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概述
反應(yīng)注射成型是指針對多種有機(jī)合成的高分子材料，通過改變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，采用物理變化的方法（如溫度、重量比例和高剪切等）來生產(chǎn)各種不同性能和用途的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具有耐磨、耐老化、耐堿、耐油、耐臭氧、耐低溫、透聲性好、彈性好、粘接力強(qiáng)以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于輕工、建筑、汽車、紡織、機(jī)電、船舶、石化、冶金、能源和軍工等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。我國聚氨酯反應(yīng)注射技術(shù)及裝備的設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造，經(jīng)歷了從無到有，從初模仿到獨(dú)立設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新的過程。目前國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平和工藝性能已逐步接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，除滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求外，同時(shí)還部分出口到國外。近十幾年來，我國聚氨酯工業(yè)得到飛速發(fā)展，從產(chǎn)量和品種來說我國已成為聚氨酯工業(yè)大國；但從質(zhì)量和技術(shù)角度來說，我國和國際先進(jìn)水平比較尚有一定差距。
發(fā)展歷史
綜觀我國反應(yīng)注射成型技術(shù)及裝備的發(fā)展歷史，大致可分為初期發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新以及升級換代3個(gè)階段。
1．初期發(fā)展
我國聚氨酯工業(yè)的發(fā)展，起步于20世紀(jì)60年代初期，是以自力更生精神為主體發(fā)展起來的。起初，江蘇省化工研究所利用其開發(fā)的發(fā)泡工藝制成了聚氨酯泡沫塑料。到60年代中期，一些單位及各泡沫廠先后引進(jìn)了不同的國外設(shè)備，70年代有一些具有一定規(guī)模的小型工業(yè)裝置開始生產(chǎn)不同的聚氨酯泡沫塑料。1977年，浙江溫州產(chǎn)的聚氨酯泡沫噴灌機(jī)在北京毛主席紀(jì)念堂的地下保溫工程中獲得了成功的應(yīng)用，成為當(dāng)時(shí)行業(yè)內(nèi)的轟動事件。然而，由于當(dāng)時(shí)工業(yè)水平有限，有關(guān)設(shè)備配件、電器及控制儀器受到限制，設(shè)備的質(zhì)量和性能與國外設(shè)備相比相差甚遠(yuǎn)，突出表現(xiàn)為設(shè)備生產(chǎn)的成品率低，且設(shè)備的故障率高。因此，開發(fā)高性能和故障率低的聚氨酯反應(yīng)注射成型裝備，成為當(dāng)時(shí)及后來國產(chǎn)設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵所在。
2.技術(shù)創(chuàng)新
（1）鞋底連幫成型機(jī)。20世紀(jì)90年代初，浙江溫州的制鞋業(yè)開始興起，特別是由于運(yùn)動鞋市場好、利潤高，很多私有企業(yè)進(jìn)入運(yùn)動鞋的生產(chǎn)領(lǐng)域。然而，當(dāng)時(shí)主要設(shè)備沒有國產(chǎn)化，他們只能從國外高價(jià)進(jìn)口（當(dāng)時(shí)一臺德國鞋底連幫圓盤聚氨酯注射機(jī)的價(jià)格高達(dá)800萬元），造成短期內(nèi)無法回收投資。包括筆者所在公司在內(nèi)的幾家國內(nèi)反應(yīng)注射設(shè)備生產(chǎn)商看到了這一商機(jī)，通過與鞋企合作，共同開發(fā)、互惠互利，經(jīng)過多次改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新，終于成功開發(fā)出了可取代國外設(shè)備的高性能、適于新工藝的聚氨酯低壓成型機(jī)（鞋底連幫成型機(jī)）。
