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.

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.

La producción de espuma blanda en forma de bloque normalmente utiliza el

máquina de espuma por lotes

proceso, un método de producción de tipo hueco. Este método evolucionó a partir de la espumación manual en los laboratorios. El proceso implica verter inmediatamente los materiales de reacción mezclados en un molde abierto que se asemeja a una caja de madera o metal, de ahí el nombre de "espuma en caja". Los moldes (cajas) para espuma encajonada pueden ser rectangulares o cilíndricos. Para evitar que el bloque de espuma forme una parte superior abovedada, se puede colocar una placa de cubierta flotante en la parte superior de la espuma durante la formación de espuma. La placa de cubierta permanece estrechamente unida a la parte superior de la espuma y se mueve gradualmente hacia arriba a medida que la espuma sube.



El equipo principal para la producción de espuma en caja incluye: 1) Agitador eléctrico-mecánico, barril mezclador; 2) Caja de molde; 3) Herramientas de pesaje como básculas, básculas de plataforma, tazas medidoras, jeringas de vidrio y otros dispositivos de medición; 4) Cronómetro para controlar el tiempo de mezcla. Se aplica una pequeña cantidad de agente desmoldeante a las paredes internas de la caja para facilitar la extracción de la espuma.



Las ventajas de producir espuma blanda utilizando el método de espuma en caja incluyen: baja inversión en equipo, tamaño reducido, estructura de equipo simple, operación y mantenimiento fáciles y convenientes, y producción flexible. Algunas empresas nacionales y municipales pequeñas y con fondos insuficientes utilizan este método para producir espuma blanda de poliuretano. El moldeado de espuma en caja es un método de producción no continuo para espuma blanda, por lo que la eficiencia de producción es menor que la de los métodos continuos y el equipo se opera principalmente de forma manual, lo que resulta en una mayor intensidad de mano de obra. La capacidad de producción es limitada y hay una mayor pérdida en el corte de espumas plásticas. Los parámetros del proceso para la espuma en caja deben controlarse dentro de un cierto rango porque incluso con la misma fórmula, las propiedades de la espuma pueden no ser las mismas cuando se utilizan diferentes parámetros del proceso. La temperatura de la materia prima debe controlarse a (25
±
3) grados Celsius, velocidad de mezclado de 900 a 1000 r/min y tiempo de mezclado de 5 a 12 segundos. El tiempo de mezclado de la mezcla de poliéter y aditivos antes de agregar TDI se puede ajustar de manera flexible dependiendo de la situación, y después de agregar TDI, un tiempo de mezclado de 3 a 5 segundos es suficiente, siendo la clave un mezclado completo después de agregar TDI.



Durante el moldeado de espuma en caja, se debe prestar atención a los siguientes aspectos:


1)
Prepararse antes de la producción, incluida la temperatura del material y la inspección del equipo de la máquina;


2) Medir con la mayor precisión posible;


3) Controlar adecuadamente el tiempo de mezcla;


4) Verter el líquido del material mezclado de forma rápida y constante, evitando fuerza excesiva;


5) Asegúrese de que la caja esté colocada de manera estable, con el papel inferior plano, para evitar un flujo desigual del material durante el vertido;


6) Cuando la espuma suba, presione suavemente la cubierta para asegurarse de que la espuma suba suavemente;


7) Los aditivos deben usarse según lo especificado y los materiales premezclados no deben dejarse por mucho tiempo.



Han surgido tres tipos de equipos de espuma en el moldeado de espuma en caja. Inicialmente, se pesaron diversas materias primas en un recipiente según la fórmula, se mezclaron con una mezcladora de alta velocidad y se vertieron en el molde de caja para formar espuma y darles forma. Este método a menudo generaba residuos en el recipiente de mezcla. Un método mejorado utilizaba una bomba dosificadora para transportar las materias primas al barril de mezcla para una mezcla uniforme. Un dispositivo mecánico cerró automáticamente el fondo del barril y se utilizó aire comprimido para presionar el material en la caja de espuma para darle forma. Ambos métodos podrían crear remolinos debido a la rápida entrada de materiales en la caja, lo que podría causar defectos o depresiones en los productos de espuma. El dispositivo de espuma en caja más razonable es colocar un barril mezclador sin fondo directamente en el centro de la caja de espuma. Una bomba dosificadora transporta las distintas materias primas necesarias para la formación de espuma al barril de mezcla. Después de mezclar durante unos segundos, el dispositivo de elevación levanta el cilindro mezclador fuera de la caja de espuma, permitiendo que el material de espuma fluya suavemente sobre todo el fondo de la caja. Esto evita el agrietamiento de la espuma debido a los remolinos del material y garantiza una altura relativamente uniforme en toda la espuma.



