憑借其多功能性，聚氨酯在各個方面的應用都取得了進展：以一個由Fermapor CC制成的聚氨酯泡沫密封件為例，它具有超低的吸濕性和良好的耐冰水性，因此常被用作閉孔系統或有機硅泡沫的廉價替代品（© Sonderhoff）
聚氨酯（PU）一直以來都被當作一種用途廣泛的材料。由于其初始產品可以化學裁剪，因此它幾乎出現在我們日常生活的各個角落。所以，PU多年來一直在全球保持著持續增長也就不足為奇了。為了實現更高效的生產制造、改善產品性能并開辟新的應用領域，材料生產商和機械制造商推出了眾多不同的創新。當然，其中一個關鍵因素是整個流程鏈的數字化，它已經成為整個PU行業長期發展的加速器和推動力。
涂料快速更換
在生產高質量功能性裝飾表面的過程中，包含彩色PU或聚脲系統的涂層載體部件已成為一個具有經濟競爭力的工藝。考慮到客戶的個性化需求，高效的涂料更換是部件生產過程中最重要的挑戰之一。
德國亨內基公司和奧地利恩格爾公司的聯合項目通過將異氰酸酯組分和涂料組分分成不同的單元實現了多種有色聚氨酯系統的柔性生產。Colourline Multi-Connect技術（圖1）是一種即插即用的模塊化系統，它最多可搭載七個涂料模塊，每個模塊配有獨立的混合頭。將所需的涂料模塊與異氰酸酯中央計量單元相連即可開始使用。通過這一智能原理，涂料更換無需任何沖洗或清潔措施即可在15分鐘內完成。
圖1 Colourline Multi-Connect：這種模塊化機器系統可將涂料更換的時間縮短到15分鐘以內（©亨內基）
意大利康隆公司開發了一種多色混合頭，專為微孔泡沫有色制品的柔性生產而設計，如方向盤、汽車內飾件和家具部件等。具有QCC（涂料快速更換）配置的FPL SR混合頭可通過專用噴嘴在不同涂料之間進行無廢料快速切換，因此第三部件能夠在不沖洗清潔混合室的情況下進行更換。
德國克勞斯瑪菲公司生產的新型多色混合頭MK 10/15-UVP-2K+4（圖2）允許最多四種涂料直接進入混合室并且相互獨立地進行計量。涂料相互分開，但可以通過混合頭隨時切換使用。因此，用戶可以在實際生產過程中省去涂料更換的步驟和時間。計量在多元醇噴嘴和混合室之間同時進行，因此不會發生涂料被帶入多元醇組分的情況。
圖2 涂料快速更換：MK 10/15-UVP-2K+4轉換混合頭允許最多四種涂料進行計量而不會發生涂料轉移的情況（©克勞斯瑪菲）
密封性
除了生產不同涂料的模制件之外，聚氨酯的另一個重要應用是用作密封材料。該領域在最近幾年有了進一步發展。
舉例來說，德國Sonderhoff公司已能利用最新的雙組分PU系統生產閉孔密封泡沫。該泡沫具有極低的吸濕性和透氣性，并且極耐冰水。Fermapor CC密封系統（標題圖）通過最新開發的原位成型閉孔（FIP CC）工藝進行加工，為以前的閉孔系統和硅泡沫提供了極具價格吸引力的替代品。最新開發的DM 402/403 CC專利混合計量技術專為這一應用而選用。其創新之處在于混合頭和材料制備：材料再循環不再必要，因此有利于材料更換和工藝適應。此外，密封泡沫在計量之后即可在部件上達到近乎完全反應的體積。
圖3 鉤環閉合：這種用于電纜泡沫封裝的模具技術能夠密封絕緣電纜線股，從而確保泡沫不會從模具中溢出（© Frimo）
密封技術的另一個特殊應用領域是電纜的直接泡沫封裝。德國Frimo公司開發了一種涉及鉤環閉合的工藝，絕緣電纜線股通過該工藝能夠可靠地密封，從而確保泡沫不會從模具中溢出（圖3）并且獲得高部件質量。然后，通過特殊的薄膜澆口將混合物注入到閉合的模具中，泡沫填充重量在20-200g之間。此外，還有內部開發的手動吊臂可供高壓PU計量設備PURe Mix Eco使用。
節省資源
目前，最重要的開發主題之一是資源的可持續和有效利用。其中的關鍵包括增加初始材料的附加值以及回收產品壽命已盡的材料。德國科思創公司多年來一直在開發以CO2為生產原料的多元醇，并與亞琛工業大學合作推出了CO2基材料。但是，CO2基多元醇的大規模使用還需要更多的開發工作，其重心應在于提高工業資源的跨國利用。在這項工作中，歐洲機構的支持至關重要。
除了利用CO2，還可以通過提高材料效率來節省油基原材料。由德國巴斯夫聚氨酯公司生產的Elastoflex E產品組中的一系列新系統可使重量顯著減輕并在不影響泡沫良好性能的情況下獲得約120g/l的泡沫密度。根據部件幾何結構不同，泡沫重量最多可減輕30%。憑借極為堅固精細的單元結構，這種輕薄型系統可用于截面小于5mm的小型部件的生產。該產品組還包含一個以蓖麻油為可再生原料的泡沫系統。
