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.

Al utilizar una máquina de espuma por lotes para espumar espuma blanda de poliuretano, ¿se ha encontrado con las siguientes situaciones?

1.Poros de espuma desiguales y numerosos,

2. Textura de espuma rugosa.

3. Tamaños de poros caóticos en toda la superficie de la espuma, con ligeros signos de poros dilatados.

Problemas como estos son bastante comunes. La razón principal del primer problema es que la distancia entre el impulsor de mezcla de la máquina de espuma y el fondo del barril de mezcla es demasiado grande; el segundo problema es que las paletas mezcladoras son demasiado cortas y estrechas: el tercer problema es que el ángulo de las paletas mezcladoras es demasiado grande.

Muchos fabricantes que diseñan y producen máquinas de espuma sólo comprenden los principios durante el proceso de diseño, sin comprender la relación significativa entre un diseño diferente en la producción de espuma y la calidad del producto. Un diseño mecánico razonable y perfecto sólo puede mejorarse gradualmente en el trabajo real, y sólo los espumadores experimentados pueden lograrlo.

Aquí hay algunas experiencias que hemos tenido con modificaciones y actualizaciones de máquinas, esperando que  será útil:

Primero , la posición de instalación de la rueda mezcladora debe ser lo más baja posible; es mejor más cerca del fondo del barril mezclador. En general, la distancia entre el punto más bajo de la paleta mezcladora y el fondo del barril mezclador debe ser de aproximadamente dos centímetros.

Segundo , la forma de la paleta mezcladora debe ser en forma de abanico, con un borde moderadamente ancho. La ventaja de ser ancho es que aumenta el área de contacto con el material líquido, proporcionando suficiente potencia y además equilibra el material líquido.

Tercera , la longitud de la paleta mezcladora también debe ser lo más larga posible, dejando entre tres y cuatro centímetros del deflector dentro del cilindro mezclador.

Cuatro , los dos bordes de la paleta mezcladora deben estar inclinados, con el ángulo de inclinación basado en el ancho de un extremo y dos centímetros de diferencia en ambos lados. Después de modificar la paleta mezcladora, el funcionamiento adecuado también es crucial, especialmente la velocidad de mezcla. Hoy en día, la mayoría de las máquinas de espuma por lotes están equipadas con dispositivos de conversión de frecuencia de sincronización de alta velocidad. Sin embargo, en la producción real, este dispositivo suele ser innecesario. La velocidad de funcionamiento depende principalmente de la cantidad de material en el cilindro mezclador. Si hay mucho material, la velocidad debe ser apropiadamente más rápida, y si hay menos material, entonces la velocidad debe ser menor.

1  Abrasador del núcleo (la temperatura del centro excede la temperatura de oxidación del material)

A  Poliéter polioles de mala calidad: humedad excesiva, alto contenido de peróxido, impurezas de alto punto de ebullición, concentración elevada de iones metálicos, uso inadecuado de antioxidantes.

B  Problemas de formulación: alto índice TDI en fórmulas de baja densidad, proporción inadecuada de agua a agentes espumantes físicos, agente espumante físico insuficiente, agua excesiva.

C  Impacto climático: altas temperaturas en verano, lenta disipación del calor, altas temperaturas de los materiales, alta humedad que hace que la temperatura central supere la temperatura de oxidación.

D  Almacenamiento inadecuado: aumento del índice TDI que conduce a la acumulación de calor durante el poscurado, lo que provoca una temperatura interna elevada y quemaduras en el núcleo.

2  Gran deformación por compresión

A  Poliéter Poliol: Funcionalidad inferior a 2,5, relación de óxido de propileno superior al 8%, alta proporción de componentes de bajo peso molecular, insaturación superior a 0,05 mol/kg.

B  Condiciones del proceso: La temperatura del centro de reacción es demasiado baja o demasiado alta, postcurado deficiente, reacción incompleta o quemado parcial.

C  Fórmula del proceso: índice TDI demasiado bajo (controlado entre 105 y 108), exceso de octoato estannoso y aceite de silicona en aceite de silicona, bajo contenido de aire en espuma, alto contenido de células cerradas.

3  Espuma suave (dureza disminuida a la misma densidad)

A  Poliéter polioles: baja funcionalidad, bajo valor de hidroxilo, alto peso molecular.

B  Formulación del proceso: octoato T9 insuficiente, reacción de gelificación lenta, menor contenido de agua con la misma cantidad de catalizador de estaño, mayor cantidad de agentes espumantes físicos, dosis alta de aceite de silicona altamente activo, bajo índice TDI.

4  Tamaño de celda grande

A  Mezcla deficiente: mezcla desigual, tiempo de crema corto; aumente la velocidad del cabezal mezclador, reduzca la presión del cabezal mezclador, aumente la inyección de gas.

B  Formulación del proceso: aceite de silicona por debajo del límite inferior, octoato de estaño de calidad insuficiente o deficiente, velocidad de gelificación lenta.

5  Densidad superior al valor establecido

A  Poliéter polioles: baja actividad, alto peso molecular.

B  Formulación del proceso: aceite de silicona por debajo del límite inferior, índice TDI bajo, índice de espuma bajo.

C  Condiciones climáticas: baja temperatura, alta presión. Un aumento del 30% en la presión atmosférica aumenta la densidad entre un 10% y un 15%.

