聚氨酯泡沫塑料在生产中经常出现的问题集解决办法
大庆油田建设施工技术研究所 刘正本
一、绪言
衡量泡沫塑料发泡的标准目前在国内很不一致，由于聚氨酯泡沫塑料在各处使用条件不一样，对泡沫塑料的质量指标的要求产生很大的差异。譬如：在油田建设中做为集输管道保温所用聚氨酯泡沫塑料，要求其耐热性要好，也就是热稳定性要求优良，导热系数小而且还必须具有一定的强度。满足以上三个条件时，其中导热系数与抗压强度之间是相互约束的；要想得到导热小的泡沫塑料其容量就应很轻，抗压强度也不可高。所以我们认为：在油田保温管线上所用泡沫塑料id性能指标就应在何时的范围内即：导热系数在0.03大卡/米，时，度；抗压强度在2公斤/厘米2左右，耐热在100℃就可以了。对于油田内所应用的泡沫塑料板材，它主要是应用在轻板夹层内起保护作用，那么对其耐温指标就可以放宽一些，只要求导热系数越小越好。当然在施工中还要考虑到它的强度问题。另外在采用泡沫塑料堵水，作浮子等场合，对其制品的技术指标也有各自的要求，所以对泡沫塑料的配方也不尽相同。其次就发泡的生产工艺来讲，对不同的成型工艺又要有适当的配方。目前在油田生产泡沫塑料保温管线有两种方法，一种是模具法也称扣模法；另一种是塑料布成筒浇注法。这两种方法的生产工艺不同，要求生产发泡配方也不一样。模具法生产泡沫塑料对发泡速度要求慢一些，固化时间也可以延长一些，留有充分的时间和模浇注。塑料布成筒浇注工艺则要求发泡速度都要快，以利于成型后的管线进入滚轮时不被压坏，也就是在浇注泡沫后管子前进两米左右强度要上来，否则由于管子的自重把泡沫保温层碾坏。对于扣模法生产就没有此项要求。所以对于不同生产工艺，不同使用范围其性能指标也不同。大庆油田管线保温所用泡沫塑料的性能我们要求如下指标：
容 量 40-60公斤/米3
常温吸水 ≤3克/100厘米3
抗压强度 ≥2公斤/厘米2
导热系数 ＜0.03大卡/米·时·度
耐热 100℃
根据以上技术指标和上述的生产工艺，我们通过反复实践优选了适合于管线保温生产，泡沫块生产以及大罐容量喷涂的不同配方。但是尽管配方有所差异，在生产中出现的问题往往都是一致的，解决的方法也大致相同。本文主要介绍在油田泡沫塑料生产中经常出现的问题集解决办法，仅供参考。
二、影响发泡质量的因素
1、原料
要想得到较好的聚氨酯泡沫保温体，首先取决于原料，尽管你的配方是最佳的，但原料差异大也很难得到较好的泡沫体，其中最主要的原料当然就是异氰酸酯和聚酯树脂。众所周知，泡沫塑料的组成主要是异氰酸酯与聚酯反应而生成的据氨基甲酸脂。那么影响异氰酸脂的指标是什么呢？主要是异氰酸根的含量和酸值的大小，其粘度与总氯为次之。影响聚醚树脂的指标我们认为是羟值与含水量，因为其酸值与含水有极大关系，据几年来的使用发现。如果聚醚含水量过大，随着时间的延长，其酸值成倍上升。
目前我国生产异氰酸脂和聚醚树脂是小批量多批号生产，各批号的技术指标都有所差异。我们在生产中发现异氰酸酯与聚醚反应时，经常出现很大变化，原因何在呢？分析起来这两种产品的级别等级的指标范围很大。譬如：异氰酸酯的异氰酸根含量一级品在29%以上，那么含量在31%时发泡效果出入小姑就很大;再如聚醚树脂的酸值在5mgKOH/g以下为合格，这个范围就很广，有的批号酸值在零点几，但有的就在5左右，如果生产量小，批号单一也是好办的，出现上述现象对于我们应用单位怎么很好的解决呢？我们在生产工艺中采取了指标调平的方法。