聚氨酯硬泡生产工艺(8)

通常高压机使用双组分原料体系,使用两台计量泵,一台用来计量输送异氰酸酯,一台 114—

用来输送多元醇与匀泡剂,催化剂等助剂的混合料.为了满足产品的特殊需要,有时需要第

三组分及更多的组分,可单独配置添加剂(如发泡剂等)专用泵,色浆,填料专用泵等.高 压机所使用的计量泵一般是齿轮泵,环形活塞泵,多柱塞计量泵,多柱塞计量泵的最大工作

压力可达30MPa,在高压发泡机中,各计量泵的实际工作压力一般是4～15MPa.下面介绍

A2VK高压计量泵.

A2VK高压计量泵是可变量轴向柱塞泵,它的柱塞泵组是活动的,可以左右摇摆,它的 吐出量与泵组对轴心的角度成正比,角度越大吐出量越大,同时由于摆动的角度不大于25

度,吐出量与摆动角度基本上是线性变动.

A2VK计量泵主要分为开放式与封闭式两大类.

开放式:原料从外界(料桶)经顶部或旁边进入泵体腔内,柱塞泵的进料口直通泵腔. 这样的设计,进料阻力小,但进料压力不能高过0.4 MPa,不然主轴密封圈容易泄露,同时

也可能把泵腔撑破.

封闭式:原料从外界(料桶)经底部进入封闭通道,直接进入进料口,这样的设计,进

料阻力大,但进料部位可以承受高压,碰上高粘度原料,可以增压泵把原料强行送入.由于

柱塞泵允许微量原料从柱塞边缘倒流入泵腔内,所以泵腔必须有泄流装置,不然会因压力增

高而破裂.同时在装好新泵时记住要人工填满泵腔,不然此泵可能在空泵腔的情况下运行好

长的一段时间,直到最后被倒流的原料填满泵腔为止.

众所周知,泵主轴伸出泵体外的部分必须有防止泄露的密封圈.早期的计量泵只有一个

密封圈,后期的泵则装上两个密封圈,在两圈之间充以增塑剂DOP,一是防止空气的侵入,

二是可以用来润滑外圈.由于白料不会干涸,因此DOP是静态封存.但黑料遇到空气会固

结,因此特别需要装一个小的气动润滑泵,定期定量的送出DOP,不让黑料有机会在两圈

之间长期停留.

除以上几种泵外,比较重要的还有单冲程柱塞计量泵.

单冲程柱塞计量泵是一种单料筒慢冲程柱塞计量泵.它的主要计量部件是一个沿轴向运

动的圆柱形耐磨计量柱塞及与之配合的计量柱塞泵.两个安装于柱塞缸体进出管路中的单向

阀,保证物料只能从进口或出口单向进入或排出缸室.计量柱塞的动力通常来自液压系统,

通过液压活塞推动计量柱塞进入计量缸体内,排除与其体积相同的流体.精确地控制

计量柱

塞的行程,就可实现精确计量物料排量.

单冲程柱塞计量装置的排料量通过柱塞行程长度来控制,泵组间流量比例及排量大小决

定于柱塞直径的选择及对柱塞行进速度的控制.有多种方法可以实现对液压活塞的精确控

制,例如使用可调节流量的轴向柱塞计量泵电子液压伺服系统或由频率发生器和步进电机等

来控制液压油量,从而精确控制液压活塞的行程.

为了保证计量的稳定,精确,计量柱塞泵配有温度控制装置,以维持缸体及物料的温度 恒定.采用液压动力源的单冲程柱塞计量泵可应用于高压或低压系统,其最大工作压力达

25MPa,可处理的物料粘度范围为3～50000 mPa·s,物料中允许含有大量填料,甚至磨蚀

性填料(如玻璃纤维或其它有机,无机的磨蚀性填料),是其它类型的计量泵所无法胜任的.

单冲程柱塞计量泵只适合用于非连续生产工艺.它的一次最大排料量取决于计量柱塞及

柱塞缸的容积,通常柱塞缸的容积在2～15 L之间,物料注射量在7～13000 cm3/s,有若干

个规格可供选择.

过滤器也是计量系统的重要元件.物料在由料罐进入计量泵之前必须经过过滤器,以过

滤系统中可能带入的固体机械杂质,保护精密的计量泵免遭意外破坏及过度磨损.常用的过

滤器主要有网式过滤器及片隙式过滤器. 3.混合系统

因为混合是聚氨酯加工中非常重要的一道工序,混合头是反应物料汇集并混合溶解或均 115—

匀分散的地方,混合好的物料也由混合头注入模具成型,所以通常把混合头看作是机械的心

脏,聚氨酯工艺的大量研究工作主要致力于混合技术的开发.