6  Células y huecos colapsados ​​(tasa de evolución de gas mayor que la tasa de gelificación)

A  Poliéter polioles: índice de acidez excesivo (afecta la velocidad de reacción), altas impurezas, baja actividad, alto peso molecular.

B  Formulación del proceso: exceso de amina, catalizador bajo en estaño (espuma rápida y gelificación lenta), índice TDI bajo, aceite de silicona insuficiente o ineficaz.

C  Máquina de espuma de baja presión: reduce la inyección de gas y la velocidad del cabezal mezclador.

7  Alta proporción de celdas cerradas

A  Poliéter polioles: alta proporción de epoxi etano, alta actividad, a menudo ocurre cuando se cambia a poliéter polioles con diferentes niveles de actividad.

B  Formulación del proceso: exceso de octoato de estaño, alta actividad de isocianato, alto grado de reticulación, alta velocidad de reticulación, exceso de aminas y agentes espumantes físicos que conducen a una baja presión de la espuma, alta elasticidad de la espuma que resulta en una mala apertura de las celdas, índice TDI excesivamente alto que conduce a una alta celda cerrada relación.

8  Contracción (tasa de gelificación mayor que la tasa de formación de espuma)

A  Alta proporción de celdas cerradas, contracción durante el enfriamiento.

B  Condiciones de proceso: baja temperatura del aire y del material.

C  Formulación del proceso: exceso de aceite de silicona, menos amina, más estaño, bajo índice TDI.

D  Máquina de espuma de baja presión: aumente la velocidad del cabezal mezclador, aumente la inyección de gas.

9  Agrietamiento

A  " 八 Las grietas con forma de "indican exceso de amina, las grietas de una sola línea indican exceso de agua".

B  Grietas medias e inferiores: amina excesiva, velocidad de formación de espuma rápida (agente de soplado físico excesivo, aceite de silicona deficiente y calidad del catalizador).

C  Grietas superiores: tasa de gelificación de desprendimiento de gas desequilibrada (baja temperatura, baja temperatura del material, catalizador insuficiente, menos amina, mala calidad del aceite de silicona).

D  Grietas internas: baja temperatura del aire, alta temperatura central, bajo índice TDI, exceso de estaño, alta resistencia a la formación de espuma temprana, aceite de silicona altamente activo en pequeñas cantidades.

E  Grietas laterales medias: aumentar la dosis de estaño.

F  El agrietamiento a lo largo del proceso puede deberse a discrepancias en la caída de la placa y la reacción de formación de espuma, o a una formación de espuma prematura o a placas incorrectas. Además de la formulación, también se relaciona con la suavidad del papel base; si el papel base está arrugado, puede dividir el líquido en varias partes, provocando grietas.

10  Estructura celular borrosa

A  Velocidad de agitación excesiva.

B  Alto volumen de inyección de aire.

C  Flujo inexacto de la bomba dosificadora.

D  Tuberías y filtros de material obstruidos.

11  Grietas en el borde inferior (exceso de amina, velocidad de formación de espuma rápida)

Poros grandes en la superficie: agente de soplado físico excesivo, aceite de silicona deficiente y calidad del catalizador.

12  Mal rendimiento a baja temperatura

Mala calidad inherente de los poliéter polioles: bajo valor de hidroxilo, baja funcionalidad, alta insaturación, bajo índice TDI con el mismo uso de estaño.

13  Ventilación deficiente

A  Condiciones climáticas: baja temperatura.

B  Materias primas: alto contenido de poliéter poliol, aceite de silicona altamente activo.

C  Formulación del proceso: exceso de estaño, o bajo contenido de estaño y aminas con el mismo uso de estaño, alto índice TDI.

La espuma flexible de PU ignífuga, también conocida como espuma flexible de PU ignífuga, es generalmente un material ignífugo que se sintetiza agregando retardantes de llama a varios materiales de poliuretano.

Función de los retardantes de llama: pueden absorber calor y descomponerse en sustancias no combustibles a la temperatura de ignición o cerca de ella; pueden reaccionar con los productos de combustión de la espuma flexible de PU para producir sustancias difíciles de quemar, retrasando así la combustión y permitiendo que el punto de ignición se autoextinga.

Retardantes de llama comunes: retardantes de llama a base de bromo, retardantes de llama a base de cloro, retardantes de llama a base de fósforo y retardantes de llama inorgánicos.

Grado de retardante de llama y pruebas para espuma flexible de PU

El grado retardante de llama se refiere a la propiedad obvia que tiene una sustancia o que exhibe un material después del tratamiento, que retrasa significativamente la propagación de las llamas.

Pruebas retardantes de llama:

HB: El grado de retardante de llama más bajo en el estándar UL94. Requiere que para muestras de 3 a 13 milímetros de espesor, la velocidad de combustión sea inferior a 40 milímetros por minuto; para muestras de menos de 3 milímetros de espesor, la velocidad de combustión es inferior a 70 milímetros por minuto; o extinguirse antes de alcanzar la marca de los 100 milímetros.

V-2: Después de dos pruebas de combustión de 10 segundos en la muestra, la llama se apaga en 60 segundos. Puede caer material combustible.

V-1: Después de dos pruebas de combustión de 10 segundos en la muestra, la llama se apaga en 60 segundos. No debe caer material combustible.

V-0: Después de dos pruebas de combustión de 10 segundos en la muestra, la llama se apaga en 30 segundos. No debe caer material combustible.