Para muchas empresas de pequeña escala, aunque la línea de producción continua de espuma flexible de poliuretano ofrece un alto rendimiento, los costos también son muy altos y es posible que el mercado objetivo no requiera cantidades tan grandes. Como resultado, las líneas de producción discontinuas de espuma flexible de poliuretano se han convertido en su opción preferida. La siguiente es una introducción a la línea de producción no continua de espuma flexible de poliuretano.:


1. Equipo de proceso de espuma de caja


El proceso y el equipo de espumado en caja se han desarrollado como una nueva tecnología para satisfacer las necesidades de las instalaciones de producción de espuma de poliuretano a pequeña escala. Se basa en técnicas de producción de espuma manuales y de laboratorio, esencialmente una versión mejorada de los métodos de producción de espuma de laboratorio. Este proceso ha pasado por tres etapas de desarrollo. Inicialmente, todos los materiales componentes se pesaron secuencialmente y se agregaron a un recipiente más grande, seguido de la adición de TDI. Después de mezclar rápidamente, la mezcla se vertió inmediatamente en un molde tipo caja grande. Este método requería una gran intensidad de mano de obra, emitía altas concentraciones de gases tóxicos y planteaba importantes riesgos para la salud de los operadores. Además, las salpicaduras de materiales durante el vertido arrastrarían una gran cantidad de aire, lo que provocaría la formación de grandes burbujas de aire dentro de la estructura de la espuma e incluso provocaría el agrietamiento de la espuma. Además, había una cantidad significativa de residuos sobrantes, lo que resultaba en un desperdicio sustancial de material y altos costos de producción.

Posteriormente, el proceso incorporó bombas dosificadoras para transportar los materiales a un barril mezclador con fondo de apertura automática. Después de mezclar a alta velocidad, la placa inferior del barril de mezcla se abriría y el aire comprimido expulsaría rápidamente el material al molde para expandir la espuma. Sin embargo, este enfoque adolecía de estructuras de poros de espuma desiguales debido al rápido flujo del material, lo que provocaba estructuras de espuma arremolinadas y problemas de calidad como grietas en forma de media luna. La tercera etapa de mejora del proceso es el dispositivo de espumado en caja que se adopta principalmente en la actualidad. Su principio fundamental de formación de espuma se ilustra en la imagen.



(a)
Medición y mezcla de materias primas (b) espuma (c) La espuma se eleva hasta limitar la altura


1 - Barril de Mezcla de Material Elevable; 2 - Molde de Caja Ensamblable; 3 - Placa superior de caja flotante; 4 - Cuerpo de espuma


Imagen 1: Diagrama esquemático del principio de formación de espuma en caja


El equipo de producción industrial para la formación de cajas de espuma consta principalmente de tanques de materia prima, unidades de bomba dosificadora, barriles mezcladores elevables y moldes de cajas de madera ensamblables. Como se muestra en el diagrama esquemático del equipo de espumado en caja fabricado por Hennecke (Imagen 2), las materias primas espumantes se almacenan en tanques y se regulan mediante dispositivos de control para alcanzar el rango de temperatura de procesamiento requerido, que generalmente se mantiene a 23°C ± 3°C. Secuencialmente, la bomba dosificadora inyecta poliéter polioles, catalizador, tensioactivos, agentes espumantes, etc., en el cilindro mezclador durante un tiempo de agitación de 30 a 60 minutos. A continuación, según la formulación, se introduce el TDI, ya sea directamente o a través de un recipiente intermedio con interruptor de fondo. La mezcla inmediata sigue a la adición de TDI. Dependiendo de los materiales y la formulación, la velocidad de agitación generalmente se controla entre 900 y 1000 revoluciones por minuto (r/min), con un tiempo de agitación de 3 a 8 segundos. Después de agitar, se levanta rápidamente el barril de mezcla. La parte inferior del cilindro carece de fondo y se coloca sobre la placa inferior de la caja del molde al bajar, utilizando un anillo de sellado en el borde inferior del cilindro para evitar fugas de material.