（2）中高溫聚氨酯彈性體澆注機(jī)。我國聚氨酯工業(yè)始于20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時(shí)，我國以聚酯多元醇和MDI為基礎(chǔ)的混煉型聚氨酯彈性體（MPU）已具有中試規(guī)模，并開始了澆注型聚氨酯彈性體（CPU）的開發(fā)。70年代，CPU投入中試并得到批量生產(chǎn)，與此同時(shí)，基于聚酯和聚醚的熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）的研究與開發(fā)也有進(jìn)展。這一階段的膠料和聚氨酯制品主要為國防軍工配套服務(wù)。從80年代初開始，我國加強(qiáng)了對外合作與交流，不斷從國外引進(jìn)原料和聚氨酯制品的生產(chǎn)技術(shù)。1984年之后，南京橡膠廠、山西省化工研究所及沈陽聚氨酯橡膠廠等單位先后引進(jìn)10多臺CPU機(jī)主機(jī)及臥式離心成型機(jī)、噴涂機(jī)。1989年，我國臺CPU聚氨酯彈性體澆注機(jī)在溫州誕生并在齊齊哈爾橡膠廠投入使用而獲得成功。這些舉措促進(jìn)了國內(nèi)CPU澆注機(jī)從仿制到自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的飛躍，大大加快了我國聚氨酯彈性體工業(yè)的發(fā)展。
（3）聚氨酯泡沫發(fā)泡機(jī)。20世紀(jì)80年代，國內(nèi)各大化工企業(yè)分別引進(jìn)聚氨酯多元醇生產(chǎn)技術(shù)。聚氨酯多元醇可被用來加工成各種泡沫制品，如各類座墊、汽車內(nèi)飾、防腐材料、保溫材料及仿木家具等。這些應(yīng)用占到我國聚氨酯材料應(yīng)用的60%左右，因此也推動了我國多組分聚氨酯發(fā)泡機(jī)的快速發(fā)展。設(shè)備無論是在計(jì)量泵選型，還是電氣控制方面都實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代；機(jī)頭由靜態(tài)混合改為動態(tài)高剪切混合及高壓霧狀混合等形式，替代了原有的手工操作，從而實(shí)現(xiàn)了泡沫設(shè)備的自動化生產(chǎn)。
3.升級換代
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快車道，我國聚氨酯工業(yè)得到快速發(fā)展，聚氨酯反應(yīng)注射成型裝備的制造能力和水平也隨之不斷提高。與此同時(shí)，歐洲各大設(shè)備生產(chǎn)商（德國DESMA公司、意大利康隆公司、法國博雷和賽格麥公司以及日本東邦公司等）相繼進(jìn)入市場，也有公司在設(shè)置設(shè)備代加工廠以搶占市場，臺灣聚氨酯設(shè)備企業(yè)也分別在廣州東莞投資辦廠。國內(nèi)的聚氨酯設(shè)備生產(chǎn)商主要集中在浙江地區(qū)，所生產(chǎn)的設(shè)備包括各類聚氨酯發(fā)泡設(shè)備、聚氨酯低壓澆注機(jī)以及鞋底連幫成型機(jī)等。其中有些廠家，如溫州飛龍聚氨酯設(shè)備工程有限公司的設(shè)備技術(shù)在某些方面已接近或達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
反應(yīng)注射成型設(shè)備的類型及比較
1.低壓機(jī)
該類機(jī)器采用低壓計(jì)量泵輸送，通過機(jī)械混合裝置高剪切混合，并用溶劑清洗混合腔。其優(yōu)點(diǎn)除結(jié)構(gòu)簡單、操作方便及投資少外，還包括以下幾點(diǎn)：
（1）工作溫度范圍寬。低壓機(jī)適用溫度范圍廣，常溫型（20~300℃）、中溫型（40~80℃）及高溫型（80~170℃）的機(jī)器都有。
