Fabricarea spumei poliuretanice: Ghid de selecție a procesului, echipamentelor și liniilor

O fabrică de frigidere care decide să aducă spumă în cabinet începe de obicei cu aceeași întrebare: ce necesită de fapt fabricarea spumei poliuretanice dacă ținta este o densitate stabilă, fără goluri și un timp de demulare mai mic de cinci minute? Răspunsul este rareori tipărit pe fișa tehnică a mașinii. Trăiește în raportul de amestec, temperatura celor două componente și modul în care shot-ul este așezat în cavitate.

Varianta scurta: Fabricarea spumei poliuretanice este un proces de măsurare de precizie atașat unei reacții chimice. Controlați raportul, energia de amestecare și modelul de injecție, iar spuma se comportă previzibil. Pierdeți controlul asupra oricăreia dintre ele și nicio presiune a matriței nu va salva piesa.

Secțiunile de mai jos urmăresc procesul de la rezervoarele de materii prime până la stația de deformare, explică unde diferă sistemele de înaltă presiune și de joasă presiune și stabilesc configurația echipamentului care se potrivește la scara de producție.

Începeți cu chimia, apoi măriți mașina

Două curente de lichid se întâlnesc la capul de amestecare. Partea A este un amestec de polioli: poliol, catalizator, surfactant, agent de expandare și, în multe formulări rigide, apă. Partea B este un izocianat, cel mai adesea polimer MDI pentru spumă rigidă sau un amestec MDI/TDI pentru clase flexibile. Tot ceea ce este în aval de capul de amestecare există pentru a furniza aceste două fluxuri la raportul corect, temperatură și presiune la momentul corect.

Raportul merită mai multă atenție decât primește de obicei în timpul unei achiziții. Spuma rigidă este de obicei rulată la un indice între aproximativ 100 și 110, unde indicele compară sarcina reală de izocianat cu cerințele stoichiometrice. O deviere de câteva puncte procentuale modifică structura celulei, rezistența la compresie și comportamentul la deformare și este foarte greu de corectat odată ce spuma a crescut.

Cele patru etape prin care trece fiecare lovitură

• Timpul cremei: lichidul se înnoriște și începe să se extindă pe măsură ce agentul de expandare se vaporizează și începe reacția.
• Timp de gel: rețeaua de polimeri construiește suficientă rezistență pentru a menține bulele de gaz în loc.
• Timp de creștere: spuma se extinde pentru a umple cavitatea, condusă de agentul de expandare și de dioxidul de carbon din reacția apă-izocianat.
• Întărire și demoldare: piesa capătă suficientă rezistență verde pentru a fi îndepărtată fără distorsiuni.

Aceste ferestre sunt setate de formulă, dar sunt reproductibile numai atunci când mașina repetă aceeași greutate, raport și calitate de amestecare la fiecare ciclu.

Secvența de producție, pas cu pas

Pe o linie bine realizată, fabricarea spumei poliuretanice urmează o secvență fixă, indiferent dacă piesa este un dulap frigider sau un suport pentru scaunul auto.

1. Condiționează materiile prime. Poliolul și izocianatul se află în rezervoare cu manta, de obicei ținute la 20 până la 25 de grade Celsius, cu azot uscat acoperind izocianatul pentru a menține umezeala.
2. Măsurați cele două fluxuri. Sistemele de înaltă presiune utilizează pompe cu piston axial sau cu roți dintate, iar fiecare componentă este calibrată în funcție de greutate înainte de începerea producției.
3. Creșteți presiune și recirculați. Ambele fluxuri circulă înapoi în rezervoare la presiune de lucru maximă, astfel încât capul este pregătit pentru o fotografie instantanee.
4. Se amestecă prin impact. Într-un cap de înaltă presiune, cele două fluxuri se ciocnesc cu viteză mare într-o cameră mică și se amestecă în câteva milisecunde.
5. Injectați în matriță sau cavitate. Greutatea injectării, modelul de turnare și timpul de injectare decid dacă cavitatea se umple uniform sau prinde aerul.
6. Lăsați să crească și gelificați. Temperatura mucegaiului și aerisirea determină dacă spuma ajunge la colțuri fără goluri interne.
7. Demolați, vindecați și inspectați. Piesele sunt tăiate, cântărite și verificate pentru densitate și calitatea suprafeței.

Diagrama de mai jos arată modul în care acești pași se mapează pe o instalație tipică de spumare de înaltă presiune.

Spuma de înaltă presiune vs. de joasă presiune: unde linia diferă

Cea mai mare decizie a echipamentului este principiul de amestecare, deoarece modelează rutinele de întreținere, utilizarea solvenților și dimensiunea minimă a împușcăturii pe care linia o poate gestiona în mod fiabil.

Mașina de bază: Alegerea unei unități de injecție cu spumă

Majoritatea fabricilor încep cu o singură mașină de injectare de înaltă presiune și adaugă automatizare mai târziu. Prima decizie este cu două componente sau cu trei componente: o unitate cu două componente măsoară poliol și izocianat, în timp ce o unitate cu trei componente adaugă un al treilea flux, de obicei un agent de expandare, pigment sau aditiv care nu poate fi pre-amestecat în poliol.