Cuando se levanta, la lechada bien mezclada se puede esparcir y dispersar directamente en la placa inferior del molde de caja, permitiendo que la espuma suba de forma natural. Para evitar la formación de una superficie abovedada en la parte superior durante la formación de espuma, se equipa una placa de molde superior que coincide con el área del molde y permite un movimiento límite hacia arriba. La caja del molde se compone principalmente de paneles rígidos de madera, con la placa inferior fijada a un carro de transporte de molde móvil. Los cuatro paneles laterales son ensamblables y cuentan con mecanismos de bloqueo de apertura y cierre rápidos. Los lados internos de los paneles están recubiertos con agentes desmoldantes a base de silicona o revestidos con material de película de polietileno para evitar la adhesión. Después de 8 a 10 minutos de maduración forzada dentro de la caja, se abren los paneles laterales de la caja del molde, permitiendo la extracción de la espuma flexible en forma de bloque. Después de 24 horas adicionales de maduración, estos bloques de espuma pueden someterse a cortes y otros procedimientos de posprocesamiento.




1 - Tanque de Materia Prima; 2 - Unidad De Bomba Dosificadora; 3 - Gabinete de control; 4 - Barril Mezclador con Dispositivo Elevador; 5 - Caja de espuma; 6 - Producto acabado con espuma; 7 - Placa flotante


Imagen 2: Equipo de espumado en caja fabricado por Hennecke (BFM100/BFM150)


El proceso y el equipo de espumado en caja exhiben características tales como operación simple, estructura de equipo compacta y sencilla, baja inversión, tamaño reducido y mantenimiento conveniente. Estas características lo hacen particularmente adecuado para pequeñas empresas dedicadas a la producción intermitente de espuma en bloque de baja densidad. Sin embargo, sus desventajas también son bastante evidentes: menor eficiencia de producción, entorno de producción menos favorable, alta concentración de gases tóxicos emitidos en el sitio, lo que requiere el uso de sistemas de purificación de gases tóxicos y de escape altamente efectivos.



Para mejorar la eficiencia de la mezcla, algunas empresas han agregado varios deflectores verticales y equidistantes a las paredes internas del barril de mezcla. Estos deflectores, combinados con agitadores tipo espiral de alta velocidad, facilitan el mezclado a alta velocidad. Este enfoque puede, hasta cierto punto, reducir los efectos del flujo laminar en el líquido de mezcla y mejorar la eficiencia de la mezcla. Un ejemplo de esto es nuestro producto, el SAB-BF3302. Para conocer la apariencia y las especificaciones técnicas del producto, consulte la Imagen 3.



Imagen 3: Máquina de espumado de cajas completamente automática (Sabtech Technology Limited)


Esta línea de producción viene con modos de control por computadora totalmente automático y de control manual. Es adecuado para producir espuma de poliuretano flexible con densidades que oscilan entre 10 y 60 kg/cm. Salida máxima de espuma: 180L. Altura de la espuma: 1200 mm. Potencia de mezcla: 7,5kW. Potencia total: 35kW.


2. Equipos para la preparación de espuma de celda abierta


La espuma de poliuretano de celda abierta es un producto de espuma funcional desarrollado en la década de 1980. Posee una alta porosidad, una estructura de red distinta, suavidad, transpirabilidad y buena resistencia mecánica. Encuentra una amplia aplicación como excelente material de filtración y absorción de impactos en transporte, instrumentación, membranas de filtración de materiales médicos y como portadores de catalizadores en la industria química. Llenarlo en los tanques de combustible de los aviones puede suprimir la agitación del aceite y reducir el riesgo de explosiones. La impregnación con suspensión cerámica y sinterización a alta temperatura da como resultado un novedoso material filtrante cerámico de celda abierta utilizado en la industria metalúrgica.


