聚氨酯泡沫塑料在生產中經常出現的問題集解決辦法
一、緒言
衡量泡沫塑料發泡的標準目前在國內很不一致，由于聚氨酯泡沫塑料在各處使用條件不一樣，對泡沫塑料的質量指標的要求產生很大的差異。譬如：在油田建設中做為集輸管道保溫所用聚氨酯泡沫塑料，要求其耐熱性要好，也就是熱穩定性要求優良，導熱系數小而且還必須具有一定的強度。滿足以上三個條件時，其中導熱系數與抗壓強度之間是相互約束的；要想得到導熱小的泡沫塑料其容量就應很輕，抗壓強度也不可高。所以我們認為：在油田保溫管線上所用泡沫塑料id性能指標就應在何時的范圍內即：導熱系數在0.03大卡/米，時，度；抗壓強度在2公斤/厘米2左右，耐熱在100℃就可以了。對于油田內所應用的泡沫塑料板材，它主要是應用在輕板夾層內起保護作用，那么對其耐溫指標就可以放寬一些，只要求導熱系數越小越好。當然在施工中還要考慮到它的強度問題。另外在采用泡沫塑料堵水，作浮子等場合，對其制品的技術指標也有各自的要求，所以對泡沫塑料的配方也不盡相同。其次就發泡的生產工藝來講，對不同的成型工藝又要有適當的配方。目前在油田生產泡沫塑料保溫管線有兩種方法，一種是模具法也稱扣模法；另一種是塑料布成筒澆注法。這兩種方法的生產工藝不同，要求生產發泡配方也不一樣。模具法生產泡沫塑料對發泡速度要求慢一些，固化時間也可以延長一些，留有充分的時間和模澆注。塑料布成筒澆注工藝則要求發泡速度都要快，以利于成型后的管線進入滾輪時不被壓壞，也就是在澆注泡沫后管子前進兩米左右強度要上來，否則由于管子的自重把泡沫保溫層碾壞。對于扣模法生產就沒有此項要求。所以對于不同生產工藝，不同使用范圍其性能指標也不同。大慶油田管線保溫所用泡沫塑料的性能我們要求如下指標：
容 量 40-60公斤/米3
常溫吸水 ≤3克/100厘米3
抗壓強度 ≥2公斤/厘米2
導熱系數 ＜0.03大卡/米·時·度
耐熱 100℃
根據以上技術指標和上述的生產工藝，我們通過反復實踐優選了適合于管線保溫生產，泡沫塊生產以及大罐容量噴涂的不同配方。但是盡管配方有所差異，在生產中出現的問題往往都是一致的，解決的方法也大致相同。本文主要介紹在油田泡沫塑料生產中經常出現的問題集解決辦法，僅供參考。
二、影響發泡質量的因素
1、原料
要想得到較好的聚氨酯泡沫保溫體，首先取決于原料，盡管你的配方是最佳的，但原料差異大也很難得到較好的泡沫體，其中最主要的原料當然就是異氰酸酯和聚酯樹脂。眾所周知，泡沫塑料的組成主要是異氰酸酯與聚酯反應而生成的據氨基甲酸脂。那么影響異氰酸脂的指標是什么呢？主要是異氰酸根的含量和酸值的大小，其粘度與總氯為次之。影響聚醚樹脂的指標我們認為是羥值與含水量，因為其酸值與含水有極大關系，據幾年來的使用發現。如果聚醚含水量過大，隨著時間的延長，其酸值成倍上升。
目前我國生產異氰酸脂和聚醚樹脂是小批量多批號生產，各批號的技術指標都有所差異。我們在生產中發現異氰酸酯與聚醚反應時，經常出現很大變化，原因何在呢？分析起來這兩種產品的級別等級的指標范圍很大。譬如：異氰酸酯的異氰酸根含量一級品在29%以上，那么含量在31%時發泡效果出入小姑就很大;再如聚醚樹脂的酸值在5mgKOH/g以下為合格，這個范圍就很廣，有的批號酸值在零點幾，但有的就在5左右，如果生產量小，批號單一也是好辦的，出現上述現象對于我們應用單位怎么很好的解決呢？