En décembre 2021, nous avons reçu une demande de M. Hairun en Malaisie. M. Hairun est un fabricant de matelas qui a besoin de produire de la mousse recollée. Il avait des connaissances limitées sur l’utilisation et la sélection des machines et n’avait aucune expérience préalable du processus de production. Il avait donc besoin des conseils d’experts qui pourraient l’aider à partir de la base.

Nous avons systématiquement expliqué les principes de production de mousse à M. Hairun, ainsi que le matériel et l'équipement nécessaires. Nous lui avons également fait visiter notre usine pour lui permettre de comprendre clairement l'ensemble du processus de production.

Après avoir compris M. Les préférences de Hairun pour la mousse recollée, notamment la densité, la douceur et les prix du marché, nous lui avons proposé la solution de production de mousse la plus adaptée. Nous lui avons également fourni des informations sur les coûts de production de mousse et comparé les prix des matières premières à titre de référence.

En fonction des besoins du client, de son budget et de l'aménagement de l'usine existante, nous avons conçu un plan de configuration et d'aménagement de machine rentable pour son installation, comprenant une évaluation des coûts de démarrage.

Une fois les machines installées avec succès, notre équipe d'ingénieurs a fourni à M. Hairun avec une formation individuelle en production de mousse. Lorsqu'il a réussi à produire la mousse qu'il désirait pour la première fois, il nous a appelé et nous a dit : « Je suis content de pleurer, merci beaucoup ! Par la suite, il nous a acheté une machine à mousse par lots et a continué à commander des matériaux chimiques en mousse auprès de notre société.

Pour de nombreuses petites entreprises, bien que la ligne de production continue de mousse flexible de polyuréthane offre un rendement élevé, les coûts sont également très élevés et le marché cible n'exige peut-être pas d'aussi grandes quantités. En conséquence, les lignes de production non continues de mousse flexible de polyuréthane sont devenues leur choix préféré. Ce qui suit est une introduction à la ligne de production non continue de mousse flexible de polyuréthane:

1. Équipement de processus de moussage de boîte

Le processus et l'équipement de moussage en boîte ont été développés en tant que nouvelle technologie pour répondre aux besoins des installations de production de mousse de polyuréthane à petite échelle. Il s’appuie sur des techniques de production de mousse manuelle et en laboratoire, essentiellement une version améliorée des méthodes de production de mousse en laboratoire. Ce processus est passé par trois étapes de développement. Initialement, tous les composants étaient pesés séquentiellement et ajoutés dans un récipient plus grand, suivi de l'ajout de TDI. Après un mélange rapide, le mélange a été immédiatement versé dans un grand moule en forme de boîte. Cette méthode nécessitait une forte intensité de travail, émettait de fortes concentrations de gaz toxiques et posait des risques importants pour la santé des opérateurs. De plus, les éclaboussures de matériaux lors du coulage entraîneraient une grande quantité d'air, conduisant à la formation de grosses bulles d'air dans la structure de la mousse et provoquant même des fissures dans la mousse. De plus, il y avait une quantité importante de déchets restants, ce qui entraînait un gaspillage de matériaux important et des coûts de production élevés. 

Plus tard, le processus a incorporé des pompes doseuses pour transporter les matériaux vers un baril de mélange avec un fond à ouverture automatique. Après un mélange à grande vitesse, la plaque inférieure du baril de mélange s'ouvrait et l'air comprimé expulsait rapidement le matériau dans le moule pour l'expansion de la mousse. Cependant, cette approche souffrait de structures de pores inégales en raison du flux rapide du matériau, entraînant des structures de mousse tourbillonnantes et des problèmes de qualité tels que des fissures en forme de croissant. La troisième étape de l'amélioration du processus est le dispositif de moussage en boîte qui est le plus souvent adopté aujourd'hui. Son principe fondamental de moussage est illustré en photo

(un)  Dosage et mélange de matières premières      (b) Moussage     (c) La mousse monte pour limiter la hauteur

