1 概述

近几十年来，在生产和生活的各个领域，硬质聚氨酯泡沫的 产量年增长速度十分迅猛。有大量的气体、液体需要保温、保冷 的条件下运输、储存和输送。对于这些容器、设备、管线的保温、 保冷，传统的保温、保冷材料，如石棉、矿渣棉、珍珠岩、锯末、沥 青、玻璃纤维等，都存在许多缺点，这些保温材料施工程序复杂， 操作不便，有些材料对施工人员的健康还有较大危害。另外，这 些保温材料的热导率较高，绝热效果差，能量损耗严重，使用寿命 较短。相比之下，聚氨酯硬质泡沫热导率最低，并能很好地摒弃 传统保温材料的缺点，尤其在材料绝热性能方面是其他保温材料 无法与之相比的。其主要应用于建筑和集中供热行业，其次用于 冰箱冰柜等制冷设备以及运输业的绝热保温材料。 

随着硬质聚氨酯泡沫生产的逐渐成熟，市场供应的扩大，研 究工作不断深入，新品种、新工艺研发、新设备的改进，使硬质聚 氨酯泡沫塑料得到了全面发展。在硬质聚氨酯泡沫制品的制备 工艺技术方面，提出更高要求。普遍采用大型发泡设备，进行大 规模化、连续化、自动化、系列化提高劳动生产率，降低成本，减少 原料单耗，采用计算机控制物料温度、流量、流速等各种参数来调 整制得更优质的聚氨酯泡沫。

2 硬质聚氨酯泡沫的优点 

1) 绝热效果好。使用聚氨酯硬泡和聚异氰尿酸脂硬泡，不仅 保温层薄而轻，而且绝热效果优异。 

2) 聚氨酯硬泡和聚异氰尿酸脂硬泡具有很高的闭孔率，并能 生产密实的外表皮层，不易渗水，防水效果好。

3) 热稳定性能好，工作温度范围广。新型聚氨酯硬泡和聚异 氰尿酸脂硬泡保温层可以在 150 ℃ 工况条件下长期工作，服务期 可达 25 年之久。

4) 耐化学性能好，不仅耐热保温，而且具有较好的防腐功能。

5) 可以在工厂中进行大规模机械化生产，效率高，质量好; 施 工简单方便，对施工人员的健康无损伤、安全、可靠。

3 硬质聚氨酯发泡工艺与成型 

硬质聚氨酯泡沫塑料发泡分三种: 预聚体法、半预聚体法、一 步法。

1) 预聚体法: 通常是把等份的聚醚和异氰酸酯混合反应生成 低分子聚合物预聚体，然后，将水和预聚体在搅拌下反应生成脲 基，形成高聚物。由于在反应中生成二氧化碳，形成链增长发泡 生成泡沫塑料。

2) 半预聚体法制预聚体: 是把一部分聚醚和过量异氰酸酯混 合反应，生成由一定粘度的低分子量聚合物，将多余部分的聚醚与水、催化剂和表面活性剂高速搅拌混合均匀后形成的硬质或半 硬质泡沫塑料。

3) 一步法: 是把聚醚、异氰酸酯及其他组分同时全部混合而 制得泡沫塑料。一步法制造工艺简单易操作，不经加工可直接使 用，能在室温下进行，各原料相互间的混溶性好发泡后的制品性 能优良。 

硬质聚氨酯泡沫塑料的发泡工艺通常在发泡设备中将聚醚 或聚合多元醇、异氰酸酯、水、催化剂、表面活性剂等按比例配方 混合制成液体原料，具有一定粘度，在高速搅拌混合后反应，分别 由计量泵按比例在混合室内高速混合，喷射到模具制备中，在一 定温度下固化后形成聚氨酯泡沫塑料。现在工业制造中多用一 步法来制得不同支链类型的预聚体。

