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聚氨酯人工木材_聚氨酯合成木材优点_人工合成木材配方

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发表时间:2018-05-30 11:09来源:聚氨酯制品手册

  天然木材,无论从环保还是从资源上讲,肯定满足不了今后的市场需求。采用聚氨酯硬泡材料(人工木材)替代天然木材是完全可行的。


  保护树木是人类环境保护的重要组成部分,人们日益重视人类居住生态环境保护,人们研究开发出许多人工合成木材,其中聚氨酯自结皮型泡沫塑料从综合性能上比较最为理想(见表1)。


典型合成木材物性比较.jpg


  在聚氨酯硬质泡沫体的实际应用过程中,逐渐形成了两大应用分支,即保温、保冷用绝热材料和用于取代天然木材的聚氨酯人工木材。人工木材是一种具有光滑、坚韧的高密度外表皮层和低密度内芯泡沫体结构的材料,属自结皮型聚氨酯硬质泡沫体。根据这些泡沫体的密度和用途,大致可分为三类(见表2)。


PU硬泡的典型分类.jpg


  聚氨酯合成木材具有以下优点。


  ①高密度聚氨酯硬泡强度高承载能力强而重量却很轻可以取代密度较大的传统石膏板、聚酯、玻璃钢等其他合成木材制备装饰性条板、天花板、大型吊灯图案板等。

  ②PU合成木材模塑生产重复性能优良制品尺寸精确复制花纹图案清晰木材纹理通真可以精确复制各种复杂的雕刻工艺品省工省时。

  ③制品质地轻盈而又不变形着色性好抗磨损耐冲击防虫蛙耐腐蚀。

  ④产品可实现大规模工业化生产生产工艺简单一次成型生产效率高。

  ⑤PU“合成木材”不仅外观酷似天然木材而且也能采用钻、刨、锯、钉等传统木工方式加工、组装。

  (1)原料目前制备自结皮PU硬泡主要使用A、B二组分原料异氰酸酯组分为MDI系异氰酸酯如多亚甲基多苯基多异氰酸酯(MR烟台万华合成革集团)、纯MDI(烟台万华合成革集团)、MR-200(日本聚氨酯工业公司)、MV5005(IC1)等一般它们的官能度以2.5左右较为适宜。

  多元醇组分是以多官能度、高羟值的聚醚多元醇为主并配有扩链剂、催化剂、发泡剂、表面活性剂、阻燃剂等配合剂。该组分的指标和性能将直接影响液体原料的加工性能。为适应性能的要求在多官能度聚醚主料中还常配有二元或三元聚醚多元醇、多官能度聚醚以使生成的聚合物产生较多的支化点赋予制品较高的表面硬度和机械强度但这类聚醚一般黏度较大与异氰酸酯的混溶性较差混合物料的流动性不佳这对大尺寸或复杂结构制品的生产不利容易产生形状不够饱满、花纹图案不清晰等缺陷。如果在这些聚醚中适当添加部分二元或三元聚醚多元醇时就可以降低体系的黏度改善它们与异氰酸酯的混溶能力。同时低官能度聚醚的引入还可以相应降低聚合物分子的交联点增加材料的柔韧性但它们的掺入量不可过高否则将会大幅度降低制品的表面硬度和物理机械性能。因此二元聚醚的添加量不超过20%三元聚醚的添加量不超过30%~40%。使总的聚醚多元醇的官能度总数值控制在3.5~4为宜分子量控制在400~600工作黏度小于1000mPas为宜。

  为改善因添加低官能度聚醚造成的性能下降问题可以加入低分子量醇类或胺类扩链剂其加入量应控制在10%以下。

  催化剂的选择和添加是十分必要的选择不同催化剂品种和数量可有效调节物料的流动、发泡和凝胶过程。针对类似雕刻型合成木材制品的生产应选择反应速率适中、物料流动能力较强且后硫化速率快的催化剂尤其是复合催化剂或延迟性催化剂。

