聚氨酯硬泡配方計算方法

一、 硬泡組合料里最需要計算的東西是黑白料比例（重量比）是不是合理，另一個正規的說法好像叫“異氰酸指數”是否合理，翻譯成土話就是“按重量比例混合的白料和黑料要完全反應完”。因此，白料里所有參與跟-NCO反應的東西都應該考慮在內。理論各組分消耗的-NCO摩爾量計算如下

㈠ 主料：聚醚、聚酯、硅油（普通硬泡硅油都有羥值，因為加了二甘醇之類的稀釋，部分泡沫穩定劑型硅油還含有氨基）配方數乘以各自的羥值，然后相加得數Q，S1 = Q÷56100
㈡水：水的配方量W? S2 = W÷9
㈢參與消耗-NCO的小分子物：配方量為K，其分子量為M，官能度為N?S3 =K× N/M（用了兩種以上小分子的需要各自計算再相加） S = S1+S2+S3
基礎配方所需粗MDI份量[（S×42）÷0.30 ] ×1.05 (所謂異氰酸指數1.05）

其實以上計算只是一個最基本的消耗量，由于黑白料反應過程復雜，實際-NCO消耗量肯定不止這個數，比如有三聚催化劑的情況，到底額外消耗了多少-NCO，這個沒人說得清楚。另外，聚醚里有水分，偏高0.1%就很嚴重；聚醚羥值也是看人家宣傳單的，我見過有聚醚羥值范圍跨度90mgKOH/g，那個計算數出來后只能參考，不能認真!

[試驗設計]之“冰箱、冷柜”類

本組合料體系重要要求及說明

1、流動性要好，密度分布“盡量”均勻。首先要考慮粘度，只有體系粘度小了，初期流動性才會好（主份平均粘度6000mPa.S以下，組合料350mPa.S以下），其次體系中的鉀、鈉雜離子要控制在一個低限（20ppm以內），從而可控制避免三聚反應提前，即：體系粘度過早變大。如果流動性欠佳，發泡料行進至注料口遠端就會出現拉絲痕致使泡孔結構橄欖球化，這個位置一定抗不住低溫收縮。

2、泡孔細密，導熱系數要低。不難理解泡孔細密是導熱系數低的第一前提，此時首先考慮加有403或某些芳香胺醚進入體系（它們所起的作用是首先與-NCO反應，其生成物與其它組份互溶、乳化穩定性提升，并保證發泡體系初期成核穩定，也就是避免迸泡，從而使泡孔細密）其次聚醚本身單獨發泡其泡孔結構要好（例如以山梨醇為起始的635SA比蔗糖為起始的1050泡孔要細密均勻得多，還有含有甘油為起始劑的835比1050細密，即便是所謂的4110牌號的聚醚，含丙二醇起始的比二甘醇的好。聚醚生產的聚合催化劑不同，所生產出的聚醚性狀也有差異：氫氧化鉀催化的聚醚分子量分布比二甲胺催化的要窄。另外：聚醚生產時的工藝控制—–溫控、抽真空、PO–也就是環氧丙烷流量控制、PO原料質量、后處理等等—–也都會直接影響聚醚發泡的泡孔結構）第三，可以考慮加入一些可以改善泡孔細密度的聚酯成份。第四，適當加入低粘度物調整總體粘度（如210聚醚）

3、耐低溫抗收縮性要好。這個無須贅言。一是官能度，總體平均要4以上。其次是發泡體成型后空間交聯點分布均勻（直觀解釋是：主聚醚反應活性盡量相差不大，連續的近似的空間結構要穩定得多。）

4、粘結性好。所謂粘結性表面上是指泡沫體與冰箱、冷柜外殼和內膽之間的粘合，其實是指泡體柔韌性，以及抗收縮性，（水份用量、降低總體羥值，添加柔性結構成分，如210、330N之類都可以改進泡沫對殼體的粘附性）