1 - Baril de mélange de matériaux élévateur ; 2 - Moule de boîte assemblable ; 3 - Plaque supérieure de la boîte flottante ; 4 - Corps en mousse

Image 1 : Diagramme schématique du principe de moussage en boîte

L'équipement de production industrielle pour le moussage en caisses se compose principalement de réservoirs de matières premières, d'unités de pompe doseuse, de barils de mélange élévateurs et de moules de caisses en bois assemblables. Comme le montre le diagramme schématique de l'équipement de moussage en boîte fabriqué par Hennecke (image 2), les matières premières moussantes sont stockées dans des réservoirs et régulées par des dispositifs de contrôle pour atteindre la plage de température de traitement requise, généralement maintenue à 23°C ± 3°C. Séquentiellement, la pompe doseuse injecte des polyéther polyols, un catalyseur, des tensioactifs, des agents moussants, etc., dans le fût de mélange pendant une durée d'agitation de 30 à 60 minutes. Ensuite, selon la formulation, le TDI est introduit, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un récipient intermédiaire doté d'un interrupteur inférieur. Le mélange immédiat suit l'ajout de TDI. En fonction des matériaux et de la formulation, la vitesse d'agitation est généralement contrôlée entre 900 et 1 000 tours par minute (r/min), avec un temps d'agitation de 3 à 8 secondes. Après agitation, le fût de mélange est rapidement soulevé. La partie inférieure du fût n'a pas de fond et est placée sur la plaque inférieure de la boîte de moulage lors de l'abaissement, en utilisant une bague d'étanchéité au bord inférieur du fût pour empêcher les fuites de matériau.

Une fois soulevée, la bouillie bien mélangée peut être directement étalée et dispersée sur la plaque inférieure du moule, permettant une montée naturelle de la mousse. Pour éviter la formation d'une surface bombée sur la partie supérieure pendant le moussage, une plaque de moule supérieure qui correspond à la zone du moule et permet un mouvement limite vers le haut est équipée. La boîte à moule est principalement constituée de panneaux de bois rigides, la plaque inférieure étant fixée sur un chariot de transport de moule mobile. Les quatre panneaux latéraux sont assemblables et dotés de mécanismes de verrouillage à ouverture et fermeture rapides. Les côtés intérieurs des panneaux sont recouverts d'agents de démoulage à base de silicone ou doublés d'un film de polyéthylène pour empêcher l'adhérence. Après 8 à 10 minutes de maturation forcée au sein de la caisse, les panneaux latéraux de la caisse du moule sont ouverts, permettant le retrait de la mousse souple en forme de bloc. Après 24 heures supplémentaires de maturation, ces blocs de mousse peuvent subir une découpe et d'autres procédures de post-traitement.

1 - Réservoir de matières premières ; 2 - Unité de pompe doseuse ; 3 - Armoire de commande ; 4 - Baril de mélange avec dispositif élévateur ; 5 - Boîte moussante ; 6 - Produit fini en mousse ; 7 - Plaque flottante

Photo 2 : Équipement de moussage de boîtes fabriqué par Hennecke (BFM100/BFM150)

Le processus et l'équipement de moussage en boîte présentent des caractéristiques telles qu'un fonctionnement simple, une structure d'équipement compacte et simple, un faible investissement, un faible encombrement et une maintenance pratique. Ces caractéristiques le rendent particulièrement adapté aux petites entreprises engagées dans la production intermittente de blocs de mousse de faible densité. Cependant, ses inconvénients sont également évidents : efficacité de production moindre, environnement de production moins favorable, concentration élevée de gaz toxiques émis sur site, nécessitant l'utilisation de systèmes d'échappement et de purification des gaz toxiques très efficaces.

Pour améliorer l'efficacité du mélange, certaines entreprises ont ajouté plusieurs déflecteurs verticaux et équidistants aux parois intérieures du fût de mélange. Ces déflecteurs, combinés à des agitateurs en spirale à grande vitesse, facilitent un mélange à grande vitesse. Cette approche peut, dans une certaine mesure, réduire les effets d'écoulement laminaire dans le liquide de mélange et améliorer l'efficacité du mélange. Un exemple de ceci est notre produit, le SAB-BF3302. Pour l'apparence et les spécifications techniques du produit, veuillez vous référer à l'image 3.

