澆注型聚氨酯彈性體膠輥的生產特殊工藝

一、 概況：      

 1、 聚氨酯膠輥的特點和類型： 澆注型聚氨酯膠輥是由液體聚氨酯橡膠通過澆注的方法制造的一種膠輥。它與普通膠輥相比，具有較高的機械強度（為天然橡膠的2-3倍），卓越的耐磨性（為天然橡膠5-10倍），突出的抗壓縮性；硬度范圍廣，且在高硬度下仍具有高彈性（這是其他膠種所沒有的特性）；表面光潔度高；機械加工性能優越；與金屬粘結性也比普通橡膠高得多，比較適合一定線速和高壓力下使用。 日前聚氨酯膠輥發展很快，原來使用的大量普通膠輥己被新型聚氨酯膠輥所取代。 澆注型聚氨酯膠輥大體分為聚酯型、聚醚型和聚己內酯型三種（指柔性鏈段的主要構成原料）。一般來說，聚酯型多用在低、中硬度的膠輥中，其物理機械性能高，耐溶劑性能較好，常用作有色金屬行業。聚醚型多用在高轉速、高硬度的膠輥中，它的耐水性能佳，耐低溫性優越，工藝性能好掌握，常用來制造拉絲輥、印花輥等。聚己內酯型綜合性能優越，耐低溫性能及耐水解性能好，常用作壓榨輥及要求較高的膠輥。   

    2、 膠輥對聚氨酯材料的基本要求：   
   （1） 必須滿足各種膠輥所要求的物理機械性能指標；   
   （2） 必須和輥芯有良好粘合性，以適應粘合成型的工藝要求；  

    （3） 膠輥硬度應符合要求，輥面硬度應均勻一致；    

  （4） 表面無氣泡，雜質及機械損傷。     

  3、 膠輥的主要技術性能   
    （1） 硬度：各種膠輥的硬度參考值 造紙膠輥 印花膠輥 印刷膠輥 其他膠輥 名稱 硬度 （邵A） 名稱 硬度 （邵A） 名稱 硬度 （邵A） 名稱 硬度 （邵A） 壓榨膠輥 80-90 印花膠輥 92-97 高速輪轉機 制革膠輥 50-60 擠水膠輥 75-85 絲光軋輥 85 墨輥 20-25 冷軋輥 85-95 烘缸托輥 85-95 絲光軋輥 80-85 高速平臺墨輥 25-30 壓漿輥 60-65 銅網伏輥 35、80 絲方平洗輥 80-85 一般平臺墨輥 20-25 油印膠輥 20-30 分毯膠輥 95-100 平洗機上輥 100 膠印機墨輥 30-35 打字機膠輥 85-90 案輥 95-100 平洗機下輥 80 一般印刷墨輥 40-45 礱谷膠輥 75-95 胸輥 70-80 繩洗機輥 80-90 拉絲輥 85-90 毛布導輥 95-100 軋染膠輥 85 真空伏輥 80-90 空心彎輥 55-60   
   （2） 表面要求：根據具體的用途而走，有的要求表面光潔或需經特殊加工或處理。   
   （3） 中高率：膠輥中心部直徑和端邊部直徑之差。其作用是彌補較細長的膠輥在運轉中的撓度變形，膠輥的中高率隨膠輥的長度而增加。      4、 金屬輥芯預處理：   
   （1） 認真進行輥芯的表面清洗，去除油污，潤滑劑及金屬締合生成的有機物質。清洗液可用通常的清洗溶劑或三氯乙烯等。   
   （2） 認真清除輥芯表面銹跡或氧化物。常用噴砂處理：對碳鋼質輥芯，推薦用80-100目氧化鋁磨料；對鋁質輥芯，宜用140-320目磨料進行濕噴砂處理，噴砂后，應使用溶劑將表面殘留粉塵清除干凈。為獲得良好的粘接效果，碳鋼輥芯要在噴砂后4小時內完成粘接，鋁質輥芯可在噴砂后72小時內完成粘結處理。      （3） 認真涂敷適宜的粘合劑（如NA-1，chcmlock-218,Thixon422等），涂敷粘合劑后，輥芯應在干燥空氣中干燥20分鐘，并在90＆#177;10℃下處理1小時，然后進行CPU 澆注操作。