也就是把进厂的异氰酸酯或聚醚树脂首先大批量的进行予合，即用泵把每桶200公斤或125公斤的原料抽到一个约3-4吨的储罐中，充分搅拌后再进行配料使用，这样就使异氰酸酯或聚醚树脂的不同指标的料液经混合后缩小了差别，再采用一个合适的配方可以得到满意的效果，而且大生产中的配方也能经常保持不变。以往在生产中，由于不予混料在正常浇注或喷涂时突然调换了料桶或批号，立即出现不正常的现象，影响了生产，调整起来也极为麻烦，配方的改变也很频繁。采用指标平后此类现象就不常发生了。
在原料问题方面还应指出，异氰酸酯的结晶析出和聚醚树脂的含水，异氰酸脂的结晶实际上是MDI的析出，这种现象在北方出现较多虽然MDI对发泡有好处，但给生产工艺带来困难。目前各油田为了节约原料，大多采用泵吸方法密闭输送液体，由于结晶的出现，有的部分料液泵吸不动，造成涂料很多严重的影响了使用量。产生结晶的原因与异氰酸酯的粘度有关，如果粘度高，结晶析出相应就少，粘度低析出的就多。这里不是说：为了不析出结晶体，粘度可以无限地提高，接踵而来的是粘度高了其酸值也随着增大。这对发泡也极为不利。我们认为异氰酸酯的粘度一般在250厘泊左右为宜，在这种粘度下即使有些结晶出现，但经搅拌后也不影响生产工艺，其酸值也会相应减小。
关于聚醚树脂的含水量问题：我们在生产中有时发现极个别桶的聚醚根本就不发泡，什么原因呢？这里有两种可能：其一，在聚醚生产中由于空气的湿度过大，使聚醚的含水量升高，这些聚醚大多发生在生产厂家雨季7-8月份生产的，湿度可达80%以上。其二，就是包装结构问题。国内的包装形式是“一级产品，末等包装”造成聚醚树脂在贮存，拉运过程中吸进水份，关于这方面的问题需要讨论解决，至于在泡沫配料中聚醚的吸水或要求泡沫强度和耐热好一些时，人为的加入少量水作发泡剂是另外一个问题。由于随配随用只是异氰酸酯耗量稍多一点对泡沫的发泡并无影响。
2、温度
在泡沫塑料生产操作条件中最重要的是甲、乙两组份料温，工作面温度和室温等。如果温度条件不能满足，不仅质量不能保证，而且发泡成型也十分困难。
我们在实践中摸索到：
（1） 室温一般能保持在20℃-25℃左右即可；
（2） 对于生产泡沫管线来说，其工作面温度是指管子的表面温度，它不宜低于50℃如果工作面温度低，与管子直接接触的那部分泡沫液体因管子吸热而不发泡或发泡不好，造成容重高，影响了发泡质量。
（3） 关于甲、乙两组份的料温，对于甲组份而言，如果采用F113作发泡剂时，料温可控制在25℃-30℃范围内，若采用F11作发泡剂时，甲组份料温不能超过22℃。而乙组份料温可控制在30℃-40℃。如果工作面温度或室温不足时，可把乙组份再提高到50℃-60℃也可以。切不可把甲组份料温升的很高，是发泡剂挥发，造成容量过大，保温效果也不好。只要把温度掌握适当，不仅发泡质量稳定，对工人的劳动条件也是一个改善。
3、配比
配合比系指甲组份中聚醚与助剂的比例和甲组份与乙组份的比例。应该指出：甲、乙两组份的比例在生产中极为重要。一般情况下聚醚与助剂的配比在大生产中变化不大，如果需要改动配方也只能增减稳定剂、催化剂和固化剂的用量。通常若在生产中出现了毛病，人们总是先复查甲组份配比是否合适，而忽视了计量泵的排量的准确性，也就是甲、乙两组份是否按比例混合，这一点是比较关键的。在泡沫塑料生产中，由于液体料过滤不好或者储罐和管路中有杂物都会影响泵的排量不准确，这种现象不明显而常常不易发现，所以甲、乙两组份的比例务必控制准确。另外影响甲与乙组份比例的原因还有一个原料含量问题，如果异氰酸酯的酸根含量较高，在聚醚的羟值不变时，那么甲组份与乙组份的配比也应该变，只要把异氰酸酯的流量减少一些即可。有时甲、乙组份的反应是等当量反应。为此不能把这两个组份的配比看作只有异氰酸酯比聚醚多这一绝对数值。如果在生产中发现不正常反应，首先在甲、乙两组份配比上作文章，其次再调整甲组份的配比，这样做是合理的。
