聚氨酯结构泡沫塑料的应用与优势

聚氨酯结构泡沫塑料，简称SFR-PUR，一般都采用相同配方料，利用成型时表面料与内芯料工艺条件的差异而形成的自结皮结构泡沫料。常采用多种聚醚多元醇配制成低粘度（一般不大于1000mPa·s）、官能度适中（3～4）、相对分子质量在250～600内的复合聚醚多元醇。采用非水泵发泡剂（如用HCFC-141h改性氟烃类化合物与其他低沸物组成的环保性良好的复合发泡剂）、复合催化剂及粗MDI（R值为1.05～1.10）组成配方料。物料具有良好的流动性和反应活性，反应速度均匀，其制品表皮无泡、坚韧，硬度及强度好。

这种物料在成型过程开始时，模具一般预热到一定温度，注入物料后靠近模具的物料先发生发泡反应，随着反应热的发生料温升高，且高于模温，同时内部料发泡反应增强，致使模壁物料受压增大，发泡剂汽化温度升高，而皮层温度低于内芯温度，故皮层发泡剂不能汽化而发生冷凝现象，因此形成了未发泡或低发泡的皮层，自然形成了自结皮结构泡沫塑料制品。

因此，无论软质、半硬质、硬质PU泡沫塑料或改性和非改性的PU泡沫塑料，只要设计适当的配方及成型工艺都可配制成结构泡沫塑料制品。如软质PU泡沫塑料坐垫，即为软质PU自结皮泡沫塑料制品，其表层坚韧光滑，可代替蒙皮，内芯为软质或半硬质PU，富有弹性，广泛用于座椅制品，但用作结构件时，主要选用硬质PU结构泡沫塑料。

1.PU硬质结构泡沫塑料的分类

普通硬质PU泡沫塑料主要作为绝热保温隔热材料，结构泡沫塑料主要用作工程结构件，按密度可分为以下三大类制品。

（1）装饰类材料 制品密度≤400kg/m³，一般不作承载结构件，为雕刻型PU合成木材，常用作微雕刻装饰品。

（2）高强度材料 制品密度为400～600kg/m³，有较高的承载能力，可作床头、桌椅、家具、门窗、镜框和沙发脚等承力件，亦称为结构合成木材。

（3）增强材料 密度>600kg/m³，具有一定的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，可作工程用结构件。按原料的组成可分为非改性及改性（如填充改性、增强改性、专用料等）两种类型。

2.常规PU硬质结构泡沫塑料

常规PU塑料是指非改性PU硬质结皮结构泡沫塑料。

（1）性能 与普通硬质PU泡沫料相比，密度高，力学性能好，冲击强度、硬度和热变形温度都明显增高（结皮结构比自结皮结构更好），表层致密，密度比内芯高3～6倍，无泡，坚硬，外观好，手感与木材相似，可模制出与木材纹理一样的花纹，可塑制细密清晰的花纹、图案，故称为合成木材。

此外，其耐蚀性、耐水、耐海水、耐石油、耐溶剂及各种pH值溶液的性能较好。

硬质PU结构泡沫塑料可设计性很好，可按制品要求调节组分品种及配比即可配制成不同性能的材料。例如，稍降低TDI指数，选用相对分子质量稍大的聚醚多元醇，就可配制成表面硬、韧性好、尺寸稳定、抗冲击性好的多种室内装饰条。

几种常规结皮结构PU泡沫塑料性能举例见表14-27～表14-30。

表14-27 几种合成木材的物性比较

注：整皮结构泡沫料的表/芯层密度比为3～6。

表14-28 硬质PU结构泡沫塑料的性能

表14-29 硬质PU自结皮结构泡沫塑料的力学性能

表14-30 软质聚氨酯自结皮泡沫塑料的性能(www.xing528.com)

（2）成型工艺 结构泡沫塑料制品加工工艺与普通PU硬泡料相同，可用手工或机械发泡模塑成型，也可用低压发泡机或高压发泡机注射成型，其工艺流程如图14-33所示，可分为原料混合、注模、熟化、脱模、修整、去脱模剂、上漆、检验和包装等工序。

图14-33 PU结构泡沫塑料成型工艺流程

结构泡沫塑料成型工艺性良好，工艺简单，效率高，成品率高，可适用于大量生产。其制品重复模塑性好，可制作一定尺寸形状制品，模塑逼真的木纹及其他图案。其手感好，与木材相似，可进行刨、锯、钻及雕花造型等二次加工。

其成型过程中需注意如下事项：

1）需去除脱模剂，去净率好坏将直接影响上漆质量及外观。去除方法有两种，一种是溶剂蒸除法，即用三氯乙烯、丙酮等对脱模剂有溶解能力的溶剂，利用其蒸汽去除脱模剂；另一种为水蒸气去除法，常用于制品体积较大、模具为刚性模的情况，可用高温水蒸气蒸煮来去除脱模剂。

2）原料中水分含量越少越好，一般要求含水量≤0.1%，尤其对自结皮制品，用作浮雕、装饰条、镜框、化妆台、床头装饰件时，聚醚中含水量大会影响形成表面结皮和外观。

3）模具材料可用铝、钢、硅橡胶和环氧树脂等，但铸铁、碳素钢类模具生产的制品外观不秀美，不宜用于制作工艺制品，有机硅模具较好，其次为环氧模具。

4）控制注入料量，又称过充填系数，即自由发泡的体积与实际制品体积之比，一般为3～4。该系数大，则制品表面层致密，硬度高，花纹细密清晰，但其过大会浪费材料，增大制品密度。

5）选用适当的聚醚多元醇。如果聚醚的平均官能度高，反应活性强，相对分子质量大时会导致制品硬度高，韧性下降，流动性差，成品率低。一般应选平均官能度为4左右，平均相对分子质量为600左右的聚醚多元醇品种为宜。

6）控制脱模时间。应按物料固化时间选择适当的脱模时间。固化慢，脱模早，则制品强度低，且会发生二次发泡，制品表面会发生局部鼓包，尤其对厚壁制品影响更大，一般都需进行熟化处理。

7）严格控制料温及模温。料温及模温直接影响乳白时间和凝固时间，料温还影响物料粘度、混合程度及流动性，模温还影响表层厚度和表皮质量，适当的模温可减少表层发泡程度。

8）模具要密封，防止溢料，但必须开设排气槽，以排出模内空气。

（3）硬质PU结构泡沫塑料的用途 其用途很广，主要用于如下几个领域：

1）作雕刻装饰品的高级材料，如油画和照片等的装饰性镜框，宾馆和艺术展厅等内部装饰材料，艺术浮雕品和罗马柱等。

2）作家具和建筑用的结构制品，如窗框、梳妆台、洗脸架、挂衣架、排气窗、门框、卫生间器具、椅子芯材和支撑材料等。

3）作办公用品、电气设备的结构件，如桌子、椅子、复印机、计算机等的机架，药品箱、电视机和计算机机壳、电闸盒、空调器外盒、蓄电池箱和食品储存器等。

4）作文体用品，如滑板、雪橇、乐器、钢琴架、游艇方向舵和高尔夫球杆等。

（4）软质PU结构泡沫塑料的用途 软质聚氨酯自结皮泡沫塑料具有坚韧和弹性兼备的特点，其质轻，回弹性好，可与泡沫乳胶媲美。其配方的多变性和制品的适应性决定了它广泛用途，在家具、汽车、航空、包装、衬垫、运动器具、玩具、假肢、园艺、鞋帽，医药卫生用品、建筑和军工等行业中用作弹性和过滤等材料。