5、成本較低。目前冰箱、冷柜行業競爭白熱化，性能極佳價格昂貴的組合料沒人用的起，所以我們必須為成本考慮（比如芳香聚酯價位要比聚醚的低，可以加一些。）

6、安全性。這是對環戊烷體系的特別要求（至少環戊烷不象F11那樣想加多少就加多少，不難理解加多環戊烷的更具有安全隱患）

7、保證發泡生產工藝的連續穩定性?冰箱、冷柜連續生產線一般控制很穩定，但不排除偶爾的工藝參數波動，比如料溫、環境溫度高個一兩度，黑白料比例在小范圍內波動等等，所以要求組合料有一定的“寬容性”

8、黑料配伍。各款黑料自身性狀、活性不同，那么，白料體系調整一下有時就顯得異常必要。（配合5005的沒事，絕不代表與44v20可以任意切換）

主聚醚聚酯的選取方向

1、相溶性。指 “ 聚醚、聚酯/硅油/水/催化劑/物理發泡劑 ”所組成的體系要互溶性好，均相穩定—–至少存放一段時間不能分層。

2、官能度構成及骨架類型。原則上說官能度越高，所發泡體的物理性能數值（尺寸穩定、抗壓強度等）就越“理想”，但往往官能度高的聚醚粘度偏大（多掛PO也能降低粘度，價格又下不來），所以，平均一下，4個官能度馬馬虎虎可以對付了；? 另外，如果聚醚體系中有芳香結構（苯環）引入，無疑也會提升泡體的物理性能。

3、反應活。含有伯羥基結構的聚醚（和諸如三乙醇胺之類的小分子交聯劑)活性高，卻多多少少會影響發泡反應的中后期流動性。所以，其加入量一定要控制在某環圍內。

4、羥值搭配。根據水用量、黑白料比例預設，可以大體反算出主份平均羥值范圍，一般為380-410mgKOH/g

5、經濟性。不僅是指聚醚、聚酯采購價格低，還應綜合其他方面考慮黑白料比例，畢竟現在黑料價格高企。

6、市售采購之方便性。好不容易調整出一個配方，結果原料市面上只是你有用別人不會問津，除非財大氣粗每月用量驚人，否則配料供貨能不能保障就只得看“交情”淺薄。

勻泡劑（硅油）的選擇

1、與組合料其它成份的配伍性。這個不難理解，否則，生產硅油的廠家就不會編出那么多型號了——什么F11型、141B型、環戊烷型、全水型、聚酯型、蔗糖聚醚型等等。硅油型號選配得當，可以明顯控制導熱系數低限化。

2、與黑料的配伍性、核化能力。這個關注的人不多。其實多數情況下“泡孔不好”就是硅油對“黑白料整個體系的乳化能力不夠”所致。

3、流動性。能使發泡體系泡孔細密的硅油可以明顯提升發泡流動性，同時另外一個佐證是：發泡速度略有加快。

4、穩定性及用量。有些硅油遇見水、堿性催化劑、含氯發泡劑或含氯阻燃劑時會逐漸變質；有些則必須加大用量（用量2.5%以上）才會顯示它是硅油。

5、價位。能用22元/kg搞定的就不必去用進口的45元/kg，要知道每噸組合料中硅油14kg那差價就是過200元了。

水份額的確定

1、粘結性。水用量多，泡體表面偏脆，與殼面的粘結性就差，一般冰箱、冷柜料水用量1.7-2.3%（專指141B體系和環戊烷體系）

2、物理發泡劑體系的選取。現在到處喊著環保，141B早就說要限量使用了，可市面下居然還有F11型（或勾兌型F11）組合料交易。水用量只好隨行論價：F11型的—0.6/1.6，? 141B型的—1.7/2.2,? 環戊烷型的—2.0/2.4

3、經濟性.水確實很便宜的,不過它用多了,黑料量就得加上去,于是還是不合算的機會大（自然，是使用組合料的客戶買單。

催化體系確定

1、前期要求。以前很多朋友認為乳白起發慢一些,等料子稀哩嘩啦地流到各自“崗位”底下后再直發起來。其實不然，其一：液態料子極易從箱體縫隙中漏出去造成污物粘模；其二：影響泡孔細密度和整體結構，從而拔高泡體導熱系數；其三：起發速度加快反而會加快發泡料行進速度。? 一般說來，出槍乳白時間6-8秒最好。

