نظرة عامة على آلات رغوة البولي يوريثان الناعمة

في المختبرات، أبسط طريقة هي الرغوة اليدوية؛ أما في الإنتاج الصناعي واسع النطاق، فيُستخدم الرغوة الميكانيكية. وتختلف آلات الرغوة باختلاف عملية الرغوة المستخدمة، مثل رغوة الكتل، ورغوة القوالب، والرش، والصب، ورغوة الرغوة. وتنقسم المكونات الرئيسية لآلات الرغوة عمومًا إلى ثلاثة أجزاء رئيسية: خزانات تخزين المواد، وأنظمة القياس، ومكونات الخلط الميكانيكية.

• خزانات تخزين المواد

عادةً ما تُستخدم أوعية تفاعل مبطنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، ومجهزة بأنظمة تحريك وتحكم في درجة الحرارة مُغلَّفة. بعضها مصنوع من الفولاذ الكربوني العادي أو أوعية تفاعل مبطنة بالزجاج. الغرض من التحريك هو منع فصل المواد ذات الكثافات المختلفة، مما يضمن خلطًا متجانسًا. يضمن نظام التحكم في درجة الحرارة ثبات درجة حرارة المادة، مما يُحسِّن تكرار عملية الرغوة.

• أنظمة القياس

يُعدّ القياس جزءًا أساسيًا من معدات الرغوة، إذ يضمن دقة تركيبة الرغوة. يتكون نظام القياس من أنواع مختلفة من مضخات القياس الميكانيكية، ومحركات متغيرة باستمرار، ومحركات تقويم تعمل بالسيليكون.

تستخدم المواد اللزجة مثل البوليستر والبولي إيثر والبوليمرات المسبقة عادةً مضخات قياس من النوع المسنن أو مضخات مكبسية حلقية، مع وجود أخطاء قياس مطلوبة عمومًا لتكون أقل من 1%.

لقياس TDI ومكونات أخرى منخفضة اللزوجة، يوجد نوعان من مضخات القياس. النوع الأول مناسب لعمليات الرغوة عالية الضغط ذات رؤوس خلط عالية الضغط الخلفي، وغالبًا ما تستخدم مضخة حقن ديزل من طراز بوش. يمكن التحكم في التدفق عن طريق ضبط شوط المكبس أو سرعة المحرك، بنطاق ضبط يتراوح بين 1 و10 تقريبًا، وضغط خرج يتراوح بين 6.89 و10.3 ميجا باسكال. أما النوع الآخر، فيُستخدم لعمليات الرغوة منخفضة الضغط، وعادةً ما يستخدم مضخة مكبس حلقية، حيث يتم ضبط التدفق عن طريق تغيير الخلوص بين الحلقة المنزلقة. يمكن لكلا النوعين من مضخات القياس استخدام محركات متغيرة السرعة يتم التحكم بها بالسيليكون أو نواقل حركة ميكانيكية متغيرة باستمرار للتحكم في السرعة، وبالتالي تنظيم تدفق المواد ونسبها.

الجهاز مُجهّز بمقاييس تدفق دقيقة لمختلف المكونات، مما يسمح بعرض وتسجيل معدلات التدفق في الوقت الفعلي. يتم توصيل المضخات والمحركات باستخدام وصلات مباشرة أو عجلات سلسلة وهياكل تروس لمنع الانزلاق، مما يضمن دقة القياس.

• مكونات الخلط الميكانيكية

يُعدّ قسم الخلط الميكانيكي قسمًا أساسيًا في معدات الرغوة. وبناءً على آلية الخلط، يُمكن تقسيمه إلى فئتين: الأولى هي الخلط الداخلي، حيث تُخلط المواد أولًا في رأس الخلط، ثم تُفرّغ باستمرار من أنبوب مخرج رأس الخلط لتُشكّل الرغوة في القوالب، كما هو الحال في عمليات تشكيل الرغوة بالكتل والقوالب. أما الفئة الثانية فهي الخلط الخارجي، حيث تُقاس المواد بواسطة جهاز القياس في مسدس رش، ثم تُرشّ بالهواء المضغوط. ثم تُخلط المواد خارجيًا وتُشكّل الرغوة، كما هو الحال في رغوة الرش.