Se puede agregar un dispositivo de presión al material de espuma en expansión para producir espuma con la parte superior plana, lo que reduce el desperdicio durante el corte. Este dispositivo es adecuado para la producción de espuma blanda de poliuretano tipo poliéter y espuma blanda en bloque de alto rebote. Para bloques de poliuretano de acetato de polivinilo, este método no se puede utilizar debido a la alta viscosidad del material y generalmente se emplean métodos continuos.

La temperatura interna de la espuma es tan indispensable como la vitalidad para una persona. Si la temperatura de poscurado de la esponja es demasiado baja, sus propiedades físicas no serán óptimas y habrá fluctuaciones significativas en estas propiedades.



Una vez que la espuma está bien desarrollada, su temperatura interna aumenta rápidamente a más de 120 grados centígrados debido a la reacción exotérmica que se produce en condiciones deficientes de disipación de calor, convirtiéndose en uno de los riesgos de incendio.



La temperatura interna de la espuma es crucial para desarrollar sus propiedades superiores. La espuma madurada a temperaturas externas específicas exhibe propiedades físicas excepcionalmente superiores, como la resistencia a la tracción. Algunos calculan la temperatura de la espuma mediante fórmulas, mientras que otros utilizan software para ingresar fórmulas y calcular automáticamente la temperatura interna de la espuma. Entonces, ¿qué factores influyen en la temperatura interna de la espuma? ¿Es importante conocer estos factores? Es similar a cómo las cámaras de los teléfonos modernos tienen alta resolución, pero ¿eso hace que la fotografía profesional sea inútil? ¿Son inútiles ajustes como la apertura, la distancia focal y el tiempo de exposición? Para controlar mejor las cosas, uno debe comprender más variables clave de esa cosa. Comencemos con principios básicos para comprender los cambios en la temperatura interna de la espuma.



Primero, comprendamos algunas reglas básicas.



La temperatura de un espacio es directamente proporcional a la cantidad de energía térmica inyectada en ese espacio e inversamente proporcional a su tamaño.


Por ejemplo, si se distribuyen 10 kilojulios de calor en un espacio de 8 litros, la temperatura de ese espacio es de 20 grados centígrados. Si se distribuyen los mismos 10 kilojulios de calor en un espacio de 4 litros, la temperatura llega a ser de 40 grados centígrados.


La cantidad de calor aportado es directamente proporcional al valor de aporte de calor y a la velocidad del aporte de calor.


Por ejemplo, si se liberan 100 kilojulios de calor a velocidad "v", la entrada de calor es "A". Si se liberan los mismos 100 kilojulios de calor a una velocidad de 2v, la entrada de calor se convierte en 2A.


El tamaño de un espacio es directamente proporcional a la temperatura absoluta.


Por ejemplo, un espacio de 1 litro a 0 grados Celsius se convierte en 1,366 litros a 100 grados Celsius porque (273,15 + 100)/(273,15 + 0) = 1,366.


El tamaño de un espacio es inversamente proporcional a la presión atmosférica.


Es necesario considerar el retraso en la vaporización del metano.


A continuación, examinemos cómo el ajuste fino de la fórmula afecta la temperatura interna de la espuma.



Dado que se trata de un ajuste fino, aproximaremos que el entorno circundante permanece sin cambios antes y después de los ajustes. Consideremos los efectos del ajuste del agua y el metano en la temperatura interna de la espuma.


Por ejemplo, si una fórmula aumenta el metano en un 5%, podemos estar seguros de que la temperatura interna de la espuma disminuye porque la vaporización del metano absorbe calor, lo que reduce el aporte de calor a la espuma y aumenta el espacio para acomodar el calor. De manera similar, si el contenido de agua aumenta en un 5 %, el agua agregada libera calor al inyectarse en la espuma, lo que aumenta el aporte de calor, y la reacción del agua agregada genera gas, lo que aumenta el espacio para el calor. Entonces, ¿la temperatura interna de la espuma aumenta o disminuye en este caso? La experiencia indica que la temperatura interna de la espuma aumenta. Esto sugiere que el aumento de la entrada de calor debido a este cambio contribuye más al aumento de la temperatura interna de la espuma que el gas producido por el agua que diluye la temperatura.