就材料回收而言，機械制造商康隆在Cresim項目中展示了如何利用回收碳纖維制造復合材料部件。該工藝使用了生產廢料，因此這些纖維增強部件的材料成本得以減半，并且獲得了用原始材料生產的部件近85%的機械性能。用于開發該技術的項目（編號：Life11 ENV/IT/000095）因其實用性和創新性而獲得了2016年歐盟最佳LIFE項目獎。
PU輕質結構部件
針對具有PU基質的結構應力纖維復合材料部件，多個機械制造商正在開發濕式模壓成型（WCM）工藝。其優勢在于周期時間極短，無需預成型工藝，并且可以使用再生纖維。連續生產型材的制造有了新的發展。
隨著新型WCM噴嘴的開發，亨內基公司憑借廣泛的工藝技術和客戶要求在其內部WCM技術方面取得了重大進展。新型噴嘴與其他市售噴嘴的不同之處在于它具有改進的寬槽幾何結構，可輕松更換并具有多種安全功能。開發WCM噴嘴時的重點是方便快捷的可維護性。這意味一個操作人員在數秒內即可定位噴嘴或在維護期間輕松更換。
圖4 用于生產纖維增強聚氨酯型材的iPul生產線：在這條完整的生產線中，纖維浸漬在一個封閉的注射室中進行，這樣可以減少工作環境污染并提高生產速度（©克勞斯瑪菲）
個別操作的自動化也有助于縮短濕式模壓成型工藝的周期時間。克勞斯瑪菲首次推出了全自動化的解決方案。配備針式抓爪的機器人收集纖維層并將它們送入操作臺，而配備混合頭（MK 10-2K-RTM）和寬槽噴嘴的搬運機器人開始涂抹PU基質。然后，抓取機器人將纖維層放入模具并開始模壓和固化操作。該方案還使用了具有PU基質的RimStar 8/4 RTM計量設備。
科思創、克勞斯瑪菲和亞琛工業大學塑料加工研究所（IKV）的一個聯合項目進一步開發了可擴大聚氨酯樹脂工業用途的拉擠成型工藝。這項工作獲得了FSK創新獎。還應特別提及的是制造隔熱窗框和增強風機葉片強度的工藝成本效率得到了提高。在這一開發過程中，克勞斯瑪菲首次推出了交鑰匙拉擠生產線（最新的iPul系列），其中機器、工藝和模具技術均來自同一供應商（圖4）。新的生產線不再通過敞口模具來浸漬纖維，而是通過在封閉的注射室里的計量設備進行。除了使拉擠成型機操作人員不再受氣味問題的困擾，新技術還可在固化過程中對溫度進行精確控制，從而提高生產速度。
聚氨酯4.0
在工業4.0的背景下，一些PU公司正致力于開發數字化產品和服務，而這將為不同工廠部件的交互帶來好處。
康隆正在推進多個有助于生產更靈活更快地適應不同市場需求的項目。為此，該公司正在增加遠程監控、預測性維護以及與其他生產設備的集成等功能。通過這一方式，PU加工公司的機器可通過監測和控制來減少停機時間、提高產量并減少能耗。
科思創多年來一直在控制室中應用數字技術，從而通過數字化工藝控制系統來控制內部生產。對于汽車行業的客戶來說，通過填充模擬進行模具設計是常規做法。未來，整個價值鏈都將實現數字化，從PU系統配制、混合和加工到機器人部件搬運的所有工序都將能夠被模擬。這將大大縮短開發周期和一體化生產流程的實施。此外，科思創還可提供配備預測工具的數字服務平臺，它能夠根據特定生產環境在線確定最佳的PU配方和加工條件。
圖5 UltraSim：發泡模擬不僅能夠描述方向盤的加工情況，而且還能確定它們的機械性能（©巴斯夫）
在工藝設計和模擬領域，巴斯夫進一步擴展了其Ultrasim仿真工具，目前已能精確預測汽車方向盤制造過程中的發泡和固化情況（圖5）。該工具可計算出聚氨酯泡沫在模具中的關鍵化學反應和流動特性。發泡模具的排氣性是一個極其重要的參數，生產過程需要通過不同的方法來確保這一點。小型排氣孔的設置旨在防止部件在發泡過程中產生會影響方向盤穩定性和外觀的孔隙。填充模擬功能能夠準確預測可能出現的孔隙的位置和大小，從而減少所需的排氣孔數量并降低孔隙風險。
巴斯夫模擬工具還能夠計算密度分布情況，而這對于方向盤的觸感來說至關重要。為了預測部件各個地方的密度，材料模型經過了進一步開發，從而能夠根據化學反應、環境溫度變化、壓力和初期氣體濃度來詳細描述泡沫膨脹情況。它不僅能夠描述聚氨酯泡沫方向盤的加工情況，而且還能確定部件本身的機械性能，例如：剛度和硬度。
結論
材料生產商和機械制造商正在通過定制生產、可持續和資源節約型材料和工藝解決方案以及滿足工業4.0標準的數字化來迎接PU行業的關鍵挑戰。在某些領域，這些措施已經熱火朝開地展開了。而在某些領域，未來如何還有待加工公司如何利用技術和方法并新增哪些內容。數字化領域還具有進一步發展的潛力，因為PU行業與其他塑料加工行業相比并不是該領域的先鋒。（文章來源于網絡）
玻纖含量對長玻纖...
鈣鈦礦薄膜的均勻...
用于光伏板靜電除...
聚砜醫療干粉吸入...
