RIM聚氨酯弹性体成型工艺及气泡分析

沈俊龙

摘 要：概述了玻璃PU RIM包边总成的应用和成型工艺，以及在成型中常见缺陷——气泡产生的原因分析。

关键词：PU RIM；聚氨酯；多元醇；异氰酸酯；汽车玻璃；气泡

反应注射成型（RIM）技术是一种快速生产聚合物制品的重要工业技术，是将两种或两种以上高活性的液体物料通过精确计量，在混合头高压碰撞混合后直接注入模具，迅速反应得到模制品[1]。RIM聚氨酯弹性体（简称：PU RIM），20世纪90年代，国外开始将RIM技术引入汽车玻璃包边制品的生产，使聚氨酯弹性体与玻璃一次性结合成整体，简化了传统的操作工艺，缩短了操作时间，使生产效率大大提高。近年来，我国汽车制造业和玻璃配件企业发展迅速，也逐步将该工艺用于玻璃包边制品的生产[2]。

玻璃制品是属于易碎品，传统的注射工艺模内型腔压力大，玻璃难以承受这么高的注射压力，在成型过程中玻璃就很容易破裂。PU RIM成型中型腔压力低，被越来越多地应用玻璃制品的包边产品中，其中在汽车玻璃包边总成和建筑上用的太阳能光伏板封边、建筑中空玻璃的封边等的应用最为广泛。随着建筑业和汽车制造业的迅速发展，聚氨酯弹性体材料的需求量越来越大，要求也越来越高。

本文对PU RIM成型工艺做了概述，并对成型中最常见的缺陷——气泡产生的原因进行分析。

1 RIM聚氨酯弹性体玻璃包边总成成型工艺

PU RIM材料反应前是由两个不同组份组成的，一个组份是多元醇，简称：Poly。另外一个组份是异氰酸酯，简称：ISO。目前用于PU RIM弹性体材料的ISO主要有两大類，一类是耐候性好的脂肪族材料，其异氰酸酯是异氟尔酮二异氰酸酯，简称：IPDI；另外一类是耐候比较差，但力学性能较好的芳香族材料，其异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯，简称MDI。和RIM聚氨酯发泡材料不同，不论是IPDI体系还是MDI体系材料，RIM聚氨酯弹性体材料成型后截面是致密光亮的，不能有任何气孔，这样才能保证材料的力学性能。在生产、包装、运输和储存中一定要控制好多元醇的含水率。否则反应后的材料就会出现截面不致密，有发泡细孔。成型后的材料密度一般在1000 -1100kg/m3之间。

RIM 聚氨酯弹性体玻璃包边总成成型工艺流程为：

喷脱模剂→玻璃（嵌件）定位→合模→起高压→注射→固化→开模→取件

2 PU RIM成型中产生气泡的原因分析

在PU RIM注射过程气体被包裹于材料中间形成的气室，分布在制品表层就表现为凸起的气泡，分布在制品中间就表现为暗泡，分布在制品最表层和模具型腔一同组成的密闭气室，这种气室通常比较小，就表现为针孔。以下就产生气泡的原因进行详细的分析。

2.1 注射流量太快

PU RIM材料在混合室中充分混合后通过混合头中的活塞杆把混合好的材料推送到模具型腔内。在PU还没完全反应固化之前，双组份材料呈液状，25℃条件下，其粘度在500-1200mpas之间。流体在密闭空间中的流动如果流水太快就会形成湍流，流动过程中就会因为材料本身的流动产生气泡。通常为了获得良好的制品外观，需要控制好注射流速，保持液态材料在模具型腔中的流动是层流流动。

2.2 多元醇含水率偏高

在双组份PU反应中，水是聚氨酯材料反应总的一种最常见最的发泡剂。如果多元醇中的含水率偏高，反应过程中多元醇中的水分就会和异氰酸酯反应产生放出二氧化碳气体。如果含水率太高，反应中产生的二氧化气体就多，型腔又是相对密闭的，那么多余的气体就容易在制品中形成气泡。通常多元醇的含税率要求<0.1% Wt。

2.3 注射高压不匹配

PU RIM在反应之前多元醇和异氰酸酯都在单独的管路中循环，在注射前8-10S，设备通过提高流速提升混合的压力，其目的主要是提升计量精度和保证混合均匀，通常情况下混合压力要求在160-175bar之间。如果多元醇和异氰酸酯的混合压力差别大，就容易造成混合不均匀，从而在制品表面产生气泡。通常控制两个组份之间的混合压力差不超过15bar。

2.4 材料的反应活性大

双组份聚氨酯材料在充分混合后到完全固化的这段时间称为反应时间。反应活性越大反应时间就越短，反之，反應时间就越长。PU RIM成型中，在材料还没有填充满的时候材料要保持流动性，如果反应活性大，材料流动到末端汇合处的粘度就会变得很高，甚至无法注满。在这样的情况下，为了缩短注射时间，就不得不提高流量，这样就容易在型腔内产生湍流，从而产生气泡。

2.5 密封条溢料

模具型腔周边与都有一圈密封条，其作用是夹紧玻璃和防止PU材料在成型时溢到玻璃包边区域以外。如果密封条和玻璃之间局部没有贴合好，注射成型时材料就会溢到玻璃包边区域以外，这样注射压力就会减低，如果大面积溢料，那么在型腔比较宽的区域就会造成PU材料流动的料峰分叉，容易把空气包覆在材料中形成气泡。

3 研究的意义

通过对PU RIM成型中气泡产生原因的分析，用于指导本领域工程技术人员处理实际生产中遇到相类似的问题，减少调试时间和调试费用，从而提高产出效率和成品率。

4 结论

PU RIM成型中产生气泡的主要原因：

注射流量太快，型腔内PU材料成湍流流动；

多元醇含水率偏高，反应时放出二氧化碳；

注射高压不匹配混合不均匀；

密封条溢料宽截面料流分叉，料峰包覆气体。

参考文献：

[1]徐培林，张淑琴.聚氨酯材料手册[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2]宋聪梅. RIM聚氨酯弹性体与玻璃粘接性能的研究[J].弹性体，2011，21（1）：33-35.