Mașină de injectare cu spumă de înaltă presiune din poliuretan din două componente Mașina convențională de injectare cu spumă de înaltă presiune din poliuretan folosește un culbutor pentru injecție cu rotație de 180°. Lungimea brațului culbutorului poate fi personalizată. Este... Vizualizare produs →

Opțiuni de automatizare și ceea ce se schimbă de fapt

• Cap fix: aranjamentul cu cel mai mic cost, potrivit unei singure poziții de matriță sau unui dispozitiv staționar.
• Cap montat pe șenile: capul se deplasează de-a lungul liniei matriței, astfel încât o singură mașină poate deservi mai multe stații în secvență.
• Manipulator pe axa XY: o cale de turnare programată peste o matriță plată, utilă pentru panouri și forme de cavitate puțin adânci.
• Robot cu șase axe: modele de turnare tridimensionale repetabile, alese în mod normal acolo unde geometria piesei se schimbă des.

Rambursarea vine de obicei din repetabilitate, mai degrabă decât din viteza brută. O mașină care menține greutatea loviturii într-o bandă strânsă reduce deșeurile și supraambalarea mult mai fiabil decât una care pur și simplu circulă mai repede.

Aspect de linie: Când volumul de ieșire modifică configurația

O singură mașină și o matriță fixă funcționează bine până la un punct. Odată ce timpul de demulare este mai scurt decât timpul necesar pentru a încărca, închide, spuma, întări și descărca o matriță, acea matriță nu mai poate ține mașina ocupată. Acesta este decalajul pe care modelele de linii sunt concepute pentru a-l închide și acesta este motivul pentru care echipamente de spumare poliuretanică gama se împarte în mai multe arhitecturi.

Linie de producție a mașinii de injectare a spumei cu placă turnantă Linia de producție a mașinilor de injectare cu spumă a plăcii turnante are o placă turnantă și un motor de reducere ca componente de bază și există mai multe stații de matriță pe placa turnantă... Vizualizare produs →

• Liniile de placă turnantă: matrițe indexează prin pozițiile de încărcare, spumă, întărire și descărcare, ceea ce se potrivește unui timp de takt fix și un număr mic de piese identice.
• linii de tip H: suporturile de matriță se deplasează de-a lungul a două șine paralele, oferind o cale de întărire mai lungă și mai multe stații fără o amprentă mare a podelei.
• Linii inelare: o buclă continuă pentru producție de mare volum, în care aceeași piesă rulează luni întregi.

Alegeți timpul takt și amestecul parțial. O plantă care rulează multe părți diferite câștigă de obicei mai mult din schimbarea rapidă a matriței decât dintr-o buclă de întărire mai lungă.

Ciclopentan și opțiuni de agent de suflare

Selectarea agentului de suflare conduce atât performanța izolației, cât și echipamentul de siguranță din jurul liniei. Ciclopentanul a devenit alegerea comună pentru dulapurile frigorifice și panourile de izolare rigide din cauza potențialului său scăzut de încălzire globală, dar este inflamabil, ceea ce modifică ventilația, clasificarea electrică și procedurile de manipulare a materialelor la fața locului.

Un sistem de premix cu ciclopentan amestecă agentul de expandare în poliol la temperatură și presiune controlate, astfel încât poliolul amestecat ajunge la mașina de injectare care transportă deja agentul de expandare. În comparație cu injectarea separată a ciclopentanului lichid la capul de amestecare, preamestecarea oferă o structură celulară mai uniformă și menține lichidul inflamabil concentrat într-o buclă închisă.

Sistem de premix cu ciclopentan Principiul de funcționare al sistemului de preamestec al ciclopentanului Măsurați și amestecați cu precizie diverse materii prime poliuretanice, cum ar fi izocianat, polieter poliol, catalizator, spumă... Vizualizare produs →

Pentru instalațiile care se conversează de la sistemele de fluorocarbon mai vechi, ruta de premix este adesea calea mai ușor de gestionat, deoarece mașina de injecție existentă poate fi adesea păstrată cu sigilii actualizate și parametrii de control revizuiți.

Variabile de proces care decid calitatea spumei

Odată ce echipamentul este instalat și calibrat, o mână de variabile reprezintă majoritatea problemelor de calitate:

• Deriva raportului de amestecare cauzate de garniturile uzate ale pompei, modificări de vâscozitate sau calibrare incorectă.
• Temperatura componentelor care intră în afara ferestrei de formulare și schimbă reactivitatea.
• Presiunea de injectare care este prea scăzut pentru amestecarea cu impact complet, producând dungi sau celule grosiere.
• Turnați modelul și greutatea împușcatului care lasă pungi de aer sau supraambalează cavitatea.
• Temperatura mucegaiului și aerisirea care decid calitatea suprafeței și timpul ciclului.

Cele mai multe defecte, de la goluri și injecții scurte la variația densității și vezicule de suprafață, se regăsesc până la unul dintre cele cinci. Lucrul prin ele în ordine este mai rapid decât reglarea aleatorie a parametrilor și defecte comune ale spumei PU și remedierea acestora este o listă de verificare utilă atunci când apare prima dată o eroare.

Întrebări frecvente despre fabricarea spumei poliuretanice