يعتمد نوع الخلط الداخلي بشكل أساسي على التحريك الميكانيكي للخلط الموحد، ويجب أن يستوعب مواد ذات لزوجة مختلفة عبر نطاق تدفق واسع. لذلك، تم تصميم العديد من الأشكال المختلفة لأجهزة التحريك. وبصورة عامة، يوجد نوعان من أجهزة التحريك: أحدهما نوع منخفض القص، يتكون من جسم أسطواني وقضيب تحريك يشبه الإبرة، وهو مناسب لأنظمة القياس منخفضة الضغط ولكن يصعب تنظيفه، لذلك يتم استخدامه لإنتاج رغوة الكتل الكبيرة. والآخر هو نوع عالي القص، يتكون من جسم أسطواني ومُحرك حلزوني، مع وجود فجوات صغيرة جدًا بين حاوية الخلط والمُحرك، مما يسمح بتسامح دقيق. يسهل تنظيفه بالهواء المضغوط، مما يجعله مناسبًا لعمليات تشكيل الرغوة، على الرغم من أنه يتطلب نظام قياس عالي الضغط بسبب الضغط الخلفي العالي.

يمكن تعديل قطر وطول الفوهة عند مخرج رأس الخلط. كما يمكن تعديل زمن الخلط (أي زمن البقاء) داخل رأس الخلط بتغيير معدل تدفق المواد من نظام القياس.

بالإضافة إلى حقن المواد، تم تجهيز رأس الخلط أيضًا بجهاز لحقن كميات صغيرة من الهواء لضبط حجم خلية الرغوة، خاصة في معدات إنتاج الرغوة ذات الكتل الكبيرة.

• تركيب المواد في آلات رغوة البولي يوريثان الناعمة

في آلات رغوة البولي يوريثان اللينة، تُقسّم المواد إلى عدة مكونات، بواسطة مضختي قياس إلى ست مضخات تُوصلها إلى رأس الخلط. عادةً، تُعالَج الإيزوسيانات، المعرضة للتحلل عند تعرضها للماء والمحفزات، بشكل منفصل كمكون واحد. يمكن دمج بوليولات البولي إيثر (البوليستر)، وعوامل النفخ، ومثبتات الرغوة، والماء، والمحفزات في تيار واحد أو عدة تيارات مواد، مع ضخ كل تيار إلى رأس الخلط بالنسب المطلوبة. يُحدَّد مبدأ التركيب بناءً على عوامل مثل احتمالية تحلل المادة عند خلطها وسهولة تشغيل العملية.

تأتي آلات الرغوة مزودةً بمعدات داعمة أخرى. على سبيل المثال، تُجهّز أنظمة إنتاج رغوة الكتل بأفران تسخين تعمل بالأشعة تحت الحمراء أو الميكروويف، وناقلات، وأجهزة قطع آلية. أما آلات تشكيل الرغوة، فهي مُجهّزة بأنظمة حقن وتسخين وقنوات معالجة وإزالة تلقائية للقوالب، وأجهزة تنظيف القوالب.

تتوفر آلات الرغوة بمواصفات ونماذج متنوعة، حسب عملية الرغوة وسعتها. في إنتاج الرغوة الكتلية، تصل قدرة إنتاج أكبر الآلات إلى 500 كجم/دقيقة، مع أبعاد منتجات رغوية تصل إلى 1.2 متر ارتفاعًا و2.4 متر عرضًا، مع إمكانية تعديل الطول حسب الحاجة. أما أصغر آلات الرغوة المعملية، فتتميز بمعدل تدفق يبلغ 675 جم/دقيقة، مع كمية حقن مواد تبلغ 1.5 جم لكل دورة.