En diciembre de 2021, recibimos una consulta del Sr. Hairun en Malasia. Sr. Hairun es un fabricante de colchones que necesita producir espuma regenerada. Tenía conocimientos limitados sobre el uso y la selección de máquinas y no tenía experiencia previa con el proceso de producción. Por lo tanto, necesitaba la orientación de expertos que pudieran ayudarle desde cero.

Le explicamos sistemáticamente los principios de la producción de espuma al Sr. Hairun, junto con los materiales y equipos necesarios. También lo llevamos a recorrer nuestra fábrica para brindarle una comprensión clara de todo el proceso de producción.

Después de entender al Sr. Teniendo en cuenta las preferencias de Hairun por la espuma regenerada, incluida la densidad, la suavidad y los precios de mercado, le ofrecimos la solución de producción de espuma más adecuada. También le proporcionamos información sobre los costos de producción de espuma y comparamos los precios de las materias primas para su referencia.

Con base en las necesidades, el presupuesto y el diseño de la fábrica existente del cliente, diseñamos un plan de diseño y configuración de la máquina rentable para sus instalaciones, incluida una evaluación de los costos iniciales.

Una vez que las máquinas se instalaron con éxito, nuestro equipo de ingenieros le proporcionó al Sr. Hairun con formación individualizada en producción de espuma. Cuando logró producir por primera vez la espuma que deseaba, nos llamó y nos dijo: "Estoy feliz de llorar, ¡muchas gracias!". Posteriormente, nos compró una máquina de espuma por lotes y continuó repitiendo materiales químicos de espuma a nuestra empresa.

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.

Cura en frío

Un proceso para la producción de espuma para asientos, que produce espuma de alta resiliencia (denominada espuma HR).

Durante este proceso, la temperatura del molde generalmente está entre 50 y 70 grados Celsius; el peso molecular del poliéter suele estar entre 2500 y 6500 y el ISO puede ser TDI/TM/MDI.

Este proceso tiene una alta eficiencia de producción, un bajo consumo de energía y actualmente se utiliza ampliamente.

Capacidad de la bomba

Se utiliza para comprobar la estabilidad de la salida de flujo de la bomba dosificadora.

El método actual para verificar la capacidad de la bomba es el siguiente: al caudal establecido, disparar continuamente 35 veces, pesar cada disparo y luego calcular la capacidad. Según la capacidad de la bomba, determine si la bomba dosificadora necesita reparación o reemplazo. Generalmente, la capacidad de la bomba se verifica cada tres meses.

Linealidad de la bomba

Una caracterización de la correlación entre la velocidad y el rendimiento de la bomba dosificadora.

Generalmente, se seleccionan cinco velocidades diferentes para las pruebas de flujo. Se obtiene entonces el rendimiento de la bomba dosificadora en cada velocidad. Si estos cinco puntos se alinean en línea recta, indica una buena linealidad entre la velocidad y el rendimiento de la bomba dosificadora.

NBT (Nueva tecnología de mezcla)

NBT significa Nueva Tecnología de Mezcla.

La tecnología de mezcla anterior implicaba rociar y mezclar un ISO con un POL para reaccionar y producir espuma de poliuretano. Al ajustar los parámetros del proceso con este método, solo se podía ajustar la relación de mezcla POL/ISO y el peso de la pieza fundida, sin que fuera posible realizar otros ajustes.

NBT implica rociar y mezclar un ISO con 2 o 3 grupos de materiales POLY para reaccionar y producir espuma de poliuretano. (El equipo requiere un convertidor de frecuencia)

NBT puede ajustar las siguientes variables: humedad de la fórmula, contenido de sólidos de la fórmula, índice de la fórmula, peso de fundición y otras variables. Esto permite una mayor tolerancia del proceso al fabricar espumas de diferentes densidades y durezas.

TPR (liberación de presión temporizada)

TPR significa Liberación de presión programada, también conocida como ventilación o prevención.

Los parámetros típicos de TPR son: la ventilación comienza alrededor de 90 a 120 segundos después del cierre del molde, con la bolsa cayendo, ventilándose durante aproximadamente 2 segundos y luego la bolsa vuelve a subir.

Fenómenos comunes: La ventilación demasiado temprana puede provocar productos tiernos y propensos a romperse. Ventilar demasiado tarde puede provocar productos rígidos y propensos a encogerse después del desmolde.

Pulverización inicial

Al comienzo del vertido normal, las boquillas ISO y POLY se abren simultáneamente, lo que permite que los materiales se mezclen en la cámara de mezcla y reaccionen para producir espuma de poliuretano.

Si durante el vertido las boquillas ISO y POLY no se abren simultáneamente, la que se abra primero hará que el material fluya fuera de la cámara de mezcla sin reaccionar, lo que dará como resultado material sin reaccionar al comienzo de la espuma. Si el poliéter sale primero, la espuma estará pegajosa y húmeda en la parte superior (pulverización inicial suave), mientras que si sale primero el ISO, la espuma será crujiente, localmente delgada (pulverización inicial suave) o tendrá manchas ISO (pulverización inicial severa). pulverización).