2、中期流動。在發泡定型期間，中期流動時間段（拉絲減去乳白時間）越長越好，可以保證泡體填充箱體各個角落，又不至于泡孔變形嚴重。最理想的狀態是拉絲開始前3-5秒鐘，泡料已經充填到位，最遠端排氣孔有明顯逸料出現。

3、后期固化。這個要求不必太嚴，反正連續生產中模具不是冰冷的，如果生產線有保溫炕道，不怕到期收不了莊稼。

4、建議搭配。Am-1 + 環己胺 。

工藝確認

1、發泡體系確定：141B的還是環戊烷的。水量/物理發泡劑量的范圍預定2、首先鬧清楚目標生產線的工藝細節：發泡機類型、灌注流量、灌注前的溫控數值、炕道保溫溫控值及保溫時間、箱體灌注口在哪及發泡料流經路線行程、灌注后合模封洞操作過程。3、目前（工作）環境溫度、濕度變化情況。4、向現場作業員、質檢員求詢目前現行工藝、原料有什么缺陷和請他們提出什么其他具體要求

具體試驗

1、相溶性： ①100ml小燒杯加一短玻璃棒，歸零，依次倒入主聚醚（聚酯）攪勻看是否透明。②加入硅油、催化劑、水，攪勻，看是否透明。③加入物理發泡劑攪勻看是否透明（注意攪拌后揮發的物理發泡劑要補回）。④預配的組合料樣品要存放至少3天透明不分層才好。⑤組合料樣分別放在35、15℃下貯存24hr看是否透明⑥有條件時，需要測設計中的組合料粘度（25℃及正常生產狀態下的溫度）看是不是粘度隨溫度變化有大幅度的波動。

2、抗收縮：自由發泡樣1hr后切成規則方形體，量取定邊尺寸后放在-20℃冰柜中24hr看尺寸變化情況，2%以內的線性收縮可以接受

3、自由發泡：按設計的黑白料比例、溫控執行自由發泡，關注料速、芯密度和拉絲痕跡。

4、流動性：自由泡密度、速度確定后，一定要進行流動性試驗。 簡易方法是：定量發泡料（一般為200g）攪勻后立即在發泡杯口套上稍大一點的長筒塑料袋，拉直垂直向上任由泡料向上生長直至定型（要兩個人操作）。杯口至頂高度L與料重G的比值將作為一個重要參數來評估組合料的流動性，L/G越大，流動性越好，此后還要分段測取芯密度作為輔助參考（自低向高密度差不能太大，否則流動性也不能視作良好，特別是最高點那一段）其實，如果試驗做多了，在正常自由泡發泡時，可以看杯中殘留泡的形狀來大致判斷流動性的優劣：泡提出杯后越象蘑菇越好，越象直棍則越差。

5、工藝條件寬容性：①執行預設溫控+3、-3℃的發泡，看是否還保持良好的流動性及泡孔結構（“快料”與“慢料”的泡孔不能落差太大）②進行白料恒定量，黑料量+10%、-10%的自由發泡試驗，常溫下30min時泡體沒有明顯收縮的就算過得去。

[試產] 之 “冰箱、冷柜”類

這個簡單了，整桶料子上機試產，按預定（或現實執行）的工藝條件生產，成品裝機打冷，看箱體收縮情況和保溫情況。一般程序：試產箱中成品泡體要取樣測試導熱系數等綜合數據。現場需要微調的一般是：泡料溫控、黑白料比例、添加催化劑、熟化溫度調整

仿木產品 之 組合料/工藝控制（內部討論版） [白料體系要求及制品要求]

1、白料粘度：涉及到出槍后的初始流動性（機發泡型）、攪拌混合效果（包括手工發泡型）以及出槍流量大小和黑白料比例，原則上不應高于2000mPa.S（25℃，以下同），高密度的（自由泡密度130kg/m3以上者）例外。

2、相容性：除非現配現用或是白料整桶上機邊攪邊打，白料應該均相透明不分層（如果選用濁點較低的硅油白料低溫狀態下也可能不透明，但不可以分層），手工料更是如此。

3、流動性：一般仿木料流動性要求不太高，這取決于其自身生產工藝的合理安排。對于特型尺寸閉模澆注產品還是要求料子發泡過程中要有不錯的流動性，至少它會影響產品密度分布。

