微孔注塑发泡聚氨酯成型工艺及微观结构研究

谷松涛，李爽，秦立祥，耿铁，邓鹏辉，吴海宏，王心超

(河南工业大学机电工程学院，河南 郑州 450001)

热塑性聚氨酯软质泡沫材料以质轻，保温效果好，吸音减震功能，广泛应用于汽车内饰、建筑保温、包装等行业[1～4]。现在TPU软质泡沫普遍采用反应发泡法制备，发泡气体主要是CFC等低沸点氟烃类化合物对大气中臭氧层有极大的破坏作用。如何实现TPU软质泡沫材料绿色制备是聚氨酯泡沫工业正待解决的关键问题[5～7]。大量研究者们尝试使用超临界CO2微孔注塑发泡技术成型TPU软质泡沫的复杂尺寸零部件发现制品内泡孔极易发生破裂与塌陷现象，但都缺乏对发泡工艺的系统研究[8～10]。本文通过正交实验和信噪比分析系统研究主要工艺参数（保压压力、注射量、注塑速度和SCF含量）对TPU泡沫材料微观结构和力学强度的影响，并得出微发泡注塑成型TPU泡沫的最优工艺参数设置。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）粒料（Elastollan®1180A-10），由美国巴斯夫（BASF）公司提供，其玻璃化转变温度（Tg）为-50℃，熔融流动指数（MFI）为3.06 g/10 min （190 ℃/2.16 kg），材料密度为1.11 g/cm3。

1.2 微孔注塑发泡实验

MuCell是在传统注塑成型机上装备超临界流体（CO2、N2等）供应装置，其示意图如图1所示。微发泡成型过程可分成三个阶段：首先将超临界流体溶解到聚合物熔体中；然后，将聚合物-气体均相熔体注入模具型腔内部；最后，溶解的气体形成微孔结构。发泡过程中，气泡成核生长的驱动力源于聚合物-气体均相体系的热力学不稳定程度。

图1 微孔注塑成型设备结构示意图