我們在生產工藝中采取了指標調平的方法。也就是把進廠的異氰酸酯或聚醚樹脂首先大批量的進行予合，即用泵把每桶200公斤或125公斤的原料抽到一個約3-4噸的儲罐中，充分攪拌后再進行配料使用，這樣就使異氰酸酯或聚醚樹脂的不同指標的料液經混合后縮小了差別，再采用一個合適的配方可以得到滿意的效果，而且大生產中的配方也能經常保持不變。以往在生產中，由于不予混料在正常澆注或噴涂時突然調換了料桶或批號，立即出現不正常的現象，影響了生產，調整起來也極為麻煩，配方的改變也很頻繁。采用指標平后此類現象就不常發生了。
在原料問題方面還應指出，異氰酸酯的結晶析出和聚醚樹脂的含水，異氰酸脂的結晶實際上是MDI的析出，這種現象在北方出現較多雖然MDI對發泡有好處，但給生產工藝帶來困難。目前各油田為了節約原料，大多采用泵吸方法密閉輸送液體，由于結晶的出現，有的部分料液泵吸不動，造成涂料很多嚴重的影響了使用量。產生結晶的原因與異氰酸酯的粘度有關，如果粘度高，結晶析出相應就少，粘度低析出的就多。這里不是說：為了不析出結晶體，粘度可以無限地提高，接踵而來的是粘度高了其酸值也隨著增大。這對發泡也極為不利。我們認為異氰酸酯的粘度一般在250厘泊左右為宜，在這種粘度下即使有些結晶出現，但經攪拌后也不影響生產工藝，其酸值也會相應減小。
關于聚醚樹脂的含水量問題：我們在生產中有時發現極個別桶的聚醚根本就不發泡，什么原因呢？這里有兩種可能：其一，在聚醚生產中由于空氣的濕度過大，使聚醚的含水量升高，這些聚醚大多發生在生產廠家雨季7-8月份生產的，濕度可達80%以上。其二，就是包裝結構問題。國內的包裝形式是“一級產品，末等包裝”造成聚醚樹脂在貯存，拉運過程中吸進水份，關于這方面的問題需要討論解決，至于在泡沫配料中聚醚的吸水或要求泡沫強度和耐熱好一些時，人為的加入少量水作發泡劑是另外一個問題。由于隨配隨用只是異氰酸酯耗量稍多一點對泡沫的發泡并無影響。
2、溫度
在泡沫塑料生產操作條件中最重要的是甲、乙兩組份料溫，工作面溫度和室溫等。如果溫度條件不能滿足，不僅質量不能保證，而且發泡成型也十分困難。
我們在實踐中摸索到：
（1） 室溫一般能保持在20℃-25℃左右即可；
（2） 對于生產泡沫管線來說，其工作面溫度是指管子的表面溫度，它不宜低于50℃如果工作面溫度低，與管子直接接觸的那部分泡沫液體因管子吸熱而不發泡或發泡不好，造成容重高，影響了發泡質量。
（3） 關于甲、乙兩組份的料溫，對于甲組份而言，如果采用F113作發泡劑時，料溫可控制在25℃-30℃范圍內，若采用F11作發泡劑時，甲組份料溫不能超過22℃。而乙組份料溫可控制在30℃-40℃。如果工作面溫度或室溫不足時，可把乙組份再提高到50℃-60℃也可以。切不可把甲組份料溫升的很高，是發泡劑揮發，造成容量過大，保溫效果也不好。只要把溫度掌握適當，不僅發泡質量穩定，對工人的勞動條件也是一個改善。
3、配比