Los cambios que involucran el índice de espuma, la liberación de calor y la disipación de calor, todos crecientes, pueden hacer que sea difícil adivinar intuitivamente si la temperatura interna de la espuma aumentará o disminuirá. Es posible que sea necesario insertar una sonda después de la formación de espuma para comparar las temperaturas internas o realizar cálculos para llegar a una conclusión.



Para los cálculos, se necesitan varias fórmulas (expresiones algebraicas) derivadas de las reglas básicas anteriores, junto con algunos datos: el calor liberado cuando el agua reacciona con el TDI para formar dióxido de carbono en kilojulios por mol, el calor absorbido durante la vaporización del metano en kilojulios por mol . Para estimar la temperatura interna total de la espuma, se debe conocer el calor liberado al formar formiato de aminometilo, formiato de metilo de urea, urea y biuret (poliurea), en kilojulios por mol, y la velocidad de reacción (tiempo de reacción).



Esto también explica por qué la densidad calculada a partir del índice de espuma difiere drásticamente de los valores teóricos y reales para espumas sin cargas a 50 densidades. Cuanto menor es la densidad, más coinciden los valores teóricos y reales de la densidad de la espuma.

La reacción de la espuma de PU se basa en dos componentes químicos principales: poliéter polioles e isocianatos, junto con otros aditivos como agua, diclorodifluorometano, estabilizadores de espuma y catalizadores. Estos materiales se mezclan instantánea y vigorosamente, reaccionando para formar espuma, proceso que genera una cantidad considerable de calor.



La espuma plástica es un material poroso con una gran superficie. Mientras que el calor generado en los bordes de la espuma puede disiparse, el calor en la parte central, debido al efecto aislante de la espuma, es más difícil de eliminar. En una reacción típica, el calor liberado eleva la temperatura del centro del bloque de espuma para lograr el curado. Se ha observado que entre 2 y 6 horas después de la formación de espuma, las temperaturas pueden aumentar a 140-160
°
C, y a veces incluso más alto, alrededor 180
°
C. Si la temperatura continúa aumentando, puede provocar quemaduras en el núcleo, humo e incluso combustión espontánea.



Además, la exposición prolongada de la espuma de poliuretano a la luz solar puede desencadenar una reacción de autooxidación, provocando degradación, decoloración, fragilidad y disminución de las propiedades físicas del polímero, dejándolo inutilizable. Desde la industrialización del poliuretano, la quema del núcleo y el envejecimiento han sido temas candentes de investigación y preocupación en la industria del poliuretano.



Los antioxidantes son aditivos cruciales en la producción de espuma de poliuretano. Los antioxidantes adecuados previenen la descomposición de los polioles, reducen la formación de subproductos, disminuyen el riesgo de quema del núcleo y pueden retrasar el envejecimiento oxidativo térmico durante el uso del producto, extendiendo así su vida útil. Los antioxidantes comúnmente utilizados para la espuma de PU suelen ser líquidos y se dividen en tres categorías: aminas aromáticas (como el 5057), fenoles impedidos (como el 1135) y ésteres de fosfito (como el PDP). Para aplicaciones con requisitos de color bajos, generalmente se usa una combinación de aminas aromáticas y fenoles impedidos, mientras que las aplicaciones con requisitos de color más altos pueden usar una combinación de fenoles impedidos y ésteres de fosfito.



Además, si los productos se exponen con frecuencia a la luz solar, se debe agregar una cierta cantidad de estabilizadores UV para mejorar la vida útil y la resistencia al amarilleo. Los estabilizadores UV se componen principalmente de absorbentes UV y estabilizadores de luz de aminas impedidas (HALS). Los absorbentes de rayos UV, como los benzotriazoles, las benzofenonas y las triazinas, absorben la radiación UV dañina y la convierten en calor mediante la transferencia de enlaces de hidrógeno intramoleculares o la isomerización cis-trans. HALS se refiere a aminas con dos grupos metilo en cada uno.
α
-átomo de carbono, que, tras la fotooxidación, se transforma en radicales nitrosos. Estos radicales se consideran componentes estables que pueden capturar radicales libres y regenerar radicales nitrosos al reaccionar con radicales peróxido. Los agentes bloqueadores de rayos UV incluyen negro de carbón, óxido de zinc, dióxido de titanio y otros pigmentos, que se utilizan como colorantes. Estos agentes utilizan su alta dispersabilidad y poder cubriente para reflejar la dañina radiación UV, protegiendo el polímero.