机械资讯--聚氨酯碾米胶辊脱芯问题的探讨

聚氨酯弹性体与普通橡胶材料相比,具有强度高、耐磨性能优良、硬度可调等优点,用来替代橡胶制品,可以大大延长制品使用寿命,降低使用成本。用聚氨酯材料制成的碾米辊,使用期限可比橡胶辊延长3～5倍,所以近年来正逐步得到稻米加工厂的重视,赢得了一定的市场。目前国内几家聚氨酯碾米辊生产厂家的年总产量仅几万只,这与我们这个稻米生产和加工大国对碾米胶辊的近百万只的年需求量不相称。我国每年还有相当的碾米胶辊与稻米加工机械配套出口。国外已普遍采用聚氨酯胶辊。

聚氨酯胶辊有发展前途。聚氨酯胶辊由铁辊芯和浇注聚氨酯弹性体包胶层组成。在聚氨酯胶辊的制造过程中,若工艺配方处理不当,可能使胶辊在使用过程中出现脱芯等问题。笔者结合多年的研究及生产积累,对引起聚氨酯碾米辊脱芯的主要因素作一探讨。

1胶粘剂的选择

根据粘合配价键理论,分子极性大的聚合物材料与金属材料表面之间可以形成配价键及范德华力,而使材料与金属之间形成紧密结合。

在金属辊芯四周浇注聚氨酯液体原料,形成的聚氨酯弹性体与辊芯之间有一定的结合力,但碾米辊在动态工作状态下,聚氨酯弹性体与辊芯之间会产生较大的剪切力,这对聚氨酯与金属的结合强度有相当高的要求。经过实际试验,在辊芯上涂覆含有多个异氰酸酯基的底涂剂(胶粘剂),对增强粘接力具有较好的效果。这是因为多异氰酸酯能与聚氨酯材料反应,并形成刚性粘接层,与铁辊芯形成一体。粘接层中的异氰酸酯基、苯环、氨基甲酸酯基与金属辊表面的铁原子及其氧化物等相互作用,形成化学键或次价键(如氢键)等,使得聚氨酯与金属之间产生较高的粘接强度。

2铁芯的处理

铸铁辊芯的处理也是防止胶辊脱芯的关键之一。要保证聚氨酯弹性体与铁芯产生良好的结合,通常需对铁芯进行清洗处理,如用酸洗除锈,用有机物去油污等,以确保其表面干净无污。机械喷砂处理通常是提高粘接强度行之有效的方法之一。通过喷砂处理,增加了辊芯的表面粗糙度,可以使粘接界面的表面积增加几倍甚至几十倍,相应提高了聚氨酯与金属铁芯的结合力。喷砂处理所产生的表面凹凸不平,会使聚氨酯与铁芯之间产生更多的咬合联结,提高粘接强度。

铁芯处理后应保持其干燥,防止再度生锈。尤其在夏季,空气中的水分会在处理好的铁芯表面上形成一层水膜,导致铁芯生锈,铁芯表面吸附的水也会与异氰酸酯反应,在粘接界面层中形成二氧化碳气泡,这样会大大降低其粘接强度。

3模具及铁芯温度的影响

在聚氨酯料液浇注过程中,要求铁芯和模具的温度与聚氨酯料液的温度相近。当二者温差较大时,会造成物料的固化速度不均匀,结果导致聚氨酯材料固化后产生较大的内应力。由于刚刚固化的聚氨酯强度很低,脱模后弹性体内部内应力会集中在铁芯的结合面上,形成较多的裂纹和局部脱芯,严重时会出现明显的裂缝。

实际生产中,可控制聚氨酯浇注料与铁芯及模具之间的温差在10℃以内。

4模具设计与脱模要求

模具设计与制造时,要求具有较好的密封性,易于闭合、开启和脱膜。在设计模具时,还要考虑聚氨酯的受热均衡性,这是容易被厂家忽视的一个重要因素。如果胶辊在高温硫化过程中受热不均,通常在铁芯与聚氨酯的结合处发生聚氨酯硫化不完全,弹性体强度低,或出现裂口。硫化后的胶辊若脱模不当,也会引起胶辊脱芯。因为刚经过高温硫化的聚氨酯强度并不高。如果在脱模时,用力过度或移动时受强烈撞击,出现裂口和隐形脱芯。

5合成工艺的影响

合成工艺是生产中的关键环节之一。下面针对ＭＤＩＢＤ型聚氨酯体系的工艺提一点体会。

(1)预聚体的粘度预聚体的粘度对聚氨酯碾米辊的生产是十分重要的,为了得到粘度较低的预聚体,ＭＤＩ与聚酯多元醇制预聚体时的异氰酸酯指数通常大于2.5,否则由于预聚体的粘度增大造成真空脱泡困难,并且粘度大的预聚体与扩链剂1,4丁二醇(ＢＤ)混合时,易混入较多的气泡而无法排除。

(2)反应时间及温度预聚体的制备反应时间应控制在2～3ｈ之内,不宜长时间反应。反应温度严格控制在100℃以下。当加入ＭＤＩ以后,应注意控制反应温度,以免放热反应产生的热量积聚过多而使体系温度很快上升,真空脱泡应在1.5ｈ内完成。

(3)混合温度及时间混合时,预聚体与扩链剂ＢＤ的温度通常在60～90℃之间离婚纠纷律师咨询。两者之间的温差不宜过大。混合物料温度低,则粘度大,胶层中易出现无法排除的气泡,并可能造成脱芯或开裂;温度高,则混合后的料液粘度上升过快,浇注困难,后阶段来不及排除气泡。预聚体与ＢＤ搅拌混合时尽可能避免混入气泡,混合时间不宜超过90ｓ。

6浇注工艺的影响

在胶辊的浇注过程中方法不当,会在铁芯表面形成气泡而降低粘接强度。由于浇注时间有限,既要求尽可能缩短浇注时间,又要保证注入均匀,防止过猛注入,否则会使物料中的气泡和浇注不当而在铁芯表面产生气泡,大大降低了粘接强度。浇注时保证聚氨酯浇铸料在入模后有一段时间的流动性,使残留气泡上浮。有些厂家在弹性体刚成型时采用胶辊加压北京离婚律师事务所,使两者结合更加密切,当然这样会提高铁芯与聚氨酯的粘接强度,但应选择加压时机,否则会收到相反的效果。

从理论上讲,加压就是在聚氨酯仍具有可塑性时,即大分子之间尚没形成三维立体交联时进行。若加压超前,会造成大量物料外溢,胶辊成形后上端出现凹槽,成为次品;若加压滞后,轻者胶辊表面出现裂口,重者形成大裂口、脱芯而报废,这是因为聚氨酯在受压时,其局部与铁芯之间产生位移。这些都属操作技巧,需通过经验积累而掌握。只要注意观察“凝胶点”,不难掌握。

6结束语

聚氨酯碾米胶辊的生产工艺较复杂,影响产品质量的因素较多,操作技巧性强。但只要在生产中严格按照操作规程并注意上述几个方面,生产高合格率的碾米胶辊是不困难的。生产工人应具有较好的化学知识基础及具备较好的生产操作技巧和经验,这对确保胶辊产品质量很有必要。

来源：电子脱水论坛