RIM聚氨酯彈性體成型工藝及氣泡分析

沈俊龍

摘 要：概述了玻璃PU RIM包邊總成的應用和成型工藝，以及在成型中常見缺陷——氣泡產生的原因分析。

關鍵詞：PU RIM；聚氨酯；多元醇；異氰酸酯；汽車玻璃；氣泡

反應注射成型（RIM）技術是一種快速生產聚合物制品的重要工業技術，是將兩種或兩種以上高活性的液體物料通過精確計量，在混合頭高壓碰撞混合后直接注入模具，迅速反應得到模制品[1]。RIM聚氨酯彈性體（簡稱：PU RIM），20世紀90年代，國外開始將RIM技術引入汽車玻璃包邊制品的生產，使聚氨酯彈性體與玻璃一次性結合成整體，簡化了傳統的操作工藝，縮短了操作時間，使生產效率大大提高。近年來，我國汽車制造業和玻璃配件企業發展迅速，也逐步將該工藝用于玻璃包邊制品的生產[2]。

玻璃制品是屬于易碎品，傳統的注射工藝模內型腔壓力大，玻璃難以承受這么高的注射壓力，在成型過程中玻璃就很容易破裂。PU RIM成型中型腔壓力低，被越來越多地應用玻璃制品的包邊產品中，其中在汽車玻璃包邊總成和建筑上用的太陽能光伏板封邊、建筑中空玻璃的封邊等的應用最為廣泛。隨著建筑業和汽車制造業的迅速發展，聚氨酯彈性體材料的需求量越來越大，要求也越來越高。

本文對PU RIM成型工藝做了概述，并對成型中最常見的缺陷——氣泡產生的原因進行分析。

1 RIM聚氨酯彈性體玻璃包邊總成成型工藝

PU RIM材料反應前是由兩個不同組份組成的，一個組份是多元醇，簡稱：Poly。另外一個組份是異氰酸酯，簡稱：ISO。目前用于PU RIM彈性體材料的ISO主要有兩大類，一類是耐候性好的脂肪族材料，其異氰酸酯是異氟爾酮二異氰酸酯，簡稱：IPDI；另外一類是耐候比較差，但力學性能較好的芳香族材料，其異氰酸酯是二苯基甲烷二異氰酸酯，簡稱MDI。和RIM聚氨酯發泡材料不同，不論是IPDI體系還是MDI體系材料，RIM聚氨酯彈性體材料成型后截面是致密光亮的，不能有任何氣孔，這樣才能保證材料的力學性能。在生產、包裝、運輸和儲存中一定要控制好多元醇的含水率。否則反應后的材料就會出現截面不致密，有發泡細孔。成型后的材料密度一般在1000 -1100kg/m3之間。

RIM 聚氨酯彈性體玻璃包邊總成成型工藝流程為：

噴脫模劑→玻璃（嵌件）定位→合?！鸶邏骸⑸洹袒_?！〖?/p>

2 PU RIM成型中產生氣泡的原因分析

在PU RIM注射過程氣體被包裹于材料中間形成的氣室，分布在制品表層就表現為凸起的氣泡，分布在制品中間就表現為暗泡，分布在制品最表層和模具型腔一同組成的密閉氣室，這種氣室通常比較小，就表現為針孔。以下就產生氣泡的原因進行詳細的分析。

2.1 注射流量太快

PU RIM材料在混合室中充分混合后通過混合頭中的活塞桿把混合好的材料推送到模具型腔內。在PU還沒完全反應固化之前，雙組份材料呈液狀，25℃條件下，其粘度在500-1200mpas之間。流體在密閉空間中的流動如果流水太快就會形成湍流，流動過程中就會因為材料本身的流動產生氣泡。通常為了獲得良好的制品外觀，需要控制好注射流速，保持液態材料在模具型腔中的流動是層流流動。

2.2 多元醇含水率偏高

在雙組份PU反應中，水是聚氨酯材料反應總的一種最常見最的發泡劑。如果多元醇中的含水率偏高，反應過程中多元醇中的水分就會和異氰酸酯反應產生放出二氧化碳氣體。如果含水率太高，反應中產生的二氧化氣體就多，型腔又是相對密閉的，那么多余的氣體就容易在制品中形成氣泡。通常多元醇的含稅率要求<0.1% Wt。

2.3 注射高壓不匹配

PU RIM在反應之前多元醇和異氰酸酯都在單獨的管路中循環，在注射前8-10S，設備通過提高流速提升混合的壓力，其目的主要是提升計量精度和保證混合均勻，通常情況下混合壓力要求在160-175bar之間。如果多元醇和異氰酸酯的混合壓力差別大，就容易造成混合不均勻，從而在制品表面產生氣泡。通?？刂苾蓚€組份之間的混合壓力差不超過15bar。

2.4 材料的反應活性大

雙組份聚氨酯材料在充分混合后到完全固化的這段時間稱為反應時間。反應活性越大反應時間就越短，反之，反應時間就越長。PU RIM成型中，在材料還沒有填充滿的時候材料要保持流動性，如果反應活性大，材料流動到末端匯合處的粘度就會變得很高，甚至無法注滿。在這樣的情況下，為了縮短注射時間，就不得不提高流量，這樣就容易在型腔內產生湍流，從而產生氣泡。

2.5 密封條溢料

模具型腔周邊與都有一圈密封條，其作用是夾緊玻璃和防止PU材料在成型時溢到玻璃包邊區域以外。如果密封條和玻璃之間局部沒有貼合好，注射成型時材料就會溢到玻璃包邊區域以外，這樣注射壓力就會減低，如果大面積溢料，那么在型腔比較寬的區域就會造成PU材料流動的料峰分叉，容易把空氣包覆在材料中形成氣泡。

3 研究的意義

通過對PU RIM成型中氣泡產生原因的分析，用于指導本領域工程技術人員處理實際生產中遇到相類似的問題，減少調試時間和調試費用，從而提高產出效率和成品率。

4 結論

PU RIM成型中產生氣泡的主要原因：

注射流量太快，型腔內PU材料成湍流流動；

多元醇含水率偏高，反應時放出二氧化碳；

注射高壓不匹配混合不均勻；

密封條溢料寬截面料流分叉，料峰包覆氣體。

參考文獻：

[1]徐培林，張淑琴.聚氨酯材料手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]宋聰梅. RIM聚氨酯彈性體與玻璃粘接性能的研究[J].彈性體，2011，21（1）：33-35.