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MDI聚氨酯筛网的工艺与预聚体的制备

聚氨酯弹性体是一种介于普通橡胶与塑料之间的高分子材料[1],其最大特点是硬度范围宽且赋于 弹性,耐磨性好,机械强度高,其应用范围十分广泛,到目前为止已由国防、航天部门扩大到冶金、石 油、采矿、汽车、水利、纺织、医疗、体育、粮食加工、建材等众多领域。
聚氨酯筛板是近年来发展起来的用于矿山选矿、分级、脱水等筛机上替代金属筛板的一种新型制 品。主要用于煤矿、铁矿、铜矿、金矿等各种矿石的分级、筛选、脱水等场所,是振动筛必备的配件之 一。聚氨酯筛板根据其结构可分为弛张筛板、张力筛板、板式筛板和复合筛板等。目前,国内绝大部 分聚氨酯筛板是由TDI型浇注聚氨酯弹性体制造的,采用MDI型浇注聚氨酯来加工制造筛板在国外技术 已十分成熟,而我国目前采用MDI型浇注聚氨酯加工筛板的厂家还相对较少,主要原因是该体系的加工 技术难度较大,对浇注设备要求高[2]
本文采用半预聚体法,以自制聚酯多元醇和MDI为主要原料制备了适用于机器浇注的聚氨酯筛板浇 注物料,该体系浇注物料粘度、凝胶固化时间适中,能够满足小开口条缝筛的生产。
1实验部分
1.1主要原料
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),工业级,烟台万华;聚酯多元醇PES1,相对分子质量1500,自 制;聚酯多元醇PES2,相对分子质量2000,自制;聚酯多元醇PEDA,相对分子质量2000,自制;聚酯 多元醇PEPA,相对分子质量2000,自制;1,4-丁二醇(BDO),工业级,日本三菱;催化剂CT1,复 配;CT2,复配;CT3,复配。
1.2浇注物料及试样的制备 1.2.1半预聚体的合成
向装有搅拌器、温度计、真空管的烧瓶中加入聚酯多元醇,在100〜110°C下真空脱水2〜3h,然后 降温至60°C左右,密闭备用。向烧瓶中加入计量好的MDI,按计量比逐步加入脱过水的聚酯多元醇,控 制反应温度在80C±5C,氮气流保护条件下反应1〜3h后出料,即得半预聚体(A组分)。
1.2.2扩链剂B组分的制备
向装有搅拌器、温度计、真空管的烧瓶中加入计量好的聚酯多元醇和各种助剂,在100〜110C下
真空脱水2〜3h,然后降温至60〜70°C出料,即得扩链剂B组分。
1.2.3扩链剂C组分BD0的处理
向装有搅拌器、温度计、真空管的烧瓶中加入多元醇BD0,在90±5C下真空脱水5〜6h后,测试水 含量,合格后降温至50〜60C后出料,密封保存,即得扩链剂C组分。
1.2.4试样的制备
先将A、B、C三组分物料预热至操作工艺温度范围内,然后按比例称量,加入催化剂CT1混合均 匀,脱气至基本无泡后,浇入已预热的模具中,硫化30〜60min后脱模,继续在工艺温度下后硫化24 h 时间,即得试样。试样在常温下放置7天后测试性能。
1.2.5性能测试
硬度(邵氏A):GB/T531.1—2008;拉伸强度:GB/T528 — 2009;断裂伸长率:GB/T528 — 2009; 撕裂强度:GB/T529 — 2008;回弹性:GB/T1681 — 2009;磨耗:DIN 53516—1987。
2结果与讨论
不同软段结构聚酯多元醇对弹性体性能的影响
采用聚酯多元醇PES1和MDI为原料合成半预聚体A组分,分别以不同结构聚酯多元醇PES2、PEDA和 PEPA作为扩链剂B组分,BD0作为扩链剂C组分,制备硬段含量为33%的试样,考察聚酯多元醇结构对弹 性体性能的影响,结果见表1。
表1不同软段结构聚酯对聚氨酯弹性体性能的影响
聚酯多元醇 PES2 PEDA PEPA
硬度(邵A) 86 84 82
拉伸强度/Mpa 47 42 38
断裂伸长率/% 600 480 540
撕裂强度/(N/mm) 98 88 75
回弹/% 45 40 40
DIN/mm3 44 61 74
从表1数据可以看出,在弹性体硬段含量相同的条件下,采用PES2聚酯作为B组分所制备的弹性体 综合性能最好,采用PEDA结构聚酯制备的弹性体性能适中,而采用PEPA所制备的弹性体性能最差,尤 其是耐磨性和撕裂强度变差。
物料温度对弹性体性能的影响
所用的二异氰酸酯为4,4'-MDI结构,其NC0基团活性较高,导致MDI
体系浇注物料在浇注时凝胶时间较短,增加了该类体系物料的加工难度。因此,物料温度的选 择,显得尤为重要。表2着重考察了在A组分料温和模具温度不变及硬段含量为30%时,扩链剂(B + C)组 分温度对弹性体性能的影响。
料温/°c 55 60 65 70