硬质聚氨酯泡沫塑料最简单的发泡成型方法是手工发泡法， 原料按比例置于一容器中，高速搅拌混合均匀，注入充填泡沫塑 料的空间中，待化学反应固化完形成聚氨酯泡沫，其原料利用率 低，适用于在实验室中的科研、现场临时施工。然而在大批量生 产中则采用机械发泡，有: 块状发泡连续成型、浇筑发泡、喷涂发 泡等工艺。最通用的成型方法是浇筑发泡、喷涂发泡、连续成型 发泡。不同发泡工艺制得的泡沫性能也大不同，形状、外观等也 不同。

4 硬质聚氨酯发泡成型的影响

1) 原料: 聚醚和聚酯都作为发泡成型的组分。聚醚多元醇与 异氰酸酯的比例不同，可制得软质泡沫、半硬质泡沫、硬质泡沫。原料温度的高低直接影响计量配比的精准性，同时影响物料粘度 大小。一旦粘度变化，导致计量泵的输出精度发生变化，严重影 响制品的质量。聚醚多元醇组分偏大，所得泡沫塑料软，高温下 尺寸稳定性差; 异氰酸酯组分偏高，泡沫塑料硬而脆。

2) 温度: 发泡成型过程中，料温和环境温度的高低直接影响 泡沫塑料制品的质量。而长期储存和温度变化对异氰酸酯也很 不利。异氰酸酯中二聚物的存在，使异氰酸酯变化得浑浊不清， 也干扰正常反应。在生产中，温度低，发泡反应缓慢，泡沫固化时 间长; 温度高，则发泡反应快，泡沫固化时间短。

3) 注射温度、速度和压力: 在注模之前，要进行高压循环，以 致物料温度因高压运动，使温度上升，所以注料温度与原料贮藏 温度是不同的。它取决于循环时间与压力，注料速度对原料的混 合产生较大影响。一般注料速度快和冲压高，可制得优质泡沫 制品。

4) 模具温度: 是发泡成型的关键因素，可直接影响泡沫的乳 白、拉丝、不粘、固化速度，因此必须严格控制。发泡成型是一个 化学反应放热过程，放出的热量使发泡剂汽化，在聚氨酯填充空腔中翻滚挤压而形成含有不规则大小泡孔的泡沫。模温是较重要 的工艺参数，不仅影响反应热移走的速度，还影响成型时长，对密 度、表层厚度及尺寸稳定性都会产生不良影响。发泡成型过程中 发泡剂反应放热，形成聚合物在填充空腔中互相推挤、翻滚、爬升 与模具表面接触，泡孔破裂经挤压塌泡形成密实层。模具温度 高，则形成极薄的表层，不能满足上色要求，制件表面易产生劣 迹; 温度低，则发泡倍率小，结皮过厚，将降低热传导率。

5) 固化时间: 泡沫塑料固化后，在一定温度下放置的过程，目 的是让发泡反应进行完全，得到良好的制品。在注入模具内时， 应把发泡料和模具加热，完成发泡反应后存放于较高温度的环境 中。温度越高，固化时间越短。温度低，固化时间长，熟化不充 分，泡沫塑料强度达不到应有的要求。原料品种与制件形状尺寸 不同，所需固化时间与温度也不同。 

6) 混合: 发泡成型时，混合效率是一个很关键因素。根据原 料的特性，调整发泡设备的计量比例、料温达到充分混合的目的。混合均匀，泡沫塑料泡孔细而均匀; 混合不好，泡孔粗而不均匀，甚 至在局部范围内出现化学反应不充分现象，大大影响制品质量。 

7) 模具发泡成型时，由于聚醚和异氰酸酯反应生成二氧化碳气体，聚合物膨胀产生一定内压力。模具制约着泡沫形态的发 展，应有足够的强度和内表面光滑度，以便保证泡沫全部填充满， 不会在发泡后期造成泡沫开裂和中空，使泡沫在模具中分布均 匀、密实。还应在合理的位置开设注料口、排气口，可以合理避免 局部大泡孔和收缩的出现。

5 结语 

在不同行业领域中硬质聚氨酯泡沫产业得到了迅速发展。对硬质聚氨酯泡沫品质要求越来越高，因此针对不同原料，通过 改变配方、提高发泡设备精准度及发泡成型工艺来制备各种不同 密度、不同性能，满足不同应用的硬质聚氨酯泡沫塑料制品。