La preparación de espuma de poliuretano de celda abierta implica métodos como la hidrólisis con vapor, el remojo alcalino y la explosión. En la producción industrial se utiliza predominantemente el método de explosión. Inicialmente, se prepara espuma de poliuretano de un tamaño de poro específico mediante el proceso de espumado en caja. Posteriormente, se coloca en un equipo de red de explosión dedicado, se llena con gas explosivo y se enciende después de llenar completamente el cuerpo de espuma. Al utilizar la energía del impacto y el calor de alta temperatura generado por los parámetros de la explosión, las paredes celulares de la espuma de poliuretano se rompen y se fusionan con las paredes celulares, formando una estructura de red distinta, como se muestra en la Imagen 4.



Imagen 4: Espuma de celda abierta claramente interconectada


Se utilizan métodos como la hidrólisis con vapor o el remojo alcalino para preparar espuma de células abiertas. Sin embargo, existen problemas de baja eficiencia, mala calidad y contaminación ambiental con estos métodos. Se emplean principalmente para producción a pequeña escala, como pruebas de muestras de laboratorio. La producción a gran escala utiliza principalmente el método de explosión.



ATL Schubs GmbH, una empresa alemana, se especializa en la investigación y el desarrollo de espuma reticulada de poliuretano y fabrica la maquinaria de explosión de espuma ReticulatusTM. La cámara de explosión del equipo de explosión de espuma reticulada se presenta en dos formas: cilíndrica y rectangular. El primero es adecuado para espuma cilíndrica, mientras que el segundo es más versátil. Puede usarse no sólo para espuma cuadrada sino también para procesar espuma reticulada a partir de espuma cilíndrica, como se muestra en la Imagen 5. La cámara de explosión está construida con placas de acero de alta calidad de 100 mm de espesor. El funcionamiento está controlado por un módem de computadora y ofrece funciones como apertura y cierre automáticos, bloqueo automático, operación automática y alertas automáticas. Además, el diseño y la modificación remota de programas se pueden facilitar mediante sensores de transmisión de datos.



Imagen 5: Equipo de procesamiento de reticulación de espuma de poliuretano (ATL Schubs)


Durante la producción, se introducen en la cámara de explosión cuerpos de espuma de 3 a 6 metros de longitud destinados a la reticulación. La puerta de la cámara se cierra hidráulicamente y el aire del interior de la cámara se evacua mediante una bomba de vacío. Bajo control por computadora, se introduce una proporción precisa de gases de oxígeno e hidrógeno y la proporción de la mezcla de gases se ajusta mecánicamente en función de factores como el tipo de muestra de espuma y los requisitos de tamaño de la red.

Los sensores monitorean continuamente el proceso, asegurando que todos los parámetros del proceso estén dentro de las condiciones especificadas antes de que se inicie la detonación controlada. La fuerza explosiva y la intensidad de la llama generada por la explosión penetran a través de todo el cuerpo de espuma, creando una estructura de red distinta. Después de la formación, el cuerpo de espuma se enfría, los materiales residuales y los gases residuales se purgan con nitrógeno y luego se puede abrir la cámara de presión para recuperar la espuma reticulada. Todo el proceso dura aproximadamente de 8 a 10 minutos. El diámetro de los poros de la espuma reticulada está dentro del rango de 10 a 100 poros por pulgada (ppi) (Nota: ppi se refiere al número de poros dentro de una pulgada).


Lo anterior proporciona una idea del proceso de producción no continuo de espuma flexible de poliuretano. Espero que esta información te resulte útil.

Existen muchas razones para el agrietamiento de la espuma de poliuretano, incluidos factores tanto químicos como mecánicos. Durante la producción, es importante detenerse e inspeccionar, asegurándose de eliminar el fenómeno de agrietamiento. A continuación se presentan algunas ideas que hemos resumido en función de años de experiencia en producción, con la esperanza de inspirar a todos.