二、 膠輥生產技術及工藝   
    1、 膠料制備及澆注工藝過程簡圖（以聚酯-TDI-MOCA為例）  
    2、 膠輥用澆注型聚氨酯彈性體主要性能： 品種及牌子 聚氧化丙烯醚型PPG-TDI-MOCA 聚四氫呋喃醚型PTMG-TDI-MOCA 聚酯型 PEA-TDI-MOAC 聚己內酯型PCL-TDI-MOCA A70 A90 A95 A80 A85 A90 A93 A80 A85 A90 A95 A72 A90 A93 硬度（邵A） 70 90 95 80 85 90 93 80 85 90 95 72 90 93 300%定伸強度（MPa） 4.7 13.8 20.0 7.5 8.1 14.2 21.7 7.6 8.6 12.1 26.0 8 21 38 拉伸強度（MPa） 19.7 31 31 20.2 23.1 30.4 38.4 40.7 45.0 49.5 52.2 25 40 48 扯斷伸長率（%） 600 510 440 530 515 450 420 610 560 510 450 650 450 380 壓縮永久變形（%） 66 27 35 27 27 28 30 28 24 25 30 18 17 19 撕裂強度（KN/m） 29 67 72 80 91 98 119 90 106 114 140 56 75 90 脆化溫度（℃）不高于 -40 -40 -40 -70 -70 -70 -70 -40 -40 -40 -40 -76 -70 -70 回彈率（%） 39 43 48 63 56 52 46 36 35 29 30 50 28 31 測試條件：70℃＆#215;22h，壓縮率25%   
    3、 生產工藝   
   （1） 予聚體制備舉例   
    ① 聚酯多元醇脫水（在脫水釜中進行）：用Mn2000（羥值53-59，mgKOH/g，溶點40-50℃）的聚酯，加熱熔化后在帶攪拌的不銹鋼或搪瓷釜中，脫水溫度100-140℃（聚醚100-110℃），以余壓5mmHg進行真空脫水30-60分鐘，使其含水量<0.05%（從視鏡可觀察脫水情況）。為使罐內液體充分脫氣，可間歇開停攪拌裝置，抽一段時間真空后，可停止反應罐加熱，使料溫降至70-80℃。      ② 予聚體合成（在反應釜中進行）；制品的性能取決于所用的原材料及其配比和加工工藝。先按性能要求，如溫度、受力情況和接觸介質及使用壽命等選擇合適的原材料，再按要求硬度選定合適配比及工藝條件（如混合溫度、澆注和脫模時間及硫化條件等）。為保證予聚體的質量，聚酯脫水及予聚體合成最好不在同一釜中進行，予聚體合成反應在干燥氮氣保護下進行。為防止反應劇烈、溫升過快，須備有冷卻裝置。建議加料順序：先加TDI后加聚酯，如反應劇烈，聚酯可分次加入，使反應過程平穩，反應溫度容易控制，合成的予聚體中游離異氰酸酯單體含量較低，結構較規整。使其保持在80＆#177;5℃，反應1-2小時，分析異氰酸酯基含量。在可能條件下也可購買符合要求的國內外品牌的予聚體。       ③ 予聚體脫氣（可在予聚體合成反應釜或澆注機的A 料罐中進行）；在85＆#177;5℃及余壓5mmHg下脫泡30-60分鐘。     （2） 澆注機澆注：   
    ① 技術關鍵：澆注機是澆注型聚氨酯彈性體（CPU）生產中的關鍵設備，其主要技術要求如下：   
       a、 配比精確，計量穩定：采用耐溫耐壓的高精度計量泵及精密傳動，調節和顯示裝置，其計量精度達＆#177;0.5%。   
       b、 混合均勻，不產生氣泡，采用特殊結構的高速混合頭，當兩組分原液粘度及配比相差很大時，亦能保證混合均勻，使生產的制品宏觀無氣泡，且調節靈活、操作方便。  
       c、 溫度穩定，準確可*：原液的溫度變化會影響原液的粘度、壓力、計量精度及混合比，使制品質量無法穩定。尤其是B組分（MOCA）常溫下為固體，若料溫太低則會結死而無法操作，料溫太高則易變色而影響制品質量。常用電加