高压发泡机的混合系统一般有混合头,混合头支架及运动机构,供料管道等若干部分组 成.

在高压混合系统中,具有高压势能的物料,在通过喷嘴进入混合头之后急速泄压,势能 转换成动能,两组分物料的高速液流急速交汇,充分地分散,混合.根据料流交汇形式的不

同,高压混合头主要可分为撞击式和平行流两种形式,其中大部分属于撞击式.由于对于模

塑制品要求的日渐提高,高压设备的物料系统已由直接系统转化为循环系统. 一般来说,高压混合头由物料转向元件,物料喷嘴,混合室,混合头清洗元件等若干部 分组成.

混合头物料转向元件通常是一个液压控制换向的柱塞,用以把物料从循环状态切换到混

合状态,完成浇注后再切换回循环状态.在只有一个液压控制柱塞的混合头中,这个柱塞也

兼具有混合头清洗元件的作用,在把料液切换成循环状态时,同时完成对混合室的自清洁.

混合室是个反应物料汇集混合的地方,混合效果的好坏主要决定于物料在混合室中的分

布及流动状态.各物料组分通常以逆流方式注入混合室,通过料流撞击以及在混合室内产生

的湍流进行混合.

物料喷嘴是控制物料进入混合室并调节流速及分布状态的注孔装置,主要有柱形及锥形

两种形式,一般来说,锥形喷嘴的分散及混合效果要高于柱形喷嘴.撞击混合是利用各组分

高速进入混合室的冲击力进行的,在进入混合室的物料喷嘴出口处,物料的线速度需达到约

150m/s,为此喷嘴注孔的尺寸要与注料量相匹配.

混合室的容积都比较小,一般多在0.1～10 cm3之间,减小混合室的容积,可缩短物料 喷嘴间的距离,有利于改善和提高混合质量,在混合枪室的流道中设置节流块,或改变物料

的流向均可强化料流的扰动,提高混合效果,同时也有利于在混合头喷嘴出口处物料的平稳 流出.

混合室的清洗最初采用压缩空气,这比较适合于清洗小型的混合头,如混合室容积较大

的就难以清洗干净.目前,大多数高压混合头都采用活塞清洗法,用一个配合精密的清洗杆,

自浇注完成后,把剩余的物料从混合室及喷嘴中推出去,在由多个活塞控制的混合头中,这

一过程是多个活塞互相配合动作的结果. 以下介绍几种不同设计的高压混合头. (1)直流自洁式混合头

这是一种适用于敞口模具浇注的高压混合头.此类混合头最早由Krauss-Maffei及EMB

公司推出.其工作原理示意于图7-3.

这种混合头只有一个控制活塞,在循环位置时,物料通过控制活塞上的流道返回机上贮

罐,活塞后退,各组分物料注入混合室,当活塞再度向前运动时,注射中断并重新循环.随

着活塞的前移,混合室内的物料被推出,完成混合头的自清洁. 116—

(1)循环状态 (2)混合状态

图7-3 Puromat 混合头工作原理示意图

(2)\型自洁式混合头

这是一种分别由Cannon公司(称为FPL型)和Krauss Maffei公司独立完成开发的混合

头,其工作原理,结构简图及液压控制原理分别示意于图7-4. (1)高压循环 (2)浇注准备 (3)浇注

.2.4 高压发泡设备的操作和维护

下面简单介绍高压发泡设备的正确的开机步骤和关机步骤.具体各个厂家设备的正确操

作方法请严格按照生产商提供的操作说明书或遵循其技术人员的培训来进行操作.不同品牌

设备的操作步骤可能会有所不同. A.开机步骤:

① 检查机器的外表,打开进料泵阀;

② 检查气源是否正常(0.6～0.8 MPa),料罐压力调至0.15～0.2 MPa(<0.4MPa); ③ 检查过滤器或定期更换过滤器; ④ 启动电源;

⑤ 将冷水机打开,温度控制在10℃左右; ⑥ 将料温设定在工作温度范围; ⑦ 启动液压泵,再启动料泵(高压);

⑧ 开低压循环,高压循环,压力调整在15 MPa; ⑨ 进行生产. B.关机步骤: 120—

① 将大活塞来回工作几次,枪头下放DOP清洗剂; ② 关料阀,高压泵,再关电; ③ 卸高压泵压力; ④ 关气源; ⑤ 关冷水机. C.设备的保养:

日保:设备外表清洁,无污物,无滴料;每天旋转搅拌过滤器;下班要保养枪头. 周保:喷嘴清洁;清理空气过滤器. 月保:每月更换DOP,润滑液.

半年保:电机上加黄油;更换液压油和冷水.