1.
Cambios repentinos


Los cambios repentinos en la velocidad del transportador, las variaciones en el uso del catalizador o el funcionamiento irregular del transportador pueden provocar que la espuma se agriete. Ajuste las situaciones anteriores de forma cuidadosa y gradual. Un cambio significativo en la velocidad del transportador puede provocar grandes grietas en los bloques de espuma.


2
Película de polietileno


Si la película deja de moverse por alguna razón, la espuma entrará en contacto con la superficie estática, lo que provocará grietas. Si ocurre esta situación, verifique el rodillo de bobinado de la rebobinadora y examine la separación de la película en el área de curado.


3
Formación de espuma alrededor de ciertas sustancias


Se tiende a formar espuma alrededor de ciertas sustancias, especialmente en el conducto de alimentación, lo que puede provocar fácilmente grietas.


Antes de la producción, asegúrese de que no queden residuos ni desechos en el conjunto del cabezal de mezcla, la manguera de alimentación y el conducto de descarga.


4
Amina excesiva


Cuando no hay suficiente octoato estannoso, un exceso de amina puede provocar el mismo efecto y acelerar el tiempo de subida. Por lo tanto, la dosis de amina debe reducirse.


5
Octoato estannoso insuficiente


Debido a que la reacción de formación de espuma es más rápida que la reacción de polimerización, es posible que fluya algo de espuma, lo que provoca grietas. Por lo tanto, se debe aumentar la cantidad de octoato estannoso.


6
Aceite de silicona


La espuma se vuelve inestable y propensa a romperse, pudiendo formarse "depresiones" en la espuma, por lo que es necesario aumentar la dosis de aceite de silicona.


7
Estructura de pequeñas burbujas de aire


Las paredes de espuma delgadas pueden provocar grietas debido a la formación de espuma. Para abordar esto de manera integral: reduzca el contenido de aire, disminuya la velocidad del cabezal de mezcla o aumente la presión del cabezal de mezcla. También es necesario cambiar la dosis del catalizador de octoato estannoso.

1. Poliéter


El poliéter, como materia prima principal, reacciona con el isocianato para formar uretano, que es la reacción esquelética de los productos de espuma. Cuando el peso molecular aumenta con la misma funcionalidad, la resistencia a la tracción, el alargamiento y la resiliencia de la espuma aumentan, mientras que la actividad de reacción de poliéteres similares disminuye. Con el mismo valor equivalente (peso molecular/funcionalidad), un aumento en la funcionalidad acelera la reacción, aumenta el grado de reticulación del poliuretano, aumenta la dureza de la espuma y reduce el alargamiento. La funcionalidad media de los polioles debería ser superior a 2,5; si es demasiado bajo, la recuperación del cuerpo de espuma después de la compresión es deficiente.



Si la cantidad de poliéter utilizada es alta, equivalente a una reducción en otros materiales (TDI, agua, catalizadores, etc.), es fácil provocar que los productos de espuma se agrieten o colapsen. Si la cantidad de poliéter utilizada es baja, el producto de espuma tiende a ser duro, con elasticidad reducida y mal tacto.



2. Agente espumante


Generalmente, cuando se producen bloques de poliuretano con una densidad superior a 21, solo se utiliza agua (agente espumante químico) como agente espumante. Los compuestos de bajo punto de ebullición, como el cloruro de metileno (MC), se utilizan como agentes espumantes auxiliares en fórmulas de baja densidad o fórmulas ultrablandas.



Los agentes espumantes auxiliares reducen la densidad y dureza de la espuma. Dado que absorben parte del calor de la reacción, el curado se ralentiza, lo que requiere un aumento en la cantidad de catalizador. Al absorber calor se evita el peligro de quemar el núcleo.



