澆注型聚氨酯彈性體膠輥的生產(chǎn)特殊工藝

一、 概況：      

 1、 聚氨酯膠輥的特點(diǎn)和類型： 澆注型聚氨酯膠輥是由液體聚氨酯橡膠通過(guò)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(jī)械強(qiáng)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(jī)械加工性能優(yōu)越；與金屬粘結(jié)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(fā)展很快，原來(lái)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(nèi)酯型三種（指柔性鏈段的主要構(gòu)成原料）。一般來(lái)說(shuō)，聚酯型多用在低、中硬度的膠輥中，其物理機(jī)械性能高，耐溶劑性能較好，常用作有色金屬行業(yè)。聚醚型多用在高轉(zhuǎn)速、高硬度的膠輥中，它的耐水性能佳，耐低溫性優(yōu)越，工藝性能好掌握，常用來(lái)制造拉絲輥、印花輥等。聚己內(nèi)酯型綜合性能優(yōu)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(duì)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(jī)械性能指標(biāo)；   
   （2） 必須和輥芯有良好粘合性，以適應(yīng)粘合成型的工藝要求；  

    （3） 膠輥硬度應(yīng)符合要求，輥面硬度應(yīng)均勻一致；    

  （4） 表面無(wú)氣泡，雜質(zhì)及機(jī)械損傷。     

  3、 膠輥的主要技術(shù)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(zhuǎn)機(jī) 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(tái)墨輥 25-30 壓漿輥 60-65 銅網(wǎng)伏輥 35、80 絲方平洗輥 80-85 一般平臺(tái)墨輥 20-25 油印膠輥 20-30 分毯膠輥 95-100 平洗機(jī)上輥 100 膠印機(jī)墨輥 30-35 打字機(jī)膠輥 85-90 案輥 95-100 平洗機(jī)下輥 80 一般印刷墨輥 40-45 礱谷膠輥 75-95 胸輥 70-80 繩洗機(jī)輥 80-90 拉絲輥 85-90 毛布導(dǎo)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(jù)具體的用途而走，有的要求表面光潔或需經(jīng)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(bǔ)較細(xì)長(zhǎng)的膠輥在運(yùn)轉(zhuǎn)中的撓度變形，膠輥的中高率隨膠輥的長(zhǎng)度而增加。      4、 金屬輥芯預(yù)處理：   
   （1） 認(rèn)真進(jìn)行輥芯的表面清洗，去除油污，潤(rùn)滑劑及金屬締合生成的有機(jī)物質(zhì)。清洗液可用通常的清洗溶劑或三氯乙烯等。   
   （2） 認(rèn)真清除輥芯表面銹跡或氧化物。常用噴砂處理：對(duì)碳鋼質(zhì)輥芯，推薦用80-100目氧化鋁磨料；對(duì)鋁質(zhì)輥芯，宜用140-320目磨料進(jìn)行濕噴砂處理，噴砂后，應(yīng)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(shí)內(nèi)完成粘接，鋁質(zhì)輥芯可在噴砂后72小時(shí)內(nèi)完成粘結(jié)處理。      （3） 認(rèn)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(yīng)在干燥空氣中干燥20分鐘，并在90＆#177;10℃下處理1小時(shí)，然后進(jìn)行CPU 澆注操作。

二、 膠輥生產(chǎn)技術(shù)及工藝   
    1、 膠料制備及澆注工藝過(guò)程簡(jiǎn)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(nèi)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(qiáng)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(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)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(cè)試條件：70℃＆#215;22h，壓縮率25%   
    3、 生產(chǎn)工藝   
   （1） 予聚體制備舉例   
    ① 聚酯多元醇脫水（在脫水釜中進(jìn)行）：用Mn2000（羥值53-59，mgKOH/g，溶點(diǎn)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(jìn)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(nèi)液體充分脫氣，可間歇開停攪拌裝置，抽一段時(shí)間真空后，可停止反應(yīng)罐加熱，使料溫降至70-80℃。      ② 予聚體合成（在反應(yīng)釜中進(jìn)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(zhì)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(shí)間及硫化條件等）。為保證予聚體的質(zhì)量，聚酯脫水及予聚體合成最好不在同一釜中進(jìn)行，予聚體合成反應(yīng)在干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。為防止反應(yīng)劇烈、溫升過(guò)快，須備有冷卻裝置。建議加料順序：先加TDI后加聚酯，如反應(yīng)劇烈，聚酯可分次加入，使反應(yīng)過(guò)程平穩(wěn)，反應(yīng)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(jié)構(gòu)較規(guī)整。使其保持在80＆#177;5℃，反應(yīng)1-2小時(shí)，分析異氰酸酯基含量。在可能條件下也可購(gòu)買符合要求的國(guó)內(nèi)外品牌的予聚體。       ③ 予聚體脫氣（可在予聚體合成反應(yīng)釜或澆注機(jī)的A 料罐中進(jìn)行）；在85＆#177;5℃及余壓5mmHg下脫泡30-60分鐘。     （2） 澆注機(jī)澆注：   
    ① 技術(shù)關(guān)鍵：澆注機(jī)是澆注型聚氨酯彈性體（CPU）生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，其主要技術(shù)要求如下：   
       a、 配比精確，計(jì)量穩(wěn)定：采用耐溫耐壓的高精度計(jì)量泵及精密傳動(dòng)，調(diào)節(jié)和顯示裝置，其計(jì)量精度達(dá)＆#177;0.5%。   
       b、 混合均勻，不產(chǎn)生氣泡，采用特殊結(jié)構(gòu)的高速混合頭，當(dāng)兩組分原液粘度及配比相差很大時(shí)，亦能保證混合均勻，使生產(chǎn)的制品宏觀無(wú)氣泡，且調(diào)節(jié)靈活、操作方便。  
       c、 溫度穩(wěn)定，準(zhǔn)確可*：原液的溫度變化會(huì)影響原液的粘度、壓力、計(jì)量精度及混合比，使制品質(zhì)量無(wú)法穩(wěn)定。尤其是B組分（MOCA）常溫下為固體，若料溫太低則會(huì)結(jié)死而無(wú)法操作，料溫太高則易變色而影響制品質(zhì)量。常用電加

