在聚氨酯硬泡应用领域 ,对原料的发泡性能要

求最严格的当属电冰箱 、冷藏柜等行业 。这些行业

都是通过定量浇注和快速脱模的方式来进行发泡

的 。发泡过程中 ,由于发泡空间形状复杂 ,泡沫在固

化前必须流经相当长的一段距离 ,最终要求均匀地

充满整个发泡空间 ,脱模时不变形 ,以确保制品中聚

氨酯泡沫的密度分布系数 、压缩强度 、尺寸稳定性等

性能指标符合要求 。对于聚氨酯原料开发部门和生

产厂家来说 ,这意味着需要进行大量的发泡性能评

价工作 。

烟台万华聚氨酯股份公司在研究和质检工作

中 ,经常需要对粗 MDI 样品 、组合聚醚及助剂的泡

沫流动性和脱模性能进行评价 ,必须选择一种快速

而准确的发泡性能评价方法和装置 。传统的评价方

法[ 1 ,2 ]都有各自的优点和局限性 ,为此 ,本工作对传

统的评价方法进行了对比 ,经过改进 ,设计了一套制

作简便 、操作方便和精度较高的实验室内发泡性能

评价装置 。经实用证明 ,该装置适用于多种聚氨酯

原料发泡性能的评价 。

1 　传统的发泡性能评价方法比较

1. 1 　简易测试方法

在塑料管 、纸管或细长塑料袋中进行聚氨酯发

泡 。这些方法具有成本低 、操作简便等优点 ,但准确

性较差 ,比较适合于对大量实验方案的初步筛选 。

1. 2 　兰芝 (Lanze) 模测试法

使用内腔尺寸为 5 cm ×20 cm ×200 cm 的垂直

爬升模具 ,模具上设有温度控制装置 ,每次加料量

500 g ,能够同时检测发泡原料的高度指数和密度分

布系数 ,检测结果准确度较好 。但用料量偏多 ,用普

通搅拌器或台钻搅拌器混合时难以达到良好的搅拌

效果 ,且加料不方便 。如果使用高压发泡机 ,虽能改

善混料效果和解决快速加料问题 ,但设备投资和操

作成本大大增加 。

1. 3 　倾斜模测试法

日本东曹公司设计的一种倾斜式模具 ,加料端

长度 20 cm ,厚度 6 cm ; 流动端长度 100 cm ,厚度 3

cm 。使用时将模具倾斜放置 。该法用料量较兰芝

模约少一半 ,用台钻搅拌器混合时可达到良好的搅

拌效果 。但使用时发现加料很不方便 ,用该模具难

以模塑整体保温性能良好的泡沫试样 ,并且实验结

果的重现性较差 。

1. 4 　中试发泡方法

采用与实际工艺相同或相似的发泡设备和模具

进行发泡 ,以评价原料的发泡性能 。这种方法得到

的评价结果准确 ,但设备投资和操作成本比兰芝模

法和倾斜模法大得多 。一般适用于产品开发成熟后

的中试阶段 。

1. 5 　上机发泡实验

采用生产现场的发泡设备和工艺进行发泡 ,以

评价原料的发泡性能 。这种评价方法得出的结果最

可信 ,但人力物力的消耗也{zd0} ,成本{zg} ,故只适

用于产品开发工作基本完成之后的最终评价 ,不适

于产品开发的初期 。

从上述传统测试方法可以看出 ,每种方法都有

各自的优点和局限性 。

发泡性能评价包括泡沫流动性和脱模性能两项

评价内容 ,因此 ,在进行模具设计时 ,必须考虑到发

泡时的流动性和脱模性要求 。模具横截面为方型或

圆型均可 ,但圆形模具制作简便 ,密封性好 ,便于整

体保温且加料方便 。鉴于目前大部分冰箱泡沫体的

厚度在 50～80 mm 之间 ,故将用于评价发泡流动性

的模具设计成直径为 80 mm 的圆柱体 。脱模性评价

模具则设计成一种简便易操作的方模 。

2. 1 　泡沫流动性评价模具

将泡沫流动性的评价装置设计成带夹套的圆柱

形垂直爬升模具 。该模具内部以Φ80 mm 不锈钢管

剖开并抛光制成 。模具腔内径为 80 mm ,高度 1500

mm。外部焊接夹套 ,向夹套内通入恒温水 ,可方便

而准确地调节和控制模具温度 。该模具垂直放置 ,

在进行泡沫流动性实验时 ,将其底端封闭 ,上部开

口 ,从上部注入搅拌好的原料进行发泡 。该模具可

同时检测发泡高度指数和密度分布系数 。模具示意

图见图 1 。

3. 2. 1 　准备工作

调节实验室温度为 (20 ±1) ℃;将组合聚醚和粗

MDI 样品瓶放入内 ,恒温至 20 ℃,备用 ;