4、適應黑料品種與黑白料比例變化：白料體系最好能在稍作工藝參數（料溫、管壓等）調整的情況下切換黑料品種（M20S、44V20、5005等）或是在黑白料比例合理波動范圍內保證制品合乎要求。

5、制品外表結皮厚度與硬度：仿木制品至少要保證表面“夠硬”，一般都要求表皮有一定的厚度以保證表面硬性。具體指標由于涉及到產品密度要求和作業環境溫度、濕度變化等因素而難以量化。有些特型產品則要求里、外都要剛硬，甚至能打自攻螺絲而不滑絲。

6、制品表面光潔度與氣泡：制品表面應光潔，不能有氣泡、針眼、暗泡（有些產品的背面可以降低要求，如畫框、壁掛）

7、白線：這是最容易出現的缺陷（制品表面出現不規則的偏白塊斑、長線斑，該處明顯偏軟），要盡量避免，至少白斑處要足夠硬。

8、泡孔細密度：制品內部泡孔致密、勻稱，鶴立雞群的大泡眼（直徑0.2mm以上）越少越好。

9、上漆及貼金箔：制品噴漆或粘貼金箔后不剝落、鼓泡。

10、耐形變：制品穩定，長尺寸毛胚品開模后不僅不能“見冷回縮”，終產品飄洋過海歷經嚴寒酷暑也不能變形。

11、抗沖擊：有足夠的韌性（通常可耐1米高的平摔、拋摔）。

12、制品表面耐溶蝕：上漆貼箔前，制品往往需要用溶劑洗去脫模劑、粗糙化處理，過不了這關肯定不行

[原料選取簡述]

一、主聚醚（聚酯）:

①多數情況是“4110”為主（多數份額是60%以上）。作為一個最為廣泛應用的硬泡聚醚品種，它具有較為理想的剛性骨架和柔性長鏈（蔗糖與二元醇為起始劑接枝環氧丙烷），價格也合適。市場上適用于仿木的并不多，至少要求質量穩定，那些摻雜的、羥值/粘度隨PO價格陰晴不定的、泡孔不夠細密的最好不要選用。 就4110的生產配方來說，最適合做仿木的是[蔗糖+甘油]起始型（可惜，截止目前我只用過兩次，現在好像沒得賣），其次是[蔗糖+丙二醇]起始型，剩下的是[蔗糖+乙二醇或二甘醇]起始型。其他勾兌型的真的不好用。4110的規格指標也有講究，粘度：一般是2500-3500mPa.S，用作全水發泡體系的還要低一些。羥值：高于430mgKOH/g的做出來的產品只硬不韌，需要摻加其他低羥值的聚醚配合，最好是380-420mgKOH/g這個范圍內的。 色度外觀：顏色太深的本身就說明聚醚生產過程中控制不好，再者由此做出來的產品外觀也會偏暗并使白線對比更刺眼，多數客戶對此不會滿意。

②403。 建議多少要加一些（3-12%）。有了它，泡孔會細密，產品表面的氣泡、針眼、暗泡就少得多，產品的整體硬度也會提升。毛病是太粘不利于白料粘度控制。目前市場上的403也是良莠不齊，真正的403應該是乙二胺起始的，原料確實貴了一些（好像是超過20元/kg），就有人打歪主意，起始劑里加有尿素、甘油，或是把PO量加大來降低成本。加尿素的氨氣味很重，泡孔偏粗，加甘油的硬度受影響，多接PO的403粘度較低也是硬性不夠。

③山梨醇型。以635系列為代表（10-20%）。成本考慮可以不加，但是用后也可以明顯改進產品整體硬度和表面效果（光潔、針眼等什么的）。麻煩：這類聚醚粘度不小價格也偏高。

④軟泡聚醚。220、210、330N、甚至接枝聚醚（36/28之類）。普通硬質仿木料可以不加。做高檔品、花盆類的一定要加。這類聚醚羥值低，產品柔韌性好，產品的表面結皮厚度會改善。缺點：除了210外，其他的與主聚醚互溶性差，愛分層鬧獨立。