  自结皮型聚氨酯硬泡所生成良好的高密度外皮层主要是由低沸点物理性发泡剂所致。在目前使用较多的是HCFC141b与其他低沸点化合物组成的复合型物理发泡剂。

  作为家具等制品的合成木材必须使用阻燃剂。当前我国主要使用磷系阻燃剂如二甲基磷酸酯(DMMP)等添加量在4.5%~5.0%即可达到氧指数26%以上。如加入量过高将会使制品的弯曲强度明显下降成本增加。

  在聚醚组分中还需加入非水解型聚硅氧烷类表面活性剂(即泡沫稳定剂)NiaL-5420、NixaL-5440等它可以降低原料黏度改善流动性使生成的泡沫更加均匀、细密一般加入量为1.5%~2.0%密度达到200kg/m3。

  以上的聚氨酯硬质泡沫具有木材的一些特性可刨、可钉、可锯常作为家具特别是一些高级家具的结构材料。并可用模塑的方式模制出各种复杂的结构及图案从而降低了家具的成本。如采用水纹型的聚氨酯模塑成型桌椅板凳用整皮硬泡模塑出雕花的屏风、椅、门、窗等家具,立体感强、色彩鲜艳,不但外观号,而且耐磨、耐用。


  人工合成木材的配方和性能(供参考)如下。


人工合成木材的配方和性能.jpg


  (2)主要工艺因素


  自结皮型PU硬泡具有高密度的表皮层和低密度的芯部,在由其表面至材料中心的横断面上有十分明显的密度递减梯度,即一个斜率很大的密度分布曲线,这也是自结皮型PU泡沫体的主要特征(见下图)。


自结皮型pu泡沫体的主要特征.jpg

自结皮型pu泡沫体的主要特征


  这种“V”形密度曲线不仅与模具的温度有关同时也与生产中物料填充量有直接关系它决定了泡沫体的表皮层厚度、泡沫密度分布和产品的物理机械性能。根据实验测定:填充系数a(指自由发泡时泡沫体密度/泡沫体制品总密度)越大泡沫体产品断面密度梯度越大制品的弯曲强度、模量越大表皮硬度也就越高在实际生产中应根据制品用途、密度要求选择不同的物料填充系数。对普通低密度装饰性制品填充系数在2~3之间即可;而对于负荷性能要求较高的制品则填充系数选择在3~4之间为宜以确保形成密度较高表皮致密的合成木材但填充系数一般不超过4.5否则发泡压力过大对模具承载标准提高使模具过于笨重。

  为提高制品的合格率对于大型制品多采用开模浇注方式生产同时使用移动混合头首先灌注花纹图案复杂、型腔较深的部位充分利用物料良好的流动性减少物料流动距离。对于小型制品则应采取闭模方式。为保证物料能完全充满模腔应合理选择浇注入口并应在容易产生残留空气的部位设置排气孔道。不论采取哪种灌注方式都必须掌握物料在乳白期以前应全部注入模具和严格控制模具温度和物料温度这两条基本要点确保产品质量。

  模具的材质对制品表面质量有一定影响对于生产雕花家具、床头尤其是某些华贵典雅的工艺装饰品一般不使用金属模具它们不仅操作笨重不便而且表面效果较差产品外观设计更新费用高时间长。根据实际经验制作花纹细腻模具的材料最好是硅树脂其次是环氧树脂利用硅树脂制备的模具除了具有成型性好无需喷施脱模剂外还具有翻模速度快、制造简单、翻模木纹纹理清晰、图案逼真的特点能很好地适应市场需要及时推出新产品。

  聚氨酯泡沫塑料用在家具上以后将使家具的制造者改变常规的设计方法。一种低成本的聚氨酯组合家具仅由一些聚氨酯结构件、板件组成相互之间用铝质型条固定极易装配和组合成不同形状和用途的家具。


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