凝胶时间/s 400 380 150 100
硬度(邵A) 83 83 81 80
拉伸强度/Mpa 47 46 47 45
断裂伸长率/% 607 615 605 620
撕裂强度/(N/mm) 96 95 95 94
回弹/% 44 44 45 45
DIN/mm3 43 42 43 42
注:凝胶时间是混合物料注入模具后开始计时,浇注前操作时间相同。
从表2可以观察到,随着扩链剂温度的提高,混合物料注入模具后凝胶时间逐步缩短,但对弹性体 性能的影响不大,对操作工艺性影响较大,因此在聚氨酯筛板实际生产过程中,要根据不同筛板型号 及用料量,来选择合适的温度和机器吐出量,以保证筛板的质量。
2.3模具温度的影响
半预聚体和扩链剂组分混合后的反应是放热过程,在料温固定的情况下,模具温度的影响不可忽 视,选取硬段含量为33%配方,考察了模具温度对弹性体性能的影响,实验结果见表3。
表3模具温度对弹性体性能的影响
模温/c 90 100 120
凝胶时间/s 110 95 60
硬度(邵A) 87 86 83
拉伸强度/Mpa 48 47 43
断裂伸长率/% 590 600 580
撕裂强度パN/mm) 97 98 90
回弹/% 46 45 42
DIN/mm3 43 44 46
制品外观 白色 白色 发青
从表3可以明显看出,当模具温度高时,凝胶时间明显缩短,弹性体的综合性能有所降低,尤其 是硬度和撕裂强度,降低颇为明显,制品外观偏透明,这可能是由于模温高导致长链醇和BDO反应不协 调,致使弹性体微相分离不彻底的缘故。
2.4催化剂的筛选
聚氨酯筛板加工成型过程中对浇注物料固化初始强度要求较高,如果初始强度差,则脱模时容易 脱坏筛板,导致废品率增加。对于MDI体系三组分浇注物料来说,一般需要添加催化剂来调整三组分 间反应的协调性及弹性体的初始强度,然而不同催化剂催化效率不同,因此选择合适的催化剂尤为重 要。在硬段含量相同条件下,考察了三种催化剂对浇注物料固化速度及初始强度的影响,实验结果见 表4。
催化剂种类 CT1 CT2 CT3
硬段含量/% 33 33 33
凝胶时间/s 300〜350 120〜200 400〜600
30 min后初始强度 有韧性,不易破坏 有韧性,不易破坏 蜡状
由表4可以看出,催化剂CT1的催化效果最佳,其凝胶时间适宜,且初始强度较好,能够满足筛板 行业对浇注物料初始强度要求,CT2催化活性较高,难以控制凝胶时间,不利于筛板加工,CT3相比之 下,催化效率最差,初始强度不能满足生产要求。
催化剂用量对弹性体性能的影响
在半预聚体法合成工艺中,由于其多元醇组份包含有活性差异较大的多种多元醇,因此这就需要 用催化剂来调整反应的平稳性,催化剂的用量也是影响弹性体性能的关键因素。
表5催化剂用量对弹性体性能的影响
聚酯多元醇   PES2  
催化剂CT1占PU质量分数/% 0.05 0.2 0.3
凝胶时间/s 300 180 90
硬度(邵A) 94 91 88
拉伸强度/Mpa 50 48 46
断裂伸长率/% 555 550 570
撕裂强度/(N/mm) 115 110 98
回弹/% 43 45 45
DIN/mm3 48 46 47
制品外观 白色 白色 发青
从表5可以看出,催化剂对弹性体的影响效果与模具温度的影响有些类似,即催化剂和模温都能提 高物料的反应速率,缩短凝胶时间,对产品的硬度和外观影响较大,因此选择合适的催化剂用量尤为
重要。
2.6与国外同类体系材料对比
将研制的MDI/聚酯型聚氨酯筛板用浇注物料与国外公司生产的同类体系材料性能进行对比,如表6
所示。
表6与国外公司主要性能对比
自制 国外公司
硬度(邵A) 86 91 85 90
拉伸强度/MPa 47 48 49 41
断裂伸长率/% 600 550 650 650
撕裂强度/(N/mm) 98 110 109 120
回弹% 45 45 45 45
DINmm3 44 46 45 45
1、 聚酯多元醇的结构、料温、模温及催化剂对MDI/聚酯型弹性体的性能影响较大,因此选择合适 的聚酯结构、催化剂及工艺参数是制备MDI/聚酯型聚氨酯筛板的关键;
2、 与国外相应产品进行了对比,研制的浇注物料性能与国外产品相当,能够满足聚氨酯筛板的性 能要求;
3、 研制的MDI/聚酯型聚氨酯筛板用浇注物料,与进口料相比,性价比较高。
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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