聚氨酯彈性高耐磨輪胎生產工藝

接到訂單：安排生產

原料系統：1，生產原料（配料）  2,化學化驗 3，物理小樣實驗 4，檢驗合格備用

鋼圈系統：1，生產鋼圈或需方提供 2，處理鋼圈增加附著力（特殊結構）3，噴砂處理4，涂刷膠粘劑5，檢查合格備用

生產輪胎：1，原料加入澆注機  2，抽真空脫泡  3，模具及鋼圈加溫  4，澆注  5，一次硫化（85℃,2個小時）  6，開模   7，二次硫化（95-105℃，12小時）  8，后加工  9，噴漆  10，成品檢驗  11，合格包裝。

聚氨酯彈性體輪胎生產工藝

一、聚氨酯彈性體的概述

所謂彈性體是指玻璃化溫度低于室溫，扯斷伸長率＞50%，外力撤出后復原性比較好的高分子材料，而玻璃化溫度高于室溫的高分子材料稱為塑料。在彈性體中，其扯斷伸長率較大（ ＞ 200% ）、100%定伸應力較?。?nbsp;如＜ 30Mpa ）、彈性較好的可稱為橡膠。所以彈性體是比橡膠更為廣泛的一類高分子材料。

聚氨酯彈性體，又稱聚氨酯橡膠是彈性體中比較特殊的一大類，其原材料品種繁多，配方各種各樣，可調范圍很大。聚氨酯彈性體硬度范圍很寬，低至紹爾 A10以下的低模量橡膠，高至紹爾D85的高抗沖擊橡膠彈性材料。所以聚氨酯彈性體的性能范圍很寬，是介于從橡膠到塑料的一類高分子材料。

二、聚氨酯彈性體主要原材料

聚氨酯彈性體用的原料主要是三大類，即低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴鏈劑 （交聯劑）。除此之外，有時為了提高反應速度，改善加工性能及制品性 能，還需加入某些配合劑。下面只對生產的聚氨酯所用原材料進行具體描述。

反應過程：多元醇與二異氰酸酯反應，制成低分子量的預聚體；經擴鏈反 應，生成高分子量聚合物；然后添加適當的交聯劑，生成聚氨酯彈性體。

2.1低聚物多元醇

聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度較低，通常為 2或2~3.相對分子質量為400~6000，但常用的為1000~2000.主要品類有聚酯多元醇、聚醚多元醇、 聚己內酯二醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇等。它們在合成聚氨酯樹脂中起著非常重要的作用。一般可通過改變多元醇化合物的種類、分子量、官能度與分子結構等調節聚氨酯的物理化學性能。

2.2聚酯多元醇

聚酯多元醇簡稱聚酯，是聚氨酯彈性體***重要的原料之一。它是由二元羧酸和多 元醇縮聚而成，***常用的二元羧酸是己二酸，***常用的多元醇有乙二醇、丙二 醇、丁二醇、二乙二醇。此外，一些特殊聚酯還用戊二醇、乙二醇、三羥甲基丙 烷、甘油等多元醇。因為可用的多元醇品種多，所以聚酯的分子結構多種多樣， 品種牌號也較多。為了得到端羥基聚酯，必須用過量的多元醇與二元羧酸反應。

一般采用間歇法生產聚酯。其反應過程分為酯化反應和酯交換反應兩個階段。生產裝置大同小異，一般工藝流程，主要設備包括縮合釜、分餾冷凝器、冷凝器、計量罐、真空系統、加熱冷卻系統和控制系統。整個系統的氣密性要求十分嚴 格?？s合釜攪拌軸可采用端面機械密封。加料順序先加多元醇和配合劑，后加已 二酸，然后充氮。酯化反應從加熱升溫開始到220~25 0C后約1h基本完成。此階段主要是常壓脫水過程，生成低分子聚酯和縮合水。當升溫到135C左右時酯化反應***激烈，生成大量縮合水。因為縮合水的蒸發會發生大量氣泡上升，用 1， 4-丁二醇和 1，6- 乙二醇為原料時氣泡尤為激烈。此時應及時調節加熱功 率，控制冷凝器出水速度，防止大量水蒸氣將大量分子多元醇帶出分餾冷凝器。 激烈反應過后，維持適宜的出水速度，逐漸將反應溫度升到220~250C .當酸值降至30mgKOH/gt右或出水量約等于理論水量時，因為混合物中的羥酸很少，酯化難以繼續進行，出水基本停止，酯化反應階段基本結束。

多異氰酸酯 多異氰酸酯品種也不少，但產量***的只有兩種，即二苯基甲烷二異氰酸 酯 （MDI ）及其聚合物多苯基多亞甲基多異氰酸酯（PAPI ）和甲苯二異氰酸酯（TDI ）。

TDI 是以甲苯為基本原料，用硝酸和硫酸的混合物進行硝化生成二硝基甲苯，然后溶于甲醇中，在雷尼催化劑和 15~20Mpa 的氫氣壓下進行加氫還原成甲苯二胺 （TDA ），在經光氣化制得的。