配合比系指甲組份中聚醚與助劑的比例和甲組份與乙組份的比例。應該指出：甲、乙兩組份的比例在生產中極為重要。一般情況下聚醚與助劑的配比在大生產中變化不大，如果需要改動配方也只能增減穩定劑、催化劑和固化劑的用量。通常若在生產中出現了毛病，人們總是先復查甲組份配比是否合適，而忽視了計量泵的排量的準確性，也就是甲、乙兩組份是否按比例混合，這一點是比較關鍵的。在泡沫塑料生產中，由于液體料過濾不好或者儲罐和管路中有雜物都會影響泵的排量不準確，這種現象不明顯而常常不易發現，所以甲、乙兩組份的比例務必控制準確。另外影響甲與乙組份比例的原因還有一個原料含量問題，如果異氰酸酯的酸根含量較高，在聚醚的羥值不變時，那么甲組份與乙組份的配比也應該變，只要把異氰酸酯的流量減少一些即可。有時甲、乙組份的反應是等當量反應。為此不能把這兩個組份的配比看作只有異氰酸酯比聚醚多這一絕對數值。如果在生產中發現不正常反應，首先在甲、乙兩組份配比上作文章，其次再調整甲組份的配比，這樣做是合理的。
三、經常出現的問題和解決辦法：
1、泡沫塑料在生產中不管采用模具法或澆注法生產都會經常出現泡沫開裂現象。一般在管線生產中，開裂方向分為縱向和橫向，縱向開裂常出現在管線上部，橫向開裂成環形間斷開裂。產生開裂的原因有三種：
（1）由于配方所引起的，即固化速度快于發泡速度，也就是泡沫膠凝時間早于汽體發生的時間，使泡沫產生應力開裂現象。出現這種開裂現象時可適當減小有機錫的用量，增加三乙醇胺的用量，使泡沫的發泡速度與固化速度相匹配。
（2）在采用模具生產中，由于混合物料分配不均勻造成局部料過多，模內壓力過高或起模過早而引起開裂。這里還應指出：特別是在采用澆注頭向模內注料生產泡沫大板時，由于采用的是同一配方，開始澆注到模具內的泡沫正在發泡中，向里連續澆注混合液料酒產生了發泡與固化的時間差，起初澆進的泡沫要固化，后澆注的泡沫正在發泡，這就使得后澆注的泡沫體無處可行。為此產生了對模板的壓力，這一壓力最容易使模具變形。如果模具的強度很高時，這一壓力向內傳遞，壓縮了泡沫體，使泡沫容量增大。這種現象的解決辦法可采用大劑量泵，短時間內把物料澆注到模具內，使它們的發泡時間差越小越好。最好的辦法是把模具放置水平，采用軟軸小幸福澆注頭伸到模具內，由里向外澆“之”字型，使泡沫塑料發泡時只是在泡沫厚度方向上升。這樣減小了壓力，模具不但不易變形，而且也可以達到理想的泡沫容重。如果在生產管線中最好把混合物料澆注到正在前進管子的上部，使物料自有分左右流淌到管子周圍，泡沫在發泡上長時由下分左右沿管子周圍向上發泡，就能充滿塑料布與管子的環形空間內。
（3）在生產泡沫管線中，泡沫開裂是由于塑料布所造成的影響法。當聚氯乙烯塑料布的縱向拉伸較大時，使得泡沫塑料與管子的前進速度不同步，正在發泡的泡沫體由于塑料布的局部伸長前進速度增加，管子速度相對降低，就把泡沫體拉成間斷型開裂。因此在生產中要求泡沫成型機的半托盤與塑料布作用，也能使塑料布的抗拉強度增大，此種現象即可消除。
2、塌泡：
泡沫塑料塌泡系指泡沫體在發泡結束后，又出現塌落的現象。產生泡沫塌泡或收縮的原因有很多。目前根據我們掌握的有以下四種：
（1）甲、乙兩組份的配合比不準確，產生這種現象往往是由于甲組份量過多所致。如發現此類現象最好發小泡實驗，并測試計量泵的流量比例。測試排液的流量可采用定時稱量的方法。
（2）穩定劑發泡靈少。由于發泡靈量少，使甲、乙兩組份料沒有得到充分反應，而泡沫體又不能承受住參加反應的液體重量所致。解決辦法可適量增大發泡靈。
（3）發泡速度比膠凝速度快。這種現象正好和泡沫塑料開裂相反，當泡沫發泡終止時，仍不能膠凝，這種泡孔的表面張力很小也不能支撐自重產生了塌泡。解決辦法減少三乙醇胺的用量，增加有機錫的用量。
