 溫度穩定，準確可靠：原液的溫度變化會影響原液的粘度、壓力、計量精度及混合比，使制品質量無法穩定。尤其是 B 組分（ MOCA
）常溫下為固體，若料溫太低則會結死而無法操作，料溫太高則易變色而影響制品質量。常用電加熱的導熱油循環系統，加熱原液，計量泵及澆注頭，由智能型時間比例式數顯溫控儀進行恒溫自控。
② 澆注工藝：在 B 料罐中加入 MOCA （熔化溫度＞ 110 ℃）啟動各組分的加熱系統，使 A 、 B
料均達到要求溫度并各自循環， A 料如需要可先進行真空脫氣，達到予聚體中無氣泡。按配方要求通過調節計量泵的轉速和排量，使 A 、 B
料達到要求的混合比。啟動澆注按鈕，則 A 、 B
料在澆注頭的混合腔中通過高速的混合使之混合均勻，當排出的混合料在透明軟管中不含氣泡時即可往模具中澆注（模具及輥芯已經預處理，并預熱至
80~110 ℃）。當兩次澆注相隔時間較長時（超過釜中壽命 1 / 2
）需用清洗劑（二氯甲烷或三氯乙烯）對混合腔進行自動清洗（由電腦程控器自動控制）。當澆注停止時， A 、 B
原液即自動轉為各自循環狀態，回到各自料罐中。
（3） 熟化及后處理：
①
成型硫化（模型硫化），膠輥在脫模前在模具中硫化過程，其溫度可選擇在其化學結構不發生破壞的前提下，盡可能高一些，以加快擴鏈交聯反應，縮短脫模時間，提高模具和設備利用率，常以
100~120 ℃， 60~120min 為宜。
② 后硫化：指膠輥脫模后繼續加熱硫化的過程，溫度稍低于成型硫化，以 90~110 ℃， 3~10 小時為宜。
③ 表面再加工：根據要求在加工設備上進行車削或磨削加工。
（4） 注意要點：
① 模具結構合理，裝配可靠，分型面無漏膠可漏氣。
② 溫度平衡，要求模具、輥芯及膠料的溫度基本相同，模具各部位溫度基本一致。
③ 膠料的澆注點可在輥芯或模具邊緣，應保持固定不變，以不產生氣泡為宜，為防止裹挾氣泡，模具可適當傾斜使膠料沿壁而下。
④ 膠輥未達到脫模強度前，不要隨便移動模具，以防產生龜裂。
⑤
裝配模具和輥芯時，尤其要注意防止涂過粘合劑的輥芯碰著模具內壁，影響膠輥的粘接質量。即模具上不得粘上粘結劑，輥芯上不得粘上脫模劑。
⑥ 硫化后膠輥，待達到要求強度后，再進行表面切削和磨光等機械精加工，以保證輥面的粗糙度和輥軸的同心度。
（5） 對 CPU 制品模具的基本要求：
①
材料：選擇時應著重考慮：具有足夠的強度；足夠的耐熱性和尺寸穩定性；符合使用壽命要求的耐用性；制造成本較低。當批量生產從耐久性考慮常用金屬材料，單件或試制產品常用環氧樹脂等非金屬模具，若采用壓力合模澆注則應用金屬模具。
② 結構：除了保證制品的幾何形狀和尺寸外，還應注意澆注位置，分型面和排氣，以便達到：
a、 便于制品的澆注和脫模；
b、 保證制品工作表面的質量；
c、 便于模腔中氣體的排出；
d、 便于模具的制造和機械加工，降低模具成本。
（6） 影響聚氨酯膠輥性能的主要因素：
① 多元醇分子量對膠輥性能的影響：
分子量的大小決定了聚氨酯彈性體中特性基團的密度；聚酯型隨分子量增大，則其物性可提高；而聚醚型隨分子量增加，則提高了其柔順性，拉伸強度和模量會有所下降。一般應控制多元醇分子量在
1100~2200 之間。
② 予聚體異氰酸酯基（ NCO ）百分含量的影響：
隨 NCO 增加，則硬度、抗撕裂，定伸強度，拉伸強度提高，且予聚體粘度降低，易于脫泡和混合，而伸長率下降； NCO
過高，則膠料固化速度過快，（釜中壽命變短），對澆注工藝極為不利。故 NCO% 一般在 2.4~6.5% 為宜。
|
NCO% |
2.9 |
4.2 |
5.1 |
6.0 |
7.1 |
|
MOCA 用量 |
8.3 |
12 |
14.5 |
17.1 |
20 |
|
硬度 |
邵 A |
8.2 |
90 |
95 |
96 |
|
|
邵 D |
|
44 |
50 |
60 |
78 |
③ 擴鏈系數的影響：
胺類固化劑（ MOCA ）與予聚體中 NCO 的當量比（ NH2 / NCO ）對膠料物性影響明顯，一般以 0.85~0.95%
為宜。
對于 MOCA 交聯體系一般應保持 NCO 稍過量，可使彈性體制品具有合適的交聯度，當擴鏈系數為 0.88
時，化學交聯和物理交聯達到較好平衡，彈性體的綜合性能最佳；當到 1 或更大時，因 MOCA
的增塑效應，且化學交聯和氫鏈的減弱，強度明顯降低，且永久變形較大。（故實用為保險，則擴鏈系數常取 0.85 ）。
