硬质聚氨酯泡沫塑料制造技术

本发明专利技术涉及含有复合相和多孔非复合相的聚氨酯泡沫塑料，该塑料作为补强泡沫塑料很有用，例如在汽车制造业应用中。这种泡沫塑料可以很方便地通过高粘度异氰酸酯反应成分和高粘度多异氰酸酯成分的反应制备，它们中至少有一种含有大量的空心微球体。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬质聚氨酯泡沫塑料。更明确地说，本专利技术涉及新型硬质复合聚氨酯泡沫塑料，它们作为补强材料十分有用，尤其是在汽车行业中。在汽车和其它行业中硬质泡沫塑料有多种用途。例如，在汽车和其它行业中，硬质泡沫塑料已经被用于结构补强、防止腐蚀以及降低噪音和振动。通常，为了在汽车制造业应用中作为补强泡沫塑料有用途，期望硬质泡沫塑料在密度和物理特性例如压缩强度之间有一个很好的平衡。已经尝试过的一种实现上述目的的方法是使用叫做复合泡沫塑料的材料。复合泡沫塑料是由分散在树脂基质中的空心微球体(微细中空泡，微泡，或微球状物)构成的复合材料。这些微球体通常是用无机材料如玻璃和硅土；聚合材料如环氧树脂、不饱和聚脂树脂、硅树脂、酚醛塑料、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯制造的。本领域熟知的用作结构泡沫塑料的复合泡沫塑料的一个实例是Novamax公司出售的商标为“Novacore”的产品。该产品将环氧树脂用作连续的树脂基质。在这些复合泡沫塑料中，典型的树脂基质基本上是非泡沫状的。然而，由于微球体是空心的，它们的内含物降低了复合泡沫塑料的密度。因此，本质上来说，所有的密度降低(相对于非泡沫塑料环氧基质的密度而言)可以归因于包含在微球体中的气体。在某些情况下，通过向其中引入可膨胀的塑料球和/或可热分解的发泡剂如偶氮二酰胺或对，对-双氧(苯磺酰肼)，环氧基质可以被轻微地膨胀。然而，这些材料的膨胀界限通常是80％或更低，而且为了获得即使这样小量的膨胀也需要施热。尽管基于一份和两份环氧树脂的复合泡沫塑料在汽车行业中作为补强泡沫塑料已经取得了一些令人满意的效果，但它们还是有一些缺陷。首先，基于环氧树脂的复合泡沫塑料是通过施热来硫化的。在汽车制造业应用中，通常很难供给足够的热量使得基于环氧树脂的复合泡沫塑料彻底硫化整个零件。因此，可能有部分泡沫塑料被硫化，而其它部分尤其是泡沫塑料的中心部位可能硫化不到。而且，硫化通常是在E-coat和涂料硫化烤箱中完成的，这些烤箱通常不会对硫化温度保持严格的控制。当烤箱温度太低时，会导致未完全满足或硫化不足。硫化不足会导致泡沫塑料的Tg值较低，这样当变暖时，如在夏季时泡沫塑料会变软并失去补强作用。相反，烤箱温度太高通常会导致化学反应放热，这又会导致泡沫塑料焦烧、炭化、过度膨胀，或者甚至如果放出的热量太高会导致涂料起泡。其次，基于环氧树脂的复合泡沫塑料通常很容易碎裂，因而缺乏断裂韧性。因此，一旦受到冲击(如车辆碰撞)这些泡沫塑料就会粉碎，或者在受到应力时很容易出现裂纹。第三，在低于大约27～35磅/立方英尺(pcf)(430～560公斤/立方米)的密度下很难制备合适的基于环氧树脂的复合泡沫塑料。在较低密度下，这些泡沫塑料非常易碎。然而，较低的密度对于汽车厂商而言非常重要，尤其当交通工具含有大量的补强泡沫塑料时。较低的密度可以转化成较低的泡沫塑料重量，从而降低交通工具的总重量。重量降低通常与降低燃料消耗相关，从而降低交通工具的运营成本。硬质非复合聚氨酯泡沫塑料也已经在汽车制造业应用中用作补强泡沫塑料。通过多异氰酸酯化合物如甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或聚合MDI与异氰酸酯反应成分如多元醇或水的反应就可以制备聚氨酯泡沫塑料。通常，将异氰酸酯反应成分和多异氰酸酯流在混合头中混合(如果配方中不包括水，则与发泡剂一起混合)，然后将其分配进放到空腔或模子中。在空腔或模子中，异氰酸酯反应成分和多异氰酸酯发生反应形成聚氨酯。配方中存在的任何水分都会与多异氰酸酯发生反应产生二氧化碳气体。二氧化碳气体能引起泡沫物质的膨胀，从而导致非复合多孔结构。这些非复合聚氨酯泡沫塑料的优势在于，它们可以在很低的密度下形成，从而降低了泡沫塑料的总重量。然而，用于制备这些泡沫塑料的原材料通常是低粘度的液体，一般大约是1000cps(1Pa.s)或更低。