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塑性聚氨酯弹性体(TPU)母料的生产工艺及设备
一、概况:
TPU是加热可塑化,溶剂可溶解的聚氨酯弹性体。与MPU(混炼型聚氨酯弹性体)和
CPU(浇注型聚氨酯弹性体)比较,化学结构上没有或少有化学交联,分子基本上是
线性的,而存在一定的物理交联。它具有高模量、高强度、高伸长和高弹性。优良的
耐磨、耐油、耐低温、耐老化性能。可用一般塑料加工方法生产各种制品,废料可回
收利用,可广泛使用助剂与填料,以改善某些物理性能、加工性能或降低成本。
TPU按软段结构可分为聚酯型、聚醚型等。聚酯型因含有内聚能较高的酯基,产品的
机械性能较高,成本适中,但耐水性能较差。而聚醚型由于它无酯基并在分子中含有
可自由放置的醚键,而表现出较好的低温柔顺性和耐水解性,但机械强度和耐热性较
差。聚己内酯型介于聚酯和聚醚之间,综合性能较好,但价格较高。
二、聚酯型热塑性聚氨酯弹性体
1、原料:
(1)高分子二醇:聚酯多元醇(PES)
PEA(聚己二酸乙二醇酯)M=2000,羟值55±3mgKOH/g
PDA(聚己二酸乙二醇内二醇酯)M=2000,羟值56±2.5mgKOH/g
PBA(聚己二酸乙二醇丁二醇酯)M=2000,羟值56±2.5mgKOH/g
(2)二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)(芳香族)
纯MDI在常温下为白色或微黄色固体,加热时有刺激性臭味,熔点≥38℃,沸点
194~199℃/5mmHg,密度:1.19。
分子式及分子量:C15H10N2O2;250
(3)扩链剂(低分子二醇):
1,4丁二醇(BDO)(脂肪开链二醇)
为无色油状液体,极易吸水,相对分子量M=90.1、密度1.02,沸点:229.5℃,熔点
20.1℃
2、配方:
PES(MW2000,二官能度)1克分子
MDI3克分子
BDO2克分子
异氰酸酯指数R=(NCO/OH)=0.97~1.03
性能:密度1.2硬度(邵A)70-95
拉伸强度MP35-40300%模量MPa3-18
伸长率%450-700撕裂强度MPa4-12
磨耗(克损失)0.0025~0.15脆化温度-17~-30℃
3、生产工艺:
将高分子聚酯二醇(PES)熔化后加入A料罐,加热到要求料温(100~120℃)后在低
速搅拌下真空脱水2~3h,使之含水量<0.05%,解除真空通氮气后备用;
将MDI熔化后加入B料罐,加热到要求温度(60~70℃)后在低速搅拌下真空脱气
0.5~1h,使之达到要求后,解除真空并通氮气后备用;
将低分子二醇(BDO)加入C料罐加热到要求温度(30~50℃)后在低速搅拌下真空
脱水0.5~1h,使之含水量达到要求后,解除真空并通氮气后备用。
为了给浇注机各计量泵的连续供料,每个组份均设有相同规格两套料罐,以便作到一
个真空脱水,另一个给计量泵供料。
各组原液按配方要求通过计量泵的精确计量输到浇注头,在高速搅拌下进行均匀初混
合后,输至双螺反应挤出机使其进一步混合均匀和化学反应,再进行切粒和筛分等。
4、工艺过程(采用双螺杆连续化工艺)
(1)原料处理:使原料熔化,达到要求温度和脱气,为了作到连续生产,设备两组贮
罐,以便分别进行脱气和供料。
(2)TPU浇注机:对各组份进行连续精确计量和初混合。
(3)双螺杆反应挤出机:物料的进一步混合和化学反应及输送。(双轴同向旋转、完
全啮合,具有自清洁作用)、
具有下列特点:
①在高温高压下进行反应(温度140~250℃,压力4~7MPa)可确保副反应降到最低
限度,高压可抑制带有气体的分解反应。
②使低分子量齐聚物(~1500g/mol)的质量分数降到最低(~0.36%)
③相对运动的两螺杆间应有较高的剪切速度梯度(>2000S-1)使物料良好混合,均
质完全,使其反应均匀,不会出现局部凝胶。捏合次数可达7~15次/S。
④要求料筒各段温度控制必须均匀而准确,并备快速加热和冷却功能,应具有良好的
传热效率。各段控温参数举例:
一段温控80~180℃六段温控150~210℃
二段温控100~200℃七段温控140~200℃
三段温控150~210℃八段温控100~19
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