La capacidad de formación de espuma se puede expresar mediante el índice de formación de espuma (el número de partes de agua o número equivalente de agua utilizado por 100 partes de poliéter):


IF = m (agua) + m (F-11) / 10 + m (MC) / 9 (100 partes de poliéter)



El agua, como agente espumante, reacciona con el isocianato para formar enlaces de urea y libera una gran cantidad de CO2 y calor. Es una reacción de crecimiento en cadena. El exceso de agua reduce la densidad de la espuma y aumenta la dureza. Sin embargo, también reduce el tamaño y la resistencia de los poros de la espuma, lo que reduce su capacidad de carga y los hace propensos a colapsar o agrietarse. Un mayor consumo de TDI provoca una mayor liberación de calor y un mayor riesgo de quema del núcleo. Si la cantidad de agua excede las 5,0 partes, se deben agregar agentes espumantes físicos para absorber parte del calor y evitar que el núcleo se queme. Menos agua significa una reducción correspondiente en la cantidad de catalizador utilizado, pero aumenta la densidad.



3. Catalizador


Amina: Generalmente se utiliza A33, que promueve la reacción entre isocianato y agua, ajustando la densidad de la espuma, la velocidad de apertura de las burbujas, etc., promoviendo principalmente reacciones de formación de espuma.


Demasiada amina: el producto de espuma se agrieta y aparecen agujeros o burbujas en la espuma; Muy poca amina: la espuma se encoge, cierra los poros y el fondo del producto de espuma se vuelve espeso.



Estaño: normalmente se utiliza octoato de estaño (II) (T-9); El óxido de estaño (IV) (T-19) es un catalizador de reacción de gel altamente activo, que promueve principalmente la reacción de gel, es decir, la reacción de la etapa posterior.


Demasiado estaño: gelificación rápida, mayor viscosidad, poca resiliencia, mala permeabilidad al aire, lo que conduce al fenómeno de celda cerrada. Aumentar adecuadamente su dosis puede obtener buenos plásticos de espuma de células abiertas con relajación; aumentar aún más la dosis hace que la espuma se vuelva gradualmente más densa, lo que provoca una contracción y células cerradas.


Demasiado poco estaño: gelificación insuficiente, lo que provoca grietas durante la formación de espuma. Pueden existir grietas en los bordes o tapas, con rebabas y mala consolidación. Reducir la amina o aumentar el estaño puede aumentar la resistencia de la película de espuma de polímero cuando se genera una gran cantidad de gas, reduciendo así los fenómenos de hueco o agrietamiento.



El hecho de que los plásticos de espuma de poliuretano tengan una estructura celular abierta o cerrada ideal depende principalmente de si la velocidad de reacción del gel y la velocidad de expansión del gas están equilibradas durante la formación de la espuma. Este equilibrio se puede lograr ajustando los tipos y cantidades de catalizadores de amina terciaria y estabilizadores de espuma en la fórmula.



4. Estabilizador de espuma (aceite de silicona)


Los estabilizadores de espuma son un tipo de tensioactivo que dispersa bien la poliurea en el sistema de espuma, actuando como "puntos de reticulación física" y aumentando significativamente la viscosidad inicial de la mezcla de espuma, evitando el agrietamiento. Por un lado, tiene un efecto emulsionante, potenciando la miscibilidad entre los componentes del material espumoso. Por otro lado, la adición de tensioactivos de silicio orgánico puede reducir la tensión superficial del líquido, reducir la energía libre requerida para la dispersión del gas, hacer que el aire dispersado en las materias primas se nucle más fácilmente durante la agitación y la mezcla, facilitar la producción de burbujas finas, ajuste el tamaño de los poros de la espuma, controle la estructura de las células de la espuma y mejore la estabilidad de la espuma. Previene el colapso o estallido de burbujas, hace que las paredes de la espuma sean elásticas, controla el tamaño de los poros y la uniformidad de la espuma. Generalmente, cuanto más agente espumante y POP se utilicen, mayor será la cantidad de aceite de silicona utilizada.