甲苯硝化的***階段生成鄰位、對位、間位三種硝基甲苯異構體混合物， 且其含量分別為55%~60%、35%~40%和 2%~5%。異構體的含量幾乎不受反應條件 的影響。將上述單硝基甲苯混合物進行不硝化生成 2,4- 二硝基甲苯和 2,6 二硝 基甲苯，其比例為 80/20 ，再經還原和光化制得 80/20TDI（T-80） 。如單硝基甲 苯混合物現經結晶分離出純的鄰位和對位單硝基苯，再分別進行第二次硝化和 還原，光化，可制得 65/35TDI（T-65） 和純 2,4-TDI（T-100 ）。

 化學反應方程式：

異氰酸酯的反應是有有機酸酯與氰酸鉀而得：

R2SO4+KCN? 2RNCO+K 2SO4

TDI產品中T-80占絕大部分，主要用于軟質泡沫塑料，約占軟質泡沫塑料 產量的31.5%，其次是聚氨酯涂料、膠粘劑和彈性體，T-100產量主要是用于生 產聚氨酯預聚體及聚氨酯彈性體。T-65基本上不生產了被T-80代替。

2.3擴鏈劑與交聯劑

擴鏈劑與交聯劑是具有不同化學作用的助劑，在聚氨酯彈性體的合成中，擴鏈劑參與化學反應，是聚合物分子增長、延伸；交聯劑參加化學反應，不僅 使聚合物分子增長、延伸，同時還能在聚合物鏈中產生支化，產生一定的網狀 結構，進行交聯反應，一般擴鏈劑多為二元醇或二元胺類化合物。二元以上醇 類和胺類化合物則具有擴鏈和交聯的雙重功能。

聚氨酯彈性體制備中所需的擴鏈劑和交聯劑都有一定的要求，特別要求含水 量低于0.1%，若達不到該指標都要進行處理。一般使用的二元胺類擴鏈劑都是芳香族的，***常用的是3，3'二氯-4，4'二苯基甲烷二胺 ＜商品名為MOCA ）。

MOCA是聚氨酯彈性體的擴鏈劑和交聯劑，特別是對于澆注型聚氨酯彈性 體一般都用它，在 MOCA的結構中氨基鄰位苯環上的氯原子取代基，使氨基電 子云密度增加，降低了氨基與異氰酸酯的反應速率，從而延長了釜中壽命，這 對于澆注聚氨酯彈性體制品是極其重要的。

我們加工澆注制品時，通常將MOCA的用量控制在理論用量的 90%上下，其目的就是要使加工的制品具有相當的交聯密度，以改善制品的壓縮*** 變形和耐溶脹等性能。

本次聚氨酯彈性體所選用的 MOCA是蘇州湘原生產.

2.4其他助劑

助劑是橡膠工業的重要原料，用量雖小，作用卻甚大，聚氨酯彈性體從合 成到加工應用都離不開助劑。聚氨酯彈性體助劑種類很多，可根據制品的不同 要求適量加入。下面簡單描述聚氨酯鞍座所用到的主要助劑。

2.4.1脫模劑

它是生產聚氨酯彈性體制品時離不開的操作助劑。聚氨酯是強極性高分子材料，它與金屬和極性高分子材料的粘結力很強，不用脫模劑，制品很難從模 具中脫出。

常用的脫模劑共有四種：

***類是硅橡膠、硅酯，用甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、汽油等溶劑溶配 成溶液，涂擦或噴涂在模具中。硅油也可做脫模劑，不過在熱壓硫化時不夠理想。

第二類是水做溶劑的新產品。

第三類是常壓下用的脫模劑，像液體石蠟、真空泵油、凡士林等。

第四類脫模機就是內脫模劑。

2.4.2著色劑

聚氨酯彈性體制品五顏六色，美觀大方的外觀靠的是著色劑。著色劑有兩種，有機染料和無機顏料，有機染料大部分用于熱塑性聚氨酯制品中，裝飾美化注射件和擠出件。彈性體制品的著色一般有兩種方式：一種是將顏料等助劑 和低聚物多元醇研磨成色漿母液，然后將適量的色漿母液與低聚物多元醇攪拌 混合均勻，再經加熱真空脫水后與異氰酸酯組分反應生產制品，如熱塑性聚氨 酯色粒料和彩色鋪裝材；另一種方法是將顏料等助劑和低聚物多元醇或增塑劑等研磨成色漿或色膏，經加熱真空脫水，封裝備用。使用時，將少許色漿加入 預聚物中，攪拌均勻后再與擴鏈交聯劑反應澆注成制品。此法主要用于 MOCA 硫化體系，色漿中顏料含量約占 10% -30%，制品中色漿的添加量一般在0.1% 以下。

