Descripción general de la maquinaria para la producción de espuma de poliuretano blanda

En los laboratorios, el método más sencillo es el espumado manual; sin embargo, en la producción industrial a gran escala, se utiliza el espumado mecánico. La maquinaria de espumado varía según el proceso empleado, como el espumado en bloque, el espumado por moldeo, la pulverización, el vertido y el espumado por espuma. Los componentes principales de la maquinaria de espumado se dividen generalmente en tres partes principales: tanques de almacenamiento de material, sistemas de dosificación y componentes de mezcla mecánica.

• Tanques de almacenamiento de materiales

Normalmente, se utilizan recipientes de reacción revestidos de acero inoxidable, equipados con agitación y sistemas de control de temperatura encamisados. Algunos están hechos de acero al carbono común o de recipientes de reacción revestidos de vidrio. El propósito de la agitación es evitar la separación de materiales con diferentes densidades, asegurando una mezcla uniforme. El sistema de control de temperatura garantiza que la temperatura del material se mantenga constante, lo que mejora la repetibilidad del proceso de espumado.

• Sistemas de medición

La dosificación es un componente clave del equipo de espumado, ya que garantiza la precisión de la fórmula. El sistema de dosificación consta de varios tipos de bombas dosificadoras mecánicas, variadores de frecuencia y motores rectificadores controlados por silicio.

Los materiales viscosos como el poliéster, el poliéter y los prepolímeros generalmente utilizan bombas dosificadoras de tipo engranaje o bombas de pistón anular, y los errores de dosificación generalmente deben ser inferiores al 1 %.

Para la dosificación de TDI y otros componentes de baja viscosidad, existen dos tipos de bombas dosificadoras. Una es adecuada para procesos de espumado a alta presión con cabezales mezcladores de alta contrapresión, que suelen utilizar una bomba de inyección diésel tipo Bosch. El caudal se controla ajustando la carrera del pistón o la velocidad del motor, con un rango de ajuste de aproximadamente 1 a 10, y una presión de salida de 6,89 a 10,3 MPa. La otra se utiliza para procesos de espumado a baja presión y suele utilizar una bomba de pistón anular, donde el caudal se ajusta modificando la holgura entre los anillos deslizantes. Ambos tipos de bombas dosificadoras pueden utilizar motores de velocidad variable controlados por silicio o transmisiones mecánicas de variación continua para controlar la velocidad, regulando así el caudal y las proporciones del material.

El dispositivo está equipado con caudalímetros precisos para diversos componentes, lo que permite la visualización y el registro de caudales en tiempo real. La conexión entre las bombas y los motores se realiza mediante conexión directa o mediante ruedas dentadas y engranajes para evitar deslizamientos y garantizar la precisión de la medición.

• Componentes de mezcla mecánica

La parte de mezcla mecánica es crucial en el equipo de espumado. Según el mecanismo de mezcla, se divide en dos categorías. Una es la de mezcla interna, donde los materiales se mezclan primero en el cabezal mezclador y luego se descargan continuamente por la tubería de salida del cabezal mezclador para espumarlos en moldes, como en los procesos de espumado en bloque y moldeado. La otra es la de mezcla externa, donde los materiales se dosifican mediante un dispositivo dosificador en una pistola pulverizadora y se pulverizan con aire comprimido. Posteriormente, los materiales se mezclan externamente y se espuman, como en el caso de la espumado por pulverización.

El tipo de mezcla interna se basa principalmente en la agitación mecánica para lograr una mezcla uniforme y debe admitir materiales de diferentes viscosidades en un amplio rango de caudal. Por lo tanto, se han diseñado diversos tipos de dispositivos de agitación. En términos generales, existen dos tipos de dispositivos de agitación: uno es de bajo esfuerzo cortante, compuesto por un cuerpo cilíndrico y una varilla agitadora con forma de aguja, adecuado para sistemas de dosificación de baja presión, pero difícil de limpiar, por lo que se utiliza para la producción de espuma en bloques grandes. El otro es de alto esfuerzo cortante, compuesto por un cuerpo cilíndrico y un agitador en espiral, con espacios muy pequeños entre el recipiente de mezcla y el agitador, lo que permite una tolerancia precisa. Es fácil de limpiar con aire comprimido, lo que lo hace adecuado para procesos de espumado por moldeo, aunque requiere un sistema de dosificación de alta presión debido a la mayor contrapresión.

El diámetro y la longitud de la boquilla a la salida del cabezal mezclador son ajustables. El tiempo de mezcla (es decir, el tiempo de residencia) dentro del cabezal mezclador se puede ajustar modificando el caudal de material del sistema de dosificación.

Además de inyectar materiales, el cabezal mezclador también está equipado con un dispositivo para inyectar pequeñas cantidades de aire para ajustar el tamaño de la celda de espuma, particularmente en equipos de producción de espuma en bloques grandes.

• Composición del material en máquinas de espuma de poliuretano blando

En las máquinas de espuma de poliuretano blanda, los materiales se dividen en varios componentes, con 2 a 6 bombas dosificadoras que los suministran al cabezal de mezcla. Generalmente, los isocianatos, propensos a degradarse al exponerse al agua y a los catalizadores, se manejan por separado como un solo componente. Los polioles de poliéter (poliéster), los agentes de expansión, los estabilizadores de espuma, el agua y los catalizadores pueden combinarse en una o varias corrientes de material, dosificándose cada corriente al cabezal de mezcla en las proporciones requeridas. El principio de composición se determina por factores como el potencial de degradación del material durante la mezcla y la facilidad de operación del proceso.

Las máquinas de espumado también incluyen otros equipos auxiliares. Por ejemplo, los sistemas de producción de espuma en bloque están equipados con hornos de calentamiento por infrarrojos o microondas, cintas transportadoras y dispositivos de corte automáticos. Las máquinas de espumado por moldeo están equipadas con moldeo por inyección automático, calefacción, canales de curado, desmoldeo automático y dispositivos de limpieza de moldes.

Dependiendo del proceso y la capacidad de espumado, las máquinas de espumado ofrecen una amplia gama de especificaciones y modelos. En la producción de espuma en bloque, las máquinas más grandes pueden producir hasta 500 kg/min, con dimensiones de producto de espuma que alcanzan los 1,2 m de altura y los 2,4 m de ancho, y su longitud se puede ajustar según sea necesario. Las máquinas de espumado de moldeo de laboratorio más pequeñas tienen un caudal de 675 g/min, con una cantidad de material inyectado de 1,5 g por ciclo.