④ 混合溫度的影響：
由于予聚體及擴鏈劑的種類不同，其工藝條件（混合溫度）亦不同。混合溫度提高釜中壽命和凝膠時間縮短；過低的混合溫度為固體擴鏈劑所不允許，雖有利于延長釜中壽命和提高物理性能，但不易脫泡和均勻混合（因粘度變大），以擴鏈劑在予聚體中不析出為宜，如
MOCA 則以 110~120 ℃為宜。
⑤ 釜中壽命：
當 CPU
的兩種液體原料混合相遇后，會發生反應——擴鏈并高分子化——混合物會逐漸失去流動性，通常將兩種原料從混合開始，到混合物基本失去流動的這段時間，稱為釜中壽命（或固化期）。
二、 主要設備：
1、 反應釜：作多元醇脫水和予聚體合成及脫泡之用。
可采用不銹鋼內膽，附加熱夾套及外包聚氨酯硬泡絕熱層的三層結構反應釜，附有錨式攪拌、電加熱的導熱油循環及控溫系統，真空緩沖罐及真空泵系統。釜上應備有進料、出料、觀察、測溫、測壓力及真空、安全放空及抽真空等工藝管孔，其容積由要求的產量而定，常用容積和尺寸：
80L （φ 400 × 500 ）； 120L （φ 500 × 500 ）； 200L （φ 600 × 700
）等，常用真空泵為雙級旋片式，抽氣量為 8 或 15 升 / 秒。
2、 澆注機：由于 CPU
具有釜中壽命短，凝膠速度快，單件用膠量大等特點，為了生產高品質的膠輥，必須采用澆注機生產。下面介紹本公司 CPU20F
系列高溫型聚氨酯彈性體澆注機特點：
（1） 各系統原料循環方式：
① 原料由料罐——計量泵——澆注頭切換閥——原料罐的全流量循環，可確保料溫均一，流量穩定。
② 料罐可通入干燥氮氣，防止水分混入使原液變質。原液循環回流口設在料罐底部，不會帶入氣泡。
③ 通過平衡循環——吐出壓力（設有可靠的節流及精密的調壓裝置）提高混合比的精度和穩定吐出量。
（2） 采用高精度計量系統：
① 采用耐溫、耐壓、高硬度的低速精密計量泵，流量準確、穩定。
② 采用高精度進口變頻調速裝置，調節混合比及流量，靈活、方便、可靠。
③ 由于轉速調節范圍很大，當吐出量較小或粘度較低時亦能保證達到要求的精度。
（3） 高效、結構先進的澆注頭
① 各組分原液由循環切換到吐出時，迅速同步，不會出現超前和滯后現象。
② 設有高精度的節流和回流調節裝置，可使循環和吐出壓力調節平衡，提高混合比的精度，可保證制品質量。
③
采用專用并久經實踐考驗的混合頭，使粘度差很大，混合比懸殊的兩組分原液在極短時間內混合均勻，且不產生氣泡。能快速排除混合腔內空氣，故初期混合液損耗較少。
④ 采用特殊設計的旋轉式軸封裝置，不倒料，確保潤滑可靠，更換方便。
⑤ 切換閥采用經精密加工的聚四氟密封，調節方便，無熱變形之慮。
⑥ 專用的氣動清洗開關使清洗混合腔用的清洗液和壓縮空氣經物料吐出節流孔吐出，故永不堵塞，亦不會使混合料倒流。
（4） 控制及電器系統先進可靠、穩定：
① 采用電腦程控器控制澆注及自動清洗，操作簡單、維修方便、線路清楚、故障率低。
② 采用智能型時間比例式數顯溫控儀及鉑電電阻來控制 A 料原液； A 料介質； B 料原液； B 料介質； B
計量泵及澆注頭的溫度，準確可靠、直觀，控制及調節非常方便。
③ 原液壓力數字顯示，（超壓報警）流量及混合頭轉速均可數顯。
3、 模具及輥芯加熱裝置
參考模具及輥芯的大小，設計成相應的加熱裝置，要加溫到 90 ± 10 ℃，常采用帶控溫和顯示的遠紅外電加熱器。
參考文獻：
1 、（英） C ·海普本 聚氨酯彈性體 閻家賓譯 沈陽：遼寧科學技術出版社 1985 年 11 月
2 、陳雙飛等（英）帝國化學工業公司 聚氨酯手冊 江蘇省化工研究所情報室 1989 年 10 月
3 、李紹雄、朱呂民 聚氨酯樹脂 南京：江蘇科學技術出版社 1992 年 3 月
4 、（德） G ·厄特爾 聚氨酯手冊 閻家賓、呂槊賢譯 北京：中國石油化工出版社 1992 年 9 月
5 、山西省化工研究所 聚氨酯彈性體手冊 北京：化學工業出版社 2001 年 3 月
作者介紹：
陳鑫實 早年在化工部北京設計院從事化工機械設計， 1972
年開始從事聚氨酯設備的設計、開發與研制。曾發表過：“聚氨酯連幫鞋及鞋底生產技術十八題問答”，“選購澆注型聚氨酯彈性體澆注機十一問”、“國產聚氨酯鞋底成型機的開發與展
望”、“淺談如何選擇模塑聚氨酯設備”等文章。
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