垂直爬升模具涂脱模剂 ;超级恒温器内加水后 ,恒温

至 40 ℃,然后向垂直爬升模夹套内通 40 ℃的恒温

水 ,打循环 2 h 以上 ,以保证模具xx恒温 。方形模

具涂脱模剂后 ,放入 40 ℃恒温烘箱内恒温 。恒温后

进行测试 。

3. 2. 2 　泡沫流动性实验

按配方和发泡泡沫高度 130～150 cm 确定组合

聚醚和粗 MDI 的用量 ,用塑料烧杯称取组合聚醚和

粗 MDI ;用台钻进行搅拌混合 ,开动搅拌时即按下秒

表 ,搅拌 10 s 后将混合料倒入恒温好的垂直爬升模

具内进行发泡 。泡沫固化后脱模 ,将泡沫体的边缝

毛刺去除 ,称泡沫体的质量 ; 测量泡沫体的高度 ,以

泡沫高度除以质量 ,得到发泡高度指数 (cm/ g) 。

将上述泡沫圆柱体按高度方向均分成 20 等份 ,

分别测定其密度 ,计算出其平均密度及其均方根偏

差 S 。S 即为密度分布系数。 

2. 2 　脱模性能评价模具

采用厚度为 8 mm 的钢板 ,加工成上下可以打

开 、内部尺寸为 250 mm ×250 mm ×80 mm 的方模 ,

用于脱模性能的检测 。

3 　评价方法

3. 1 　实验仪器与设备

恒温烘箱 ; 低温恒温槽 ,恒温范围 0～95 ℃,精

度 0. 1 ℃; 超级恒温 器 , 恒 温 范 围 30 ～95 ℃, 精 度

n - 1

式中 : n 为泡沫样品的分切块数 ;ρ_i为第 i 块泡沫的

密度 ( kg/ m³) ;ρ为全部  n 块泡沫样品的平均密度

(kg/ m³) 。

3. 2. 3 　脱模性实验

按一定的过充填率 ,用塑料烧杯称取组合聚醚

和聚合 MDI ; 用台钻进行搅拌混合 ,搅拌混合 10 s

后 ,将混合料倒入恒温的方形模具内 , 迅速合上模

具 ,置入恒温烘箱内 ,熟化 5～6 min 后 ,打开烘箱 ,

取出泡沫体 ,称重 ,并在室温放置后测量泡沫体中心

的厚度 。以过填充泡沫脱模后的膨胀量大小衡量泡

沫的脱模性 。膨胀量小的脱模性能好 ,可在较短的

时间内脱模 。

4 　评价装置的可行性实验

本小试方法对不同厂家生产的粗 MDI 与组合

聚醚 C 的发泡实验的测试结果见表 3 。

并且 ,在与电冰箱发泡条件相同的环境里 ,将不

同厂家生产的粗 MDI 与组合聚醚 C 经 Cannon HC2₄₀

型发泡机混合 、注入外形尺寸为长 1600 mm ×\u23485X 300

mm ×\u39640X 600 mm 的敞口模具中发泡 、固化成型 ,5～6

min 后脱模 。除去左右夹套的厚度 ,泡沫实际厚度

为 50 mm ,填充状态及密度分布情况见表 3。

　　从表 3 可知 ,在小试评价试验中 ,高度指数偏小

的粗 MDI 样品 ,在中试的临界填充量时泡沫没有填

满模具 (仅差少量料) ,这说明小试评价结果与中试

发泡评价结果基本上相符 ,用该小试方法评价聚氨

酯的发泡性能切实可行 。中试发泡泡沫大 ,所以密

度分布较均匀 ,密度分布系数小 。

如果对上述垂直爬升模具再作一些改进 ,比如

增加泡沫高度 、泡沫温度等的检测装置 ,还可以随时

检测有关发泡过程的参数 。

以上数据只对特定组合聚醚而言 ,不代表对各

种进口聚合 MDI 的全面评价意见 。另外 ,对聚氨酯

原材料的性能评价 ,除发泡性能外 ,还应包括聚氨酯

制品的性能 ,在选择和研制聚氨酯原材料时 ,必须同

时兼顾发泡性能和制品性能 ,综合评价 ,以决定其优

劣 。

5 　结束语

传统的聚氨酯发泡性能评价装置 ,虽然投资少 ,

但评价方法往往准确度较低 ; 而准确度较高的评价

装置 ,投资很高 ,且操作成本也较高 。在传统评价方

法的基础上改进设计的这套聚氨酯发泡性能评价装

置 ,具有投资少 、制作简便 、操作方便和评价结果准

确度较高的优点 ,可以简便而迅速地检测出原料发

泡性能的差别 ,因此非常适合聚氨酯泡沫行业的发

泡性能评价工作 。

参 　考 　文 　献

1 　方禹声 ,朱吕民. 聚氨酯泡沫塑料. 北京 :化学工业出版社 ,1994.

427～430

2 　QB/ T2081 - 95 冰箱 、冰柜用硬质聚氨酯泡沫塑料 (行业标准)