三、聚氨酯彈性體主要生產設備

3.1澆注型彈性體制品具有承載能力大，抗撕裂強度高，耐磨、耐油和硬度可 調節范圍廣的特點。根據不用的原材料和工藝條件，設計制造適于聚氨酯彈性體的生產設備。

3.2反應釜

用途用于聚酯（聚醚)多元醇脫水和預聚體聚合、脫泡，是聚氨酯生成的重要設備之一。

操作方法反應釜結構一般采用不銹鋼內膽，附加熱夾套及外包聚氨酯 硬泡絕熱層的三層結構反應釜，附有攪拌、電加熱油循環及控溫系統，真空緩沖罐及真空泵系統。反應釜上有進料、出料、觀察、測溫及真空、安全放空及抽真空等工藝管孔，其容積由要求的產量而定。

常用容積有80L、120L、200L等。

3.3彈性體澆注機

用途 可用于TDI、 MDI 等預聚體的胺交聯或醇交聯體系的 CPU 制品生產，與人工澆注相比，澆注機澆注質量穩定，生成效率高。

操作方法 預聚體和擴鏈劑的混合方式可分為手工和機械兩種。在批量較小時，多采用手工、間歇式混合，所用容器根據預聚體數量選擇，混合時 必須根據預聚體、擴鏈劑的品種，活性基團含量及溫度，考慮反應放熱的激烈 程度、釜中壽命以及制品所需要的數量等因素，酌情確定預聚體的加入量。這 是因為預聚體和擴鏈劑反應為放熱反應，在它們混合時會放出大量的熱，加速 反應時系統黏度急劇上升，原料數量越多，反應讓熱越激烈，黏度上升越快， 物料上升越困難。因此，在使用手工混合數量較大的預聚體和擴鏈劑時，常會 出現混合膠料倒不出來的現象，有時雖然勉強倒入模腔，但因物料局部過熱， 也會對制品性能及其均一性造成一定影響。

因為上述原因，對大量的教主聚氨酯生產均采用機械連續混合方式，進行 預聚體和擴鏈劑的連續混合、連續澆注操作。典型的機械混合設備即澆注機。

3.4真空泵

3.4.1用途用于對所制得的聚氨酯預聚體真空脫氣泡。

3.4.2操作方法 預聚體進行升溫加熱后，對其抽真空脫氣泡，只有充分混合 后盡量將預聚體中的氣泡抽出，制得的產品才能夠達到預期的物理和 化學性能，制得的產品才能夠合格。

3.5預熟化加熱設備

3.5.1用途：用于模型預熱和聚氨酯的定型、硫化等程序。

3.5.2操作方法該設備一般有為臥式烘箱和硫化平板，可視模具的大小而定制 品所需成型壓力，其中，臥式烘箱操作簡單，現主要介紹硫化平板的 使用方法。首先，根據工藝條件，調節液壓系統的工作壓力和熱板的 加熱溫度，將模具清理后置于熱板上進行預熱。檢查所需半成品膠 料。從熱板上取下模具，打開上模將膠料注入模具型腔，將上模板放 到模具上并置于熱板上。注意模具應放置在熱板中央位置。啟動油泵 電機，升起熱板進行合模，并保壓硫化。

3.6實驗機能滿足用戶多需要的工藝條件（粘度、壓力、溫度、混合比及吐出量等）。主要有拉力檢測儀、耐磨檢測儀、耐老化檢測儀等。

四、模具的加工

4.1.模具

模具的加工是制作聚氨酯彈性體另一較重要的部分。制得產品尺寸是否合格 完全由模具來體現，所以模具的加工也不能小視。模具是由鋼材、鋁制作的，為了延長模具的壽命，***使用滲碳鋼。也可用固體聚氨酯、硅橡膠、聚酯或環氧樹脂、玻璃纖維增強塑料等來制作模具。用鋼材、鋁和滲碳鋼加工模具，建議在兩塊平行的模板之間開設若干0.1mm的氣眼，以利于氣泡及時排出。

4.2收縮率

所有類型的聚氨酯彈性體脫模后均會產生某些收縮現象，其標準收縮率范圍 是0.9%~2.0%，所以在制作模具時應對此加以考慮。特別是對那些精密機械的 彈性體，設計模具時應準確地計算出制品的收縮余量。

五、鋼制模具的清理和清洗

一般清理模具上的黏著物時，用銅制小邊鏟輕輕去除黏結物。需要清洗的模具，先用水洗，再用汽油或丙酮等有機溶劑擦洗，干燥后涂覆脫模劑放置備用。

5.1聚氨酯彈性體的后硫化

聚氨酯彈性體的后硫化也叫陳化。不管是TPUR,還是MPUR和CPUR的試片，不能硫化后就去測試，一定要進行后硫化，一般試片的戶硫化條件為 60~80 C下16~24h或室溫下靜止7~10天后再進行測試。后硫化后測試的性能是穩定的。同樣PUR的各種制品也是應該經過后硫化后才能使用的。