因为反应混合物通常被用于交通工具的起初未按照用于泡沫塑料的模子设计的结构构件，所以这在汽车制造业应用中会引起问题。这些结构构件包括垂直表面或没有完全密封的空腔。例如，这些构件可能包括装饰物固定孔、未封闭的接缝、排水槽等开口。因此，低粘度反应混合物可以很容易地从空腔中的任何小开口漏出，或者从非水平的表面流走。另外，通常期望只补强特殊零件的某些部分。为了用这些聚氨酯泡沫塑料配方实现此目的，必须在零件或空腔内部安装隔板或挡板，以保证将混合物限制在期望区域。这会增加相当大的处理成本。用聚氨酯泡沫塑料解决这些问题的一个方法是使反应混合物起泡。起泡通常通过是用高剪切混合器将空气或其它气体机械地抽入聚氨酯混合物中完成。在使用起泡方法时，由于离开混合头的反应混合物具有乳状的更加高的流阻稠度，所以可以降低渗漏。然而，为了产生流阻稠度，必须将足够大量的气体抽入反应混合物中，而且这最终会导致泡沫塑料的密度非常低而不能提供足够的补强性能。解决聚氨酯泡沫塑料的这些问题的另一个方法是选择高反应性成分，以便反应混合物具有非常短的凝胶时间。然而，这些配方的放热量往往很高，因此必须采取预防措施以防止反应过程中产生的热量使温度高到足以引起泡沫塑料焦烧或甚至泡沫塑料起火。另外，当用于制备较大体积的泡沫塑料时，这些高反应性混合物往往会裂开。所以，这些高反应性混合物通常成功地用于聚氨酯泡沫塑料的薄层或以比填充空腔所需的量较小的量使用。这大大的限制了这些高反应性混合物的使用范围。一方面，本专利技术涉及一种聚氨酯泡沫塑料，其具有每立方英尺大约7～35磅(110～560公斤/立方米)的容积密度和至少5,000psi(34,500kPa)的压缩系数，是用ASTM D 1621方法对2”×2”×1”(5×5×2.5厘米)的无皮层芯泡沫塑料样品在0.1英寸/分(0.25厘米/分)的偏差率下测量所得。其中所述泡沫塑料包括一种非复合多孔聚氨酯基质，其中以该泡沫塑料的重量为基准，该基质已经分散了含有空心微球体的重量百分比为5～35％的复合相。本专利技术所述此方面的泡沫塑料提供了适度低密度和良好物理特性尤其是压缩系数的独特结合。由于该泡沫塑料在需要补强的地方很容易起泡而且很容易配制，从而不需要施热来硫化，因此该泡沫塑料特别适合用作补强泡沫塑料，尤其是在汽车制造业应用中。本专利技术的另一方面涉及一种聚氨酯泡沫塑料，该塑料是通过如下方法制备的(1)在反应条件下将高粘度异氰酸酯反应成分(a)和高粘度多异氰酸酯成分(b)混合，其中成分(a)包括至少一种多元醇、一种发泡剂和至少一种触变剂，成分(b)包括至少一种多异氰酸酯化合物和至少一种触变剂，其中成分(a)和(b)中的一种或两种包括大量空心微球体，和(2)允许混合物在适当位置膨胀和硫化因为本专利技术所述泡沫塑料包括微球体和一种多孔聚氨酯基质，所以该泡沫塑料可以很容易地制备，并且将期望密度和良好物理特性尤其是压缩系数结合起来。由于可以很容易地从高粘度成分制备该泡沫塑料，所以可以容易地将其用于多种需要补强的结构。在使用时，高粘度反应混合物保留在适当位置直到其膨胀和硫化以形成期望的补强泡沫塑料。该反应混合物在硫化时通常不需要施热，因此减少了成本很高的加热步骤。本专利技术所述泡沫塑料既包括连续的非复合聚氨酯泡沫塑料相，也包括复合相。连续的非复合聚氨酯泡沫塑料相是通过上述多元醇和多异氰酸酯成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯泡沫塑料，其具有每立方英尺大约７～３５磅（１１０～５６０公斤／立方米）的容积密度和至少５，０００ｐｓｉ（３４，５００ｋＰａ）的压缩系数，是用ＡＳＴＭＤ１６２１方法对２”×２”×１”（５×５×２．５厘米）的无皮层的芯泡沫塑料样品在０．１英寸／分的偏差率下测量的；其中所述泡沫塑料包括一种非复合多孔聚氨酯基质，其中以该泡沫塑料的重量为基准，该基质已经分散了含有空心微球体的重量百分比为５～３５％的复合相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MP艾伦，RJ马蒂耶加，
申请(专利权)人：爱赛克斯特种产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]