（4）泡沫混合料中有溶劑或油類。在泡沫管線生產中，由于采用丙酮作清洗劑，有時會出現丙酮閥滲漏，有少量的丙酮拌合在泡沫液體內，這種也會產生拋空塌落現象。另外在輸送液料中機械潤滑混在液體內也會產生塌泡的不良現象。
3、泡沫氣孔粗大：
泡沫氣孔粗大有三種原因：
（1） 穩定劑發泡靈少，或者發泡靈膠凝，放置過久失效，發生這種現象可增加發泡靈的用量，也可以調換發泡靈。
（2） 氣體發生速度比膠凝速度快，但不足以使泡沫孔破壞。解決辦法可降低催化劑三乙醇胺的用量，增加固化劑有機錫的用量，也可以減少一些發泡劑F11的用量。這里應該指出，F11中可能含水量高，影響發泡質量，其含水大小也是十分關鍵的問題。
（3） 泡沫塑料發泡時，泡孔粗大一般也因甲、乙兩組份在混合時攪拌速度不夠所產生，特別是手工攪拌，更容易出現氣孔粗大現象。在發小泡試驗時最好采用電動攪拌機攪拌；在大生產時，由于澆注頭的攪拌速度應控制在3000轉/分為好。
4、泡沫體發脆、發軟、發焦：
泡沫塑料發制后有時會出現酥、脆，用手壓縮即成粉末狀的情況。產生這種現象的原因大體有五種：
（1） 異氰酸酯過多，解決辦法可適當降低。
（2） 工作面溫度低；由于工作面溫度低能產生兩種現象，一種是泡沫液體落到工作面時不發泡，待落滿一層后再發泡，另一種是即使發了泡會產生粘。酥、脆現象。解決辦法一般把工作面溫度升高，對于管線生產時可把管子加熱到50-80℃.
（3） 引起泡沫發脆的另一種原因是模具內或管子表面有水氣，這種水氣來自壓縮風中的水份或空氣中濕度過大。在生產中應把風進行干燥，并設法把管子表面的水氣除掉。
（4） 異氰酸酯的酸值過高，當異氰酸酯的酸值超過0.35%時，這種現象最容易發生。為此對這一指標要嚴加控制。
（5） 聚醚含水量過大也容易產生泡沫塑料發脆。如果表面發脆時，待48小時后經熟化會有好些好轉。否則應需調整配方。
泡沫體發軟大體上是異氰酸脂少，固化劑催化劑偏少所致。解決辦法可測試流量，檢查管路和環形泵，減少聚醚用量，適當調整增加三乙醇胺和有機錫的用量。
泡沫塑料發泡時也時常出現發黑、發焦或冒煙現象。這類現象的原因是催化劑的用量過大，料溫過高所致。另一方面聚醚的羥值過高或403聚醚過量也易產生上述現象。解決方法減少三乙醇胺和有機錫的用量，降低料溫，調換不同批號的聚醚和403聚醚，都可以得到改善。
四、對目前使用的發泡助劑的看法：
目前我們所使用的硬質聚氨脂泡沫塑料的助劑，如硅油是采用的軟質泡沫開孔型乳化劑，這對于發閉孔的硬質泡沫有很大影響。首先對泡沫的閉孔率就有很大影響，本來硬質泡沫要求閉孔率越高越好，但是到目前國內無測試單位，這一數值對泡沫塑料的保溫極為重要，硬質泡沫中每個泡沫孔都是不相通獨立小孔其孔內包有F11，F11的導熱系數很小，如果孔與孔相通了，不但影響導熱系數而且也易吸水。因此對硬質泡沫的發泡靈這一問題必須引起科研單位的重視。
另外對催化劑三乙醇胺，本來硬質泡沫選用三乙烯二胺作催化劑較為理想，但國內產品出現供不應求，為此只有用三乙醇胺來代替。
關于固化劑有機錫，這一產品規格很多，它們直接影響到泡沫結構和質量的好壞，但我們使用單位是來什么批號用什么批號，所以出現很大偏差，對于上述問題也應引起人們的注意。