熱的導熱油循環系統，加熱原液，計量泵及澆注頭，由智能型時間比例式數顯溫控儀進行恒溫自控。   
   ② 澆注工藝：在B料罐中加入MOCA（熔化溫度>110℃）啟動各組分的加熱系統，使A、B料均達到要求溫度并各自循環，A料如需要可先進行真空脫氣，達到予聚體中無氣泡，按配方要求通過調節計量泵的轉速和排量，使A、B料達到要求的混合比。啟動澆注按鈕，則Ａ、Ｂ料在澆注頭的混合腔中通過高速 的混合使之混合均勻，當排出的混合料在透明軟管中不含氣泡時即可往模具中澆注（模具及輥芯已經預處理，并預熱至80-110℃）。當兩澆注相隔時間較長時（超過釜中壽命1/2）需用清洗劑（二氯甲烷或三氯乙烯）對混合腔進行自動清洗（由電腦程控器自動控制）。當澆注停止時，A、B原液即自動轉為各自循環狀態，回到各自料罐中。     （3） 熟化及后處理：        ① 成型硫化（模型硫化），膠輥在脫模前在模具中硫化過程，其溫度可選擇在其化學結構不發生破壞的前提下，盡可能高一些，以加快擴鏈交聯反應，縮短脫模時間，提高模具和設備利用率，常以100-200℃，60-120min為宜。   
      ② 后硫化：指膠輥脫模后繼續加熱硫化的過程，溫度稍低于成型硫化，以90-110℃，3-10小時為宜。  
      ③ 表面再加工：根據要求在加工設備上進行車削或磨削加工。     （4） 注意要點：   
      ① 模具結構合理，裝配可*，分型面無漏膠可漏氣。  
      ② 溫度平衡，要求模具、輥芯及膠料的溫度基本相同，模具各部位溫度基本一致。  
      ③ 膠料的澆注點可在輥芯或模具邊緣，應保持固定不變，以不產生氣泡為宜，為防止裹挾氣泡，模具可適當傾斜使膠料沿壁而下。  
      ④ 膠輥未達到脫模強度前，不要隨便移動模具，以防產生龜裂。  
      ⑤ 裝配模具和輥芯時，尤其要注意防止涂過粘合劑的輥芯碰著模具內壁，影響膠輥的粘接質量。即模具上不得粘土粘結劑，輥芯上不得粘上脫模劑。        ⑥ 硫化后膠輥，待達到要求強度后，再進行表面切削和磨光等機械精加工，以保證輥面的粗糙和輥軸的同心度。     （5）對CPU 制品模具的基本要求：         ① 材料：選擇時應著重考慮：具有足夠的強度；足夠的耐熱性和尺寸穩定性；符合使用壽命要求的耐用性；制造成本較低。當批量生產從耐久性考慮常用金屬材料，單件或試制產品常用環氧樹脂等非金屬模具，若采用壓力合模澆注則應用金屬模具。  
      ② 結構：除了保證制品的幾何形狀和尺寸外，還應注意澆注位置，分型面和排氣，以便達到： a、 便于制品的澆注和脫模； b、 保證制品工作表面的質量； c、 便于模腔中氣體的排出； d、 便于模具的制造和機械加工，降低模具成本。     （6） 影響聚氨酯膠輥性能的主要因素：         ① 多元醇分子量對膠輥性能的主要因素： 分子量的大小決定了聚氨酯彈性體中特性基團的密度：聚酯型隨分子量增大，則其物性可提高；而聚醚型隨分子量增加，則提高了其柔順性，拉伸強度和模量會有所下降。一般應控制多元醇分子量在1100-2200之間。  
      ② 予聚體異氰酸酯基（NCO）百分含量的影響： 隨NCO增加，則硬度、抗撕裂，定伸強度，拉伸強度提高，且予聚體粘度降低，易于脫泡和混合，而伸長

 率下降；NCO過高，則膠料固化速度過快9釜中壽命變短），對澆注工藝極為不利。故NCO%一般在2.4-6.5%為宜。 NCO% MOCA用量 2.9 8.3 4.2 12 5.1 14.5 6.0 17.1 7.1 20 硬度 邵A 8.3 90 95 96 邵B 44 50 60 78         ③ 擴鏈系數的影響： 胺類固劑（MOCA）與予聚體中NCO的當量比（NH2/NCO）對膠料物性影響明顯 一般以0.85-0.95%為宜。 對于MOCA交聯體系一般應保持NCO稍過量，可使彈性體制品具有合適的交聯度，當擴鏈系數為0.88時，化學交聯和物理交聯達到較好平衡，彈性體的綜合性能最佳：當到1或更大時，因MOCA的增塑效應，且化學交聯和氫鏈的減弱，強度明顯降低，且永久變形較大。（故實用為保險，則擴鏈系統常取0.85）。    
   混合溫度的影響： 由于予聚體及擴鏈的種類不同，其工藝條件（混合溫度）亦不同，混合溫度提高釜中壽命和凝膠時間縮短，過低的混合溫度為固體擴鏈劑所不允許，雖有利于延長釜中壽命和提高物理性能，但汪易脫泡和均勻混合（因粘度變大），以擴鏈劑在予聚體中不析出為宜，如MOCA則以110-120℃為宜。 釜中壽命： 當CPU的兩種液體原料混合相遇后，會發生反應——擴鏈并高分子化——混合物會逐漸失去流動性，通常將兩種原料從混合開始，到混合物基本失去流動的這段時間，稱為釜中壽命（或固化期）