熱的導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)，加熱原液，計(jì)量泵及澆注頭，由智能型時(shí)間比例式數(shù)顯溫控儀進(jìn)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(dòng)各組分的加熱系統(tǒng)，使A、B料均達(dá)到要求溫度并各自循環(huán)，A料如需要可先進(jìn)行真空脫氣，達(dá)到予聚體中無(wú)氣泡，按配方要求通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速和排量，使A、B料達(dá)到要求的混合比。啟動(dòng)澆注按鈕，則Ａ、Ｂ料在澆注頭的混合腔中通過(guò)高速 的混合使之混合均勻，當(dāng)排出的混合料在透明軟管中不含氣泡時(shí)即可往模具中澆注（模具及輥芯已經(jīng)預(yù)處理，并預(yù)熱至80-110℃）。當(dāng)兩澆注相隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（超過(guò)釜中壽命1/2）需用清洗劑（二氯甲烷或三氯乙烯）對(duì)混合腔進(jìn)行自動(dòng)清洗（由電腦程控器自動(dòng)控制）。當(dāng)澆注停止時(shí)，A、B原液即自動(dòng)轉(zhuǎn)為各自循環(huán)狀態(tài)，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(guò)程，其溫度可選擇在其化學(xué)結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞的前提下，盡可能高一些，以加快擴(kuò)鏈交聯(lián)反應(yīng)，縮短脫模時(shí)間，提高模具和設(shè)備利用率，常以100-200℃，60-120min為宜。   
      ② 后硫化：指膠輥脫模后繼續(xù)加熱硫化的過(guò)程，溫度稍低于成型硫化，以90-110℃，3-10小時(shí)為宜。  
      ③ 表面再加工：根據(jù)要求在加工設(shè)備上進(jìn)行車削或磨削加工。     （4） 注意要點(diǎn)：   
      ① 模具結(jié)構(gòu)合理，裝配可*，分型面無(wú)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(diǎn)可在輥芯或模具邊緣，應(yīng)保持固定不變，以不產(chǎn)生氣泡為宜，為防止裹挾氣泡，模具可適當(dāng)傾斜使膠料沿壁而下。  
      ④ 膠輥未達(dá)到脫模強(qiáng)度前，不要隨便移動(dòng)模具，以防產(chǎn)生龜裂。  
      ⑤ 裝配模具和輥芯時(shí)，尤其要注意防止涂過(guò)粘合劑的輥芯碰著模具內(nèi)壁，影響膠輥的粘接質(zhì)量。即模具上不得粘土粘結(jié)劑，輥芯上不得粘上脫模劑。        ⑥ 硫化后膠輥，待達(dá)到要求強(qiáng)度后，再進(jìn)行表面切削和磨光等機(jī)械精加工，以保證輥面的粗糙和輥軸的同心度。     （5）對(duì)CPU 制品模具的基本要求：         ① 材料：選擇時(shí)應(yīng)著重考慮：具有足夠的強(qiáng)度；足夠的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性；符合使用壽命要求的耐用性；制造成本較低。當(dāng)批量生產(chǎn)從耐久性考慮常用金屬材料，單件或試制產(chǎn)品常用環(huán)氧樹脂等非金屬模具，若采用壓力合模澆注則應(yīng)用金屬模具。  
      ② 結(jié)構(gòu)：除了保證制品的幾何形狀和尺寸外，還應(yīng)注意澆注位置，分型面和排氣，以便達(dá)到： a、 便于制品的澆注和脫模； b、 保證制品工作表面的質(zhì)量； c、 便于模腔中氣體的排出； d、 便于模具的制造和機(jī)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(duì)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(tuán)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(qiáng)度和模量會(huì)有所下降。一般應(yīng)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(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度提高，且予聚體粘度降低，易于脫泡和混合，而伸長(zhǎng)

 率下降；NCO過(guò)高，則膠料固化速度過(guò)快9釜中壽命變短），對(duì)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(kuò)鏈系數(shù)的影響： 胺類固劑（MOCA）與予聚體中NCO的當(dāng)量比（NH2/NCO）對(duì)膠料物性影響明顯 一般以0.85-0.95%為宜。 對(duì)于MOCA交聯(lián)體系一般應(yīng)保持NCO稍過(guò)量，可使彈性體制品具有合適的交聯(lián)度，當(dāng)擴(kuò)鏈系數(shù)為0.88時(shí)，化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)達(dá)到較好平衡，彈性體的綜合性能最佳：當(dāng)?shù)?或更大時(shí)，因MOCA的增塑效應(yīng)，且化學(xué)交聯(lián)和氫鏈的減弱，強(qiáng)度明顯降低，且永久變形較大。（故實(shí)用為保險(xiǎn)，則擴(kuò)鏈系統(tǒng)常取0.85）。    
   混合溫度的影響： 由于予聚體及擴(kuò)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(shí)間縮短，過(guò)低的混合溫度為固體擴(kuò)鏈劑所不允許，雖有利于延長(zhǎng)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(kuò)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(dāng)CPU的兩種液體原料混合相遇后，會(huì)發(fā)生反應(yīng)——擴(kuò)鏈并高分子化——混合物會(huì)逐漸失去流動(dòng)性，通常將兩種原料從混合開始，到混合物基本失去流動(dòng)的這段時(shí)間，稱為釜中壽命（或固化期）