（2）適用黏度范圍廣。低壓機(jī)可用的原液的黏度從幾cP到30000cP。以聚氨酯彈性體澆注機(jī)為例，無論是預(yù)聚體黏度>2000cP，還是MOCA黏度<50cP，都適用于該機(jī)器。
（3）混合比可調(diào)范圍大。生產(chǎn)NDI型預(yù)聚體法聚氨酯彈性體時(shí)，要求混合比為100:1~100:5，而低壓機(jī)能滿足生產(chǎn)工藝，且混合均勻。
（4）吐出量范圍廣。吐出量小為0.3g/s，可用于生產(chǎn)工業(yè)用電控門鎖密封條、高彈耳塞等產(chǎn)品；而澆注量大可達(dá)1000kg/min，可用于生產(chǎn)特大流量的軍艦護(hù)舷。
（5）適用生產(chǎn)領(lǐng)域廣。可用于各種類型的聚合物反應(yīng)注射成型，包括：發(fā)泡類――生產(chǎn)軟泡、硬泡、半硬泡及微孔彈性體等發(fā)泡制品，同時(shí)可以添加填料15%~30%；不發(fā)泡類――包括常溫型彈性體（一步法）、中溫型彈性體（半預(yù)聚體法）、高溫彈性體（預(yù)聚體法）及TPU熱塑性彈性體的成型，以及環(huán)氧樹脂灌膠和MC尼龍高溫澆注；雙組分或多組分反應(yīng)注射成型――適應(yīng)不同原料生產(chǎn)工藝的要求。
2.高壓機(jī)
該類機(jī)器采用高壓計(jì)量泵輸送，使原液在高壓下形成高速霧狀而沖撞混合（n>150m/s），再由精密配合的高壓推桿將混合腔刮凈。其優(yōu)點(diǎn)是：澆注頭體型輕巧，澆筑后免清洗，適合于每次澆注后間歇時(shí)間較長的生產(chǎn)（如冰箱保溫層）。但高壓機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資高，對操作及維修技術(shù)要求也較高，而且不適合很小澆注量、混合比相差較大或是原料黏度變化較大的場合。
3.高速機(jī)
該類機(jī)器采用中壓計(jì)量泵輸送，具有高速鋸齒形螺桿混合裝置（n>1500r/min），利用推進(jìn)錐形的高速螺桿刮凈混合腔，因此可免清洗。高速機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度高，且對操作和維修人員的要求較高，加之高昂的價(jià)格，目前在國內(nèi)很少使用。
4. 上述3種機(jī)型比較
高壓機(jī)和高速機(jī)以進(jìn)口為主。其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量可靠。缺點(diǎn)是應(yīng)用范圍小，在黏度、溫度、混合比及吐出量等變化較大時(shí)不適用；價(jià)格昂貴，回收成本較慢；維修費(fèi)用高。低壓機(jī)則由于具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是成本優(yōu)勢，使其在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。
發(fā)展趨勢
經(jīng)過20多年的努力和實(shí)踐，我國的反應(yīng)注射成型裝備基本趕上或達(dá)到了國際先進(jìn)水平，能滿足各種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求。機(jī)器已達(dá)到的性能指標(biāo)包括：澆注量為0.3g/s~1000kg/min；原料黏度適用范圍從幾厘泊至30000cP；溫度從常溫至200℃；混合比在0~200內(nèi)可調(diào)。
展望我國反應(yīng)注射成型裝備的未來發(fā)展方向，應(yīng)該包括以下幾點(diǎn)：設(shè)備向高自動化程度發(fā)展，通過人機(jī)界面實(shí)行遠(yuǎn)程控制；設(shè)備向精細(xì)化方向發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降低成本；設(shè)備制造的工藝水平和質(zhì)量將通過充分應(yīng)用各種新材料、新工藝和新技術(shù)得到進(jìn)一步提高；設(shè)備制造向其他領(lǐng)域延伸和發(fā)展，能滿足多組分、聚合型等多種不同工藝要求的領(lǐng)域，如MC尼龍澆注機(jī)的開發(fā)；可以實(shí)現(xiàn)24h自動化生產(chǎn)的TPU熱塑性彈性體澆注機(jī)將得到開發(fā)。