Fenómenos comunes: Otro caso especial es cuando hay suavidad en la zona inicialmente vertida, lo que también podría ser una forma de pulverización inicial. Esto podría deberse a que el componente sale primero, lo que hace que la espuma en el punto de fluidez inicial sea blanda.

Índice de espuma

Cuando ISO y POL reaccionan, si reaccionan en las cantidades teóricas exactas, se llama reacción estequiométrica y el índice de formación de espuma se define como 100.

Índice de formación de espuma = Uso real de ISO/Uso teórico de ISO * 100. Actualmente, el índice de formación de espuma para los asientos está generalmente entre 90 y 105.

A medida que aumenta el índice de formación de espuma, la espuma se vuelve gradualmente más dura.

Índice > 105, el producto es propenso a ser quebradizo; Índice < 85, el producto es propenso a contraerse en células cerradas.

En la producción industrial moderna, la espuma flexible de poliuretano desempeña un papel importante en diversos campos, como muebles, asientos de automóviles y plantillas de zapatos. Sin embargo, no se pueden pasar por alto los puntos de control técnico clave para la producción de productos de espuma plástica flexible de poliuretano de alta calidad. Aquí hay varios puntos técnicos clave en el proceso de producción.:

Control de diisocianato de tolueno (TDI):

La proporción isomérica óptima de TDI es 80/20. Si se excede esta proporción, se puede provocar la formación de células grandes y cerradas en la espuma, prolongando el tiempo de curado. Particularmente en la producción de productos de espuma de baja densidad en bloques grandes, una proporción isomérica excesiva puede retrasar la liberación de calor, lo que puede causar que la temperatura del centro de la espuma permanezca alta durante mucho tiempo, lo que lleva a la carbonización e incluso a la ignición. Si la proporción isomérica es demasiado baja, la densidad y la resiliencia del producto de espuma disminuirán y pueden aparecer grietas finas en la superficie de la espuma, lo que resultará en una mala repetibilidad del proceso.

Adición de agentes espumantes externos:

Los agentes espumantes externos (agua) no sólo reducen la densidad de la espuma sino que también mejoran la suavidad del producto y ayudan a eliminar el calor de reacción. Para evitar la carbonización central en el proceso de formación de espuma de productos de espuma de bloques grandes, generalmente se agrega una cierta cantidad de agua. Sin embargo, a medida que aumenta la cantidad de agua, la cantidad de catalizador también debería aumentar correspondientemente; de lo contrario, puede prolongarse el tiempo de poscurado de la espuma. Generalmente, por cada 5 partes de aumento de agua, se deben añadir de 0,2 a 0,5 partes de aceite de silicona.

Relación de catalizador:

Los catalizadores orgánicos de estaño y amina terciaria se utilizan comúnmente para controlar las reacciones NCO-OH y NCO-H2O. Ajustando la proporción de diferentes catalizadores, se puede controlar el crecimiento de las cadenas de polímeros y la reacción de formación de espuma. Bajo ciertas densidades de producto, elegir la proporción de catalizador adecuada puede controlar la velocidad de celda abierta, el tamaño de celda y el valor de carga de huecos de la espuma. El aumento de la cantidad de catalizador orgánico de estaño generalmente puede producir espumas con tamaños de celda más pequeños, pero el uso excesivo puede aumentar la tasa de celda cerrada. Es necesario determinar la dosis óptima de catalizador mediante experimentos para lograr el mejor rendimiento de los productos de espuma.

Estabilizadores de espuma:

La función de los estabilizadores de espuma es reducir la tensión superficial del material, haciendo que la pared de la película de espuma sea elástica y evitando que se rompa hasta que el crecimiento de la cadena molecular y las reacciones de reticulación conduzcan a la solidificación del material. Por lo tanto, los estabilizadores de espuma desempeñan un papel fundamental en la producción de esponjas de poliéter de un solo paso y su uso debe controlarse estrictamente.

Control de temperatura:

La reacción de generación de espuma es muy sensible a la temperatura y los cambios en el material y la temperatura de formación de espuma afectarán las operaciones de formación de espuma y las propiedades físicas. Por lo tanto, el control de la temperatura es una de las condiciones importantes para garantizar procesos de formación de espuma estables. La temperatura del material generalmente se controla a 20-25 ° C.

Velocidad y tiempo de agitación:

La velocidad y el tiempo de agitación afectan la cantidad de energía aportada durante el proceso de formación de espuma. Si la agitación es desigual, pueden aparecer una gran cantidad de burbujas en la superficie de la espuma, lo que provoca defectos como grietas. Durante la mezcla del Componente A, la velocidad es de 1000 r/min; Después de agregar el Componente B al Componente A, la velocidad de agitación alta es de 2800-3500 r/min durante 5-8 segundos.

En resumen, las tecnologías clave para producir espuma flexible de poliuretano incluyen controlar el TDI, agregar agentes espumantes externos, ajustar las proporciones de catalizador, usar estabilizadores de espuma, controlar la temperatura y controlar la velocidad y el tiempo de agitación. El control adecuado de estos parámetros técnicos puede garantizar la producción de productos de plástico de espuma de poliuretano flexible de calidad estable y alto rendimiento.

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.