高压机采用的均为自洁式混合头,即注射完毕不需用溶剂清洗,而是用清洁杆自动地清

洗混合室和出料口,这是高压机比低压机的一个显著特点.但高压机如果较长时间停机,处

理不当也会造成局部堵塞现象,必须按以下步骤处理:

(1) 排出两组分的物料(可以从混合头,贮缸下部阀门,软管连接处等部位先后排出) (2) 用20%的DOP溶剂和80%的二氯甲烷混合液(不少于20kg)抽入贮缸,开动机器, 使机器处于高,低压循环状态,并多次按动注射按钮清洗混合头,混合液在机器中的清洗时

间不得少于30min.

(3) 排出清洗混合液,倒入清洁的DOP(不少于20kg),开动机器,继续运转30min, 然后排出,再倒入清洁的DOP封机.

上述步骤完成后,机器各部位并没有完全清洗干净,特别是异氰酸酯一侧,一旦进入水 分就会结块.因此如果较长时间停机,必须每隔一两天开动机器不少于1小时,避免局部死 角结块.

7.2.5 知名公司的高压发泡设备 7.2.5.1 Hennecke公司高压发泡设备

Hennecke(亨内基)公司是德国拜耳的全资子公司,具有50多年的历史.主要致力于 聚氨酯发泡设备的生产,具有极其丰富的经验,因此成为了这一领域的领导者.

亨内基的生产设备主要分为硬泡和软泡的生产,多种生产设备和生产线适用于生产不同

的产品.其中包括价格经济的Baseline发泡设备;用于冰箱门体发泡的RotaMat生产线;用

于冰箱箱体发泡的LinFlex生产线;MegaFoam软泡生产线以及同时可以生产聚酯和聚醚泡

沫的QFM生产线.近年来为了适应不断变化的市场需求,亨内基公司通过不断地研究和探

索开发出了NovaFlex MultiFill新技术,它是一种应用于二氧化碳发泡体系的填充料发泡技

术.此外还有Contimat聚氨酯夹心板生产线.

亨内基公司在供应设备的同时,配备了一流的售后服务与技术支持,因此国内许多著名

的大企业都是亨内基公司的客户,诸如海尔,一汽,马士基等等.

作为聚氨酯设备供应商,亨内基公司始终认为通过更新产品和生产理念来达到更高的标

准以及提供专业服务是不可推卸的责任,因此它正以此为目标不断地努力与进步. (1)HK发泡机

HK已经成为顶级高压发泡机的代名词.全球几千台HK发泡机成功地应用于多种多样

的生产中.其原理特点是:通过极其先进的混合头设计,达到最佳混合效能;计量精度高, 原料混合比稳定;石英计时器可精确控制注射时间;经过证明的可靠性;最高的效能;操作

环境安全;自动化程度高.由于采用模块化的结构体系,HK发泡机可根据不同的工艺要求

进行调整.多元醇和异氰酸酯的混合比可以任意设定.HK发泡机按1:1和2:1类型制造,

这样可以保证两个计量泵和混合头在最佳的输出范围内工作.如果和喷嘴,混合头尺寸相匹

配,普通聚氨酯原料输出量的可调范围为标定量的20%～100%,HK55的最低输出量约为 121—

40 g/s(A:B=1:1),或60g/s(A:B=2:1),实际运用中,实际输出量有时可低很多.

根据原料的起泡时间,注射时间的实际使用范围从十分之几秒到15秒.其各种设备参

数见 表7-1.

表7-1 亨内基HK发泡机设备参数 泵的最大输出量 多元醇 异氰酸酯 总输 出量

功率 净重 A:B=1:1

g/s g/s g/s kW kg

HK55L 55 55 110 20 2100 HK135L 135 135 270 23 2200

混合头是机器的心脏和产品成功的关键.产品的质量和生产的经济性,都取决于混合头

的质量,根据不同的应用,Hennecke提供了3种不同的HK发泡机混合头:MX型,MQ型

和ML型.每个混合头都有独特的优点.它们都代表了目前先进的工艺水平,是稳定质量控

制的需要.标准混合头MX包含了一般应用的广阔范围.它是具有优异性能的专利混合头

的代表.混合腔出口截面的节流可以精确地对应于期望的输出量和原料粘度.可根据生产要

求更换喷嘴的尺寸,同MQ系列相比,MX混合头的整个高度降低了约1/3.而使用MQ混

合头的优势在于:加工低粘度的TDI和TDI混合物;同时计量和混合四至六种原料组分;

多次连续注射时使用不同的多元醇或添加剂,如颜料等(独立喷嘴控制);加工磨蚀性原料

组分时(使用活塞计量装置);可选择的单独喷嘴控制.ML混合头系列包括手动操作,特 别轻质的混合头,出口管的直径和长度均可调节,即使再复杂的注射位置均可顺利接通.这

些混合头经常被用于夹心板,管路绝热和集装箱等生产.

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