⑤聚酯類。芳香聚酯類（視原料的質量、品性，5-20%）。原則上不鼓勵使用。添加最大的目的是成本“合算”，不過要是小料配合不當麻煩也多多。酸值偏高會造成泡孔粗、針孔多甚至制品表面會出現“白霧”

⑥其他多元醇。（8%以內）。有多種天然植物油或其改性衍生物可以用，能改進產品柔韌性，還可以稍微降低成本。風險同⑤，用不好后果自負。

⑦其他思路：如果產品屬于高附加值的產品，可以考慮用進口的相似聚醚，特別是全水發泡體系的，國產聚醚原料很難達到Dow的水準。

二、輔助小分子物：（0.5-3%）有甘油及其起始的小分子聚醚、N乙醇胺（N：一、二、三）、小分子二元醇類、甚至MOCA（這個致癌，最好別碰）功用是先期反應、整體加硬、或是加表皮厚度硬度、縮短生產周期。也是要選取合適型號、用量合理。

三、硅油：（1.5-2.5%）
這個是跟著其他原料走的（原料搭配），一般的硬泡硅油都可以用，但要想改進產品的一些品性（泡孔細密、白線、流動性）還是應該費點。價格24元/kg以下的最好不要用。尤其注意聚醚（酯）主體變化后硅油型號可能要換。

四、催化劑：①前期型的：A-1、Am-1，功用是控制起發時間，帶動其他催化劑發揮功效、改善泡孔細密度、改善發泡過程的流動性。用量0.5%以內，視“水”的用量而定，天氣狀況穩定時最好是個“定數”②平穩型的：環己胺，用量0.3-0.6%，目前性價比最高的硬泡催化劑，各期催化能力很平均。③主催化劑：A-33仿木料中必不可少的催化劑，直接影響結皮效果和產品硬度，用量至少0.4%。這里的A-33是指固胺（三乙烯二胺）加小分子二元醇溶解的，不是市售的海綿上用品（有很多假冒品）。④有機錫：進口的T-12最好，用量極少（萬分之一）就可以明顯改進結皮效果和縮短開模時間。需要注意的是：小心白料的儲存周期，因為普通有機錫都是不耐水解的，會慢慢失效，像T-12，用在組合料中一周以后失效跡象就很明顯了，建議動用耐水解型的T-120/T-6。⑤三聚類的：最好用PC-41 （0.3-0.5%） 加硬而不影響泡孔結構。有一段時間用過DMP-3達0.5% 效果不太理想。有人用二甲基乙醇胺，據說蠻好用的，我試驗一下發現泡孔有變粗跡象就沒敢玩火（不過那時所用4110也太不像是人做出來的）。⑥其他類型的：二甲基芐胺 （0.5%）改進制品品質并不好，除非用于較低密度的、尺寸偏長的、閉模灌注的裝飾用線角板，可以改善料子的流動性。資料顯示：“N-甲基、二環己胺”可以加厚結皮，可惜找了好幾年我連樣品都沒弄到手！DBU試用過，可以加厚結皮，太貴了還不如加大A-33用量劃算。

五、發泡劑配合? 現在多數是 141B/水 發泡體系。水量0.2-0.7%，普通仿木料141B一般不要超過10份。141B的使用量會直接影響結皮厚度與硬度，用多了也會造成表面有暗泡

六、其他助劑降粘度、色料、抗黃變等? 可以加點不反應的東西降低白料粘度，比如DBP之類的來個3% 。色料、抗氧化劑等直接加進去就行了，無須多慮。

七、填料? 這里只針對手工發泡。 可以加惰性細粉類的東西加強剛硬性。注意：不能加含水量過高的東西 嘿嘿，學會設計配方了（如果懂得當量，那更容易理解，可惜現在的高中大學教材都不教當量，都叫摩爾比，暈死）

接下來向老師請教幾個問題：

１.硬泡聚醚的選擇　　４１１０　，　４０３　之類的如何配比

２.催化劑選擇：三乙醇胺，ＤＭＥＡ，ＤＭＣＨＡ，ＰＭＤＥＴＡ如何選，比例大概多少

３.硅油和發泡劑的選擇

４.ＮＣＯ指數可以在什么范圍，為什么有指數2.５的

5.42是指-NCO的分子量，0.30是指粗MDI的-NCO%含量

相關閱讀推薦：