Uso elevado: aumenta la elasticidad de las paredes de espuma en la etapa posterior, haciéndolas menos propensas a estallar, lo que resulta en poros más pequeños y células cerradas.


Bajo uso: La espuma estalla, colapsa después de formar espuma, tamaño de poro más grande y fácil formación de espuma.



5. Influencia de la temperatura


La reacción de formación de espuma del poliuretano se acelera con un aumento en la temperatura del material, lo que puede representar un riesgo de quema e ignición del núcleo en formulaciones sensibles. Generalmente, las temperaturas de los componentes poliol e isocianato se mantienen constantes. Al formar espuma, la densidad de la espuma disminuye a medida que aumenta la temperatura del material. Con la misma fórmula, si la temperatura sigue siendo la misma pero la temperatura ambiente es alta en verano, la velocidad de reacción aumenta, lo que provoca una disminución de la densidad y dureza de la espuma, un aumento del alargamiento y un aumento de la resistencia mecánica. En verano, se puede aumentar adecuadamente el índice TDI para corregir la disminución de la dureza.



6. Influencia de la humedad del aire


Al aumentar la humedad, el isocianato de la espuma reacciona con la humedad del aire, provocando una disminución de la dureza. Por lo tanto, al formar espuma, la cantidad de TDI se puede aumentar apropiadamente. La humedad excesiva puede hacer que la temperatura de curado aumente demasiado, provocando que el núcleo se queme.



7. Influencia de la presión atmosférica


Con la misma fórmula, la formación de espuma en áreas de gran altitud da como resultado una menor densidad del producto de espuma.

A los principiantes les preocupa que si la placa de sedimentación no se ajusta correctamente, el líquido que sale de la boquilla puede causar un aumento hacia adelante o hacia atrás, afectando el proceso de formación de espuma. Dos minutos después de poner en marcha la máquina, la velocidad de reacción aumenta gradualmente, requiriendo en ocasiones ajustes en el plato de sedimentación. Los ajustes al plato de sedimentación son más críticos en fórmulas de baja densidad y alto contenido de humedad (MC).



El caudal de TDI (diisocianato de tolueno) se puede calcular para que corresponda al valor de la escala, pero se recomienda medir realmente el caudal de TDI durante la primera formación de espuma. El caudal es demasiado importante; Si el caudal no es exacto, todo lo demás será un desastre. Lo mejor es confiar en el método más sencillo e intuitivo para medir el caudal.



Al mezclar polvos, el polvo de piedra mezclado se debe dejar durante la noche y la producción debe comenzar al día siguiente. Para los ingredientes que contienen melamina y polvo de piedra, se recomienda mezclar primero melamina con poliéter durante un período de tiempo antes de agregar el polvo de piedra.



Las fórmulas de las máquinas de espuma con una cámara de mezcla larga en el cabezal de la máquina o más dientes en el eje de agitación generalmente tienen menos amina y una temperatura del material más baja. Por el contrario, las fórmulas de las máquinas de espuma con una cámara de mezcla corta en el cabezal de la máquina o menos dientes en el eje agitador suelen tener más amina y una temperatura del material más alta.



Para la misma fórmula, al cambiar entre cabezales giratorios de doble aspersión y cabezales giratorios de aspersión simple con áreas de sección transversal de boquilla similares, los requisitos para el espesor de la malla y las capas son similares.



Para la calibración del flujo de material menor, un método es medir el flujo de retorno del material menor y el otro es calibrarlo dividiendo la cantidad total utilizada por el tiempo de formación de espuma. Cuando exista una diferencia significativa entre los dos métodos de calibración, confíe en los datos del segundo método de calibración.



Las fórmulas para espuma blanda de alta calidad suelen estar dentro de un rango inestable, como un índice TDI bajo, una relación agua-MC baja, una dosis baja de T-9 y una dosis baja de aceite de silicona.