Produksjon av polyuretanskum: Veiledning for prosess, utstyr og linjevalg

Et kjøleskapsanlegg som bestemmer seg for å ta inn skapskumming, starter vanligvis med det samme spørsmålet: hva krever produksjonen av polyuretanskum egentlig hvis målet er stabil tetthet, ingen tomrom og en utformingstid på under fem minutter? Svaret skrives sjelden ut på et maskindatablad. Den lever i blandingsforholdet, temperaturen til de to komponentene og måten haglen legges inn i hulrommet.

Kortversjonen: produksjon av polyuretanskum er en presisjonsmålingsprosess knyttet til en kjemisk reaksjon. Kontroller forholdet, blandeenergien og injeksjonsmønsteret, og skummet oppfører seg forutsigbart. Mister kontrollen over noen av dem, og ikke noe formtrykk vil redde delen.

Avsnittene nedenfor følger prosessen fra råvaretanker til avstøpningsstasjonen, forklarer hvor høytrykks- og lavtrykkssystemer avviker, og angir hvilken utstyrskonfigurasjon som passer til hvilken produksjonsskala.

Start med kjemien, og dimensjoner deretter maskinen

To væskestrømmer møtes ved blandehodet. A-siden er en polyolblanding: polyol, katalysator, overflateaktivt middel, esemiddel og, i mange stive formuleringer, vann. B-siden er et isocyanat, oftest polymer MDI for stivt skum eller en MDI/TDI-blanding for fleksible kvaliteter. Alt nedstrøms for blandehodet eksisterer for å levere disse to strømmene i riktig forhold, temperatur og trykk i riktig øyeblikk.

Forholdet fortjener mer oppmerksomhet enn det vanligvis får under et kjøp. Stivt skum kjøres vanligvis med en indeks mellom ca. 100 og 110, hvor indeksen sammenligner den faktiske isocyanatladningen med det støkiometriske kravet. En drift på noen få prosentpoeng endrer cellestruktur, kompresjonsstyrke og formoppførsel, og det er svært vanskelig å korrigere når skummet først har hevet seg.

De fire stadiene hvert skudd går gjennom

• Kremtid: væsken skyer og begynner å utvide seg når esemidlet fordamper og reaksjonen starter.
• Gel tid: polymernettverket bygger nok styrke til å holde gassboblene på plass.
• Stigetid: skummet utvider seg for å fylle hulrommet, drevet av esemidlet og av karbondioksidet fra vann-isocyanatreaksjonen.
• Herd og avform: delen får nok grønn styrke til å fjernes uten forvrengning.

Disse vinduene er satt av formuleringen, men de er bare reproduserbare når maskinen gjentar samme skuddvekt, forhold og blandingskvalitet på hver syklus.

Produksjonssekvensen, trinn for trinn

På en veldrevet linje følger produksjonen av polyuretanskum en fast sekvens enten delen er et kjøleskapsskap eller en bilsetepute.

1. Behandle råvarene. Polyol og isocyanat sitter i kappede tanker, vanligvis holdt rundt 20 til 25 grader Celsius, med tørt nitrogen som dekker isocyanatet for å holde fuktighet ute.
2. Mål de to bekkene. Høytrykkssystemer bruker aksiale stempel- eller girpumper, og hver komponent kalibreres etter vekt før produksjonen starter.
3. Bygg opp trykk og resirkuler. Begge strømmene sirkulerer tilbake til tankene ved fullt arbeidstrykk slik at hodet er klart for et øyeblikkelig skudd.
4. Bland ved støt. I et høytrykkshode kolliderer de to strømmene med høy hastighet i et lite kammer og blandes i løpet av millisekunder.
5. Sprøyt inn i formen eller hulrommet. Skuddvekt, hellemønster og injeksjonstid avgjør om hulrommet fylles jevnt eller fanger luft.
6. La heve og gel. Muggtemperatur og ventilering avgjør om skum når hjørnene uten innvendige tomrom.
7. Form ut, herd og inspiser. Deler trimmes, veies og kontrolleres for tetthet og overflatekvalitet.

Diagrammet nedenfor viser hvordan disse trinnene er knyttet til en typisk høytrykksskuminstallasjon.

Høytrykk vs lavtrykkskumming: Hvor linjen er forskjellig

Den største enkeltavgjørelsen for utstyr er blandeprinsippet, fordi det former vedlikeholdsrutiner, bruk av løsemidler og minimumsskuddstørrelsen linjen kan håndtere pålitelig.

Kjernemaskinen: Velge en skummende injeksjonsenhet

De fleste anlegg starter med en enkelt høytrykksinjeksjonsmaskin og legger til automatisering senere. Den første avgjørelsen er to-komponent eller tre-komponent: en to-komponent enhet måler polyol og isocyanat, mens en tre-komponent enhet tilsetter en tredje strøm, typisk et esemiddel, pigment eller additiv som ikke kan forhåndsblandes inn i polyolen.