三、经常出现的问题和解决办法：
1、泡沫塑料在生产中不管采用模具法或浇注法生产都会经常出现泡沫开裂现象。一般在管线生产中，开裂方向分为纵向和横向，纵向开裂常出现在管线上部，横向开裂成环形间断开裂。产生开裂的原因有三种：
（1）由于配方所引起的，即固化速度快于发泡速度，也就是泡沫胶凝时间早于汽体发生的时间，使泡沫产生应力开裂现象。出现这种开裂现象时可适当减小有机锡的用量，增加三乙醇胺的用量，使泡沫的发泡速度与固化速度相匹配。
（2）在采用模具生产中，由于混合物料分配不均匀造成局部料过多，模内压力过高或起模过早而引起开裂。这里还应指出：特别是在采用浇注头向模内注料生产泡沫大板时，由于采用的是同一配方，开始浇注到模具内的泡沫正在发泡中，向里连续浇注混合液料酒产生了发泡与固化的时间差，起初浇进的泡沫要固化，后浇注的泡沫正在发泡，这就使得后浇注的泡沫体无处可行。为此产生了对模板的压力，这一压力最容易使模具变形。如果模具的强度很高时，这一压力向内传递，压缩了泡沫体，使泡沫容量增大。这种现象的解决办法可采用大剂量泵，短时间内把物料浇注到模具内，使它们的发泡时间差越小越好。最好的办法是把模具放置水平，采用软轴小幸福浇注头伸到模具内，由里向外浇“之”字型，使泡沫塑料发泡时只是在泡沫厚度方向上升。这样减小了压力，模具不但不易变形，而且也可以达到理想的泡沫容重。如果在生产管线中最好把混合物料浇注到正在前进管子的上部，使物料自有分左右流淌到管子周围，泡沫在发泡上长时由下分左右沿管子周围向上发泡，就能充满塑料布与管子的环形空间内。
（3）在生产泡沫管线中，泡沫开裂是由于塑料布所造成的影响法。当聚氯乙烯塑料布的纵向拉伸较大时，使得泡沫塑料与管子的前进速度不同步，正在发泡的泡沫体由于塑料布的局部伸长前进速度增加，管子速度相对降低，就把泡沫体拉成间断型开裂。因此在生产中要求泡沫成型机的半托盘与塑料布作用，也能使塑料布的抗拉强度增大，此种现象即可消除。
2、塌泡：
泡沫塑料塌泡系指泡沫体在发泡结束后，又出现塌落的现象。产生泡沫塌泡或收缩的原因有很多。目前根据我们掌握的有以下四种：
（1）甲、乙两组份的配合比不准确，产生这种现象往往是由于甲组份量过多所致。如发现此类现象最好发小泡实验，并测试计量泵的流量比例。测试排液的流量可采用定时称量的方法。
（2）稳定剂发泡灵少。由于发泡灵量少，使甲、乙两组份料没有得到充分反应，而泡沫体又不能承受住参加反应的液体重量所致。解决办法可适量增大发泡灵。
（3）发泡速度比胶凝速度快。这种现象正好和泡沫塑料开裂相反，当泡沫发泡终止时，仍不能胶凝，这种泡孔的表面张力很小也不能支撑自重产生了塌泡。解决办法减少三乙醇胺的用量，增加有机锡的用量。
（4）泡沫混合料中有溶剂或油类。在泡沫管线生产中，由于采用丙酮作清洗剂，有时会出现丙酮阀渗漏，有少量的丙酮拌合在泡沫液体内，这种也会产生抛空塌落现象。另外在输送液料中机械润滑混在液体内也会产生塌泡的不良现象。
3、泡沫气孔粗大：
泡沫气孔粗大有三种原因：