Image 3 : Machine à mousser les boîtes entièrement automatique (Sabtech Technology Limited)

Cette ligne de production est dotée de modes de contrôle informatique entièrement automatique et de contrôle manuel. Il convient à la production de mousse de polyuréthane flexible avec des densités allant de 10 à 60 kg/cm. Débit de mousse maximum : 180L. Hauteur de la mousse : 1200 mm. Puissance de mélange : 7,5 kW. Puissance totale : 35 kW.

2. Équipement pour la préparation de mousse à cellules ouvertes

La mousse de polyuréthane à cellules ouvertes est un produit en mousse fonctionnelle développé dans les années 1980. Il possède une porosité élevée, une structure de réseau distincte, une douceur, une respirabilité et une bonne résistance mécanique. Il trouve une large application en tant qu'excellent matériau de filtration et d'absorption des chocs dans les transports, l'instrumentation, les membranes de filtration de matériaux médicaux et comme support de catalyseur dans l'industrie chimique. Le remplir dans les réservoirs de carburant des avions peut supprimer l’agitation du pétrole et réduire le risque d’explosion. Son imprégnation avec une boue céramique et son frittage à haute température aboutissent à un nouveau matériau filtrant en céramique à cellules ouvertes utilisé dans l'industrie métallurgique.

La préparation de la mousse de polyuréthane à cellules ouvertes implique des méthodes telles que l'hydrolyse à la vapeur, le trempage alcalin et l'explosion. Dans la production industrielle, la méthode d'explosion est principalement utilisée. Initialement, une mousse de polyuréthane d'une taille de pores spécifique est préparée à l'aide du procédé de moussage en boîte. Par la suite, il est placé dans un équipement de réseau d'explosion dédié, rempli de gaz explosif, et enflammé après avoir complètement rempli le corps en mousse. En utilisant l'énergie d'impact et la chaleur à haute température générées par les paramètres d'explosion, les parois cellulaires de la mousse de polyuréthane sont rompues et fusionnées sur les parois cellulaires, formant une structure de réseau distincte, comme le montre l'image 4.

Image 4 : Mousse à cellules ouvertes clairement connectée

Des méthodes telles que l’hydrolyse à la vapeur ou le trempage alcalin sont utilisées pour préparer la mousse à cellules ouvertes. Cependant, ces méthodes posent des problèmes de faible efficacité, de mauvaise qualité et de pollution environnementale. Ils sont principalement utilisés pour la production à petite échelle, comme les tests d’échantillons en laboratoire. La production à grande échelle utilise principalement la méthode de l'explosion.

ATL Schubs GmbH, une société allemande, est spécialisée dans la recherche et le développement de mousse polyuréthane réticulée et fabrique les machines d'explosion de mousse ReticulatusTM. La chambre d'explosion de l'équipement d'explosion à mousse réticulée se présente sous deux formes : cylindrique et rectangulaire. Le premier convient à la mousse cylindrique, tandis que le second est plus polyvalent. Il peut être utilisé non seulement pour la mousse carrée mais également pour le traitement de la mousse réticulée à partir de la mousse cylindrique, comme le montre l'image 5. La chambre d'explosion est construite à partir de plaques d'acier de haute qualité de 100 mm d'épaisseur. Le fonctionnement est contrôlé par un modem informatique, offrant des fonctionnalités telles que l'ouverture et la fermeture automatiques, le verrouillage automatique, le fonctionnement automatique et les alertes automatiques. De plus, la conception et la modification de programmes à distance peuvent être facilitées grâce à des capteurs de transmission de données.

Photo 5 : Équipement de traitement de réticulation de mousse de polyuréthane (ATL Schubs)

Lors de la production, des corps en mousse de 3 à 6 mètres de long destinés à la réticulation sont poussés dans la chambre d'explosion. La porte de la chambre est fermée hydrauliquement et l'air à l'intérieur de la chambre est évacué à l'aide d'une pompe à vide. Sous contrôle informatique, une proportion précise d'oxygène et d'hydrogène gazeux est introduite et le rapport du mélange gazeux est ajusté mécaniquement en fonction de facteurs tels que le type d'échantillon de mousse et les exigences de taille du réseau. 