To-komponent polyuretan høytrykkskummende injeksjonsmaskin Konvensjonell polyuretan høytrykkskummende injeksjonsmaskin bruker en vippearm for 180° rotasjonsinjeksjon. Lengden på vippearmen kan tilpasses. Det jeg... Se produkt →

Automatiseringsalternativer og hva de faktisk endrer

• Fast hode: det billigste arrangementet, egnet for en enkelt formposisjon eller en stasjonær armatur.
• Spormontert hode: hodet beveger seg langs formlinjen, slik at én maskin kan betjene flere stasjoner i rekkefølge.
• XY-akse manipulator: en programmert hellebane over en flat form, nyttig for paneler og grunne hulromsformer.
• Seksakset robot: repeterbare tredimensjonale hellemønstre, normalt valgt der delens geometri endres ofte.

Tilbakebetaling kommer vanligvis fra repeterbarhet i stedet for råhastighet. En maskin som holder skuddvekten innenfor et stramt bånd reduserer skrot og overpakking langt mer pålitelig enn en som ganske enkelt sykler raskere.

Linjeoppsett: Når utgangsvolum endrer konfigurasjonen

En enkelt maskin og en fast form fungerer bra opp til et punkt. Når utformingstiden er kortere enn tiden som trengs for å laste, lukke, skumme, herde og losse én form, kan ikke denne formen lenger holde maskinen opptatt. Dette er gapet som linjeoppsett er designet for å lukke, og det er grunnen til det utstyr for polyuretanskum serien deler seg i flere arkitekturer.

Produksjonslinje for platespillerskuminjeksjonsmaskin Produksjonslinjen for dreieskiveskummende injeksjonsmaskin har en dreieskive og en reduksjonsmotor som kjernekomponenter, og det er flere formstasjoner på platespilleren... Se produkt →

• Platespiller linjer: støpeformer indekserer gjennom belastnings-, skum-, herde- og losseposisjoner, noe som passer til en fast takttid og et lite antall identiske deler.
• H-type linjer: formbærere beveger seg langs to parallelle skinner, noe som gir en lengre herdebane og flere stasjoner uten stort gulvfotavtrykk.
• Ringformede linjer: en kontinuerlig sløyfe for høyvolumsproduksjon hvor samme del går i måneder av gangen.

Velg takttid og delblanding. Et anlegg som kjører mange forskjellige deler, tjener vanligvis mer på rask moldbytte enn på en lengre herdesløyfe.

Valg av cyklopentan og blåsemiddel

Valg av blåsemiddel driver både isolasjonsytelsen og sikkerhetsutstyret rundt linjen. Cyclopentane har blitt det vanlige valget for kjøleskapsskap og stive isolasjonspaneler på grunn av det lave globale oppvarmingspotensialet, men det er brannfarlig, noe som endrer ventilasjon, elektrisk klassifisering og materialhåndteringsprosedyrer på stedet.

Et cyklopentan forblandingssystem blander esemidlet inn i polyolen under kontrollert temperatur og trykk, slik at den blandede polyolen når injeksjonsmaskinen som allerede har esemidlet. Sammenlignet med å injisere flytende cyklopentan separat ved blandehodet, gir forblanding en mer jevn cellestruktur og holder den konsentrerte brennbare væsken inne i en lukket sløyfe.

Cyclopentane Premix System Arbeidsprinsipp for cyklopentan forblandingssystem Mål og bland nøyaktig forskjellige polyuretanråmaterialer, som isocyanat, polyeterpolyol, katalysator, skum... Se produkt →

For anlegg som konverterer bort fra eldre fluorkarbonsystemer, er forblandingsruten ofte den mer håndterbare veien, fordi den eksisterende injeksjonsmaskinen ofte kan beholdes med oppdaterte forseglinger og reviderte kontrollparametere.

Prosessvariabler som bestemmer skumkvaliteten

Når utstyret er installert og kalibrert, står en håndfull variabler for de fleste kvalitetsproblemer:

• Blandingsforholdsdrift forårsaket av slitte pumpetetninger, viskositetsendringer eller feil kalibrering.
• Komponenttemperatur som faller utenfor formuleringsvinduet og skifter reaktivitet.
• Injeksjonstrykk som er for lavt for full impingement-blanding, produsere striper eller grove celler.
• Hell mønster og skuddvekt som etterlater luftlommer eller overpakker hulrommet.
• Muggtemperatur og ventilering som bestemmer overflatekvalitet og syklustid.

De fleste defekter, fra tomrom og korte skudd til tetthetsvariasjoner og overflateblemmer, spores tilbake til en av disse fem. Å jobbe gjennom dem i rekkefølge er raskere enn å justere parametere tilfeldig, og vanlige PU-skumdefekter og deres fikser er en nyttig sjekkliste når det først oppstår en feil.

Ofte stilte spørsmål om produksjon av polyuretanskum