（1） 稳定剂发泡灵少，或者发泡灵胶凝，放置过久失效，发生这种现象可增加发泡灵的用量，也可以调换发泡灵。
（2） 气体发生速度比胶凝速度快，但不足以使泡沫孔破坏。解决办法可降低催化剂三乙醇胺的用量，增加固化剂有机锡的用量，也可以减少一些发泡剂F11的用量。这里应该指出，F11中可能含水量高，影响发泡质量，其含水大小也是十分关键的问题。
（3） 泡沫塑料发泡时，泡孔粗大一般也因甲、乙两组份在混合时搅拌速度不够所产生，特别是手工搅拌，更容易出现气孔粗大现象。在发小泡试验时最好采用电动搅拌机搅拌；在大生产时，由于浇注头的搅拌速度应控制在3000转/分为好。
4、泡沫体发脆、发软、发焦：
泡沫塑料发制后有时会出现酥、脆，用手压缩即成粉末状的情况。产生这种现象的原因大体有五种：
（1） 异氰酸酯过多，解决办法可适当降低。
（2） 工作面温度低；由于工作面温度低能产生两种现象，一种是泡沫液体落到工作面时不发泡，待落满一层后再发泡，另一种是即使发了泡会产生粘。酥、脆现象。解决办法一般把工作面温度升高，对于管线生产时可把管子加热到50-80℃.
（3） 引起泡沫发脆的另一种原因是模具内或管子表面有水气，这种水气来自压缩风中的水份或空气中湿度过大。在生产中应把风进行干燥，并设法把管子表面的水气除掉。
（4） 异氰酸酯的酸值过高，当异氰酸酯的酸值超过0.35%时，这种现象最容易发生。为此对这一指标要严加控制。
（5） 聚醚含水量过大也容易产生泡沫塑料发脆。如果表面发脆时，待48小时后经熟化会有好些好转。否则应需调整配方。
泡沫体发软大体上是异氰酸脂少，固化剂催化剂偏少所致。解决办法可测试流量，检查管路和环形泵，减少聚醚用量，适当调整增加三乙醇胺和有机锡的用量。
泡沫塑料发泡时也时常出现发黑、发焦或冒烟现象。这类现象的原因是催化剂的用量过大，料温过高所致。另一方面聚醚的羟值过高或403聚醚过量也易产生上述现象。解决方法减少三乙醇胺和有机锡的用量，降低料温，调换不同批号的聚醚和403聚醚，都可以得到改善。
四、对目前使用的发泡助剂的看法：
目前我们所使用的硬质聚氨脂泡沫塑料的助剂，如硅油是采用的软质泡沫开孔型乳化剂，这对于发闭孔的硬质泡沫有很大影响。首先对泡沫的闭孔率就有很大影响，本来硬质泡沫要求闭孔率越高越好，但是到目前国内无测试单位，这一数值对泡沫塑料的保温极为重要，硬质泡沫中每个泡沫孔都是不相通独立小孔其孔内包有F11，F11的导热系数很小，如果孔与孔相通了，不但影响导热系数而且也易吸水。因此对硬质泡沫的发泡灵这一问题必须引起科研单位的重视。
另外对催化剂三乙醇胺，本来硬质泡沫选用三乙烯二胺作催化剂较为理想，但国内产品出现供不应求，为此只有用三乙醇胺来代替。
关于固化剂有机锡，这一产品规格很多，它们直接影响到泡沫结构和质量的好坏，但我们使用单位是来什么批号用什么批号，所以出现很大偏差，对于上述问题也应引起人们的注意。
还要讲个公道话：我们在长期使用中发现异氰酸脂指标合格，聚醚树脂指标也是合格，为什么发不好泡沫呢？有时甚至不发泡呢？我们不能不想到助剂的指标，而且助剂的指标很不明确，又无人过问，本来有时不是异氰酸脂的问题，又找不出原因，所以把不应有的罪名强加于异氰酸和聚醚，认为质量差，不能用等。这是不公道的。所以我们建议有关生产助剂的厂家要提供助剂资料和保证生产质量，以便更好的使用。
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