Des capteurs surveillent en permanence le processus, garantissant que tous les paramètres du processus sont dans les conditions spécifiées avant le lancement d'une détonation contrôlée. La force explosive et l'intensité de la flamme générées par l'explosion pénètrent à travers tout le corps en mousse, créant une structure de réseau distincte. Après le formage, le corps en mousse est refroidi, les matières résiduelles et les gaz résiduaires sont purgés à l'aide d'azote, et la chambre de pression peut ensuite être ouverte pour récupérer la mousse réticulée. L'ensemble du processus prend environ 8 à 10 minutes. Le diamètre des pores de la mousse réticulée se situe entre 10 et 100 pores par pouce (ppi) (Remarque : ppi fait référence au nombre de pores dans un pouce).

Ce qui précède donne un aperçu du processus de production non continu de la mousse flexible de polyuréthane. J'espère que ces informations vous seront utiles.

Cure par le froid

Un procédé de production de mousse de siège, qui produit une mousse à haute résilience (appelée mousse HR).

Au cours de ce processus, la température du moule se situe généralement entre 50 et 70 degrés Celsius ; le poids moléculaire du polyéther est généralement compris entre 2 500 et 6 500, et l'ISO peut être TDI/TM/MDI.

Ce procédé présente une efficacité de production élevée, une faible consommation d’énergie et est actuellement largement utilisé.

Capacité de la pompe

Utilisé pour vérifier la stabilité du débit de la pompe doseuse.

La méthode actuelle de vérification de la capacité de la pompe est la suivante : au débit réglé, tirez en continu 35 fois, pesez chaque tir, puis calculez la capacité. En fonction de la capacité de la pompe, déterminez si la pompe doseuse doit être réparée ou remplacée. Généralement, la capacité de la pompe est vérifiée tous les trois mois.

Linéarité de la pompe

Une caractérisation de la corrélation entre la vitesse et le débit de la pompe doseuse.

Habituellement, cinq vitesses différentes sont sélectionnées pour les tests de débit. Le débit de la pompe doseuse à chaque vitesse est alors obtenu. Si ces cinq points s'alignent sur une ligne droite, cela indique une bonne linéarité entre la vitesse et le débit de la pompe doseuse.

NBT (nouvelle technologie de mélange)

NBT signifie Nouvelle technologie de mélange.

La technologie de mélange précédente impliquait la pulvérisation et le mélange d’un ISO avec un POL pour réagir et produire de la mousse de polyuréthane. Lors de l'ajustement des paramètres du processus avec cette méthode, seuls le rapport de mélange POL/ISO et le poids de coulée ont pu être ajustés, sans aucun autre ajustement possible.

NBT consiste à pulvériser et à mélanger un ISO avec 2 ou 3 groupes de matériaux POLY pour réagir et produire de la mousse de polyuréthane. (L'équipement nécessite un convertisseur de fréquence)

NBT peut ajuster les variables suivantes : humidité de la formule, teneur en matières solides de la formule, indice de formule, poids de coulée et autres variables. Cela permet une plus grande tolérance de processus lors de la fabrication de mousses de différentes densités et duretés.

TPR (libération de pression temporisée)

TPR signifie Timed Pressure Release, également connu sous le nom de ventilation ou de pré-ventilation.

Les paramètres TPR typiques sont : la ventilation commence environ 90 à 120 secondes après la fermeture du moule, avec le sac tombant, la ventilation pendant environ 2 secondes, puis le sac remontant.

Phénomènes courants : Une ventilation trop précoce peut donner lieu à des produits tendres susceptibles de se déchirer. Une ventilation trop tardive peut conduire à des produits rigides susceptibles de rétrécir après le démoulage.

Pulvérisation initiale

Au début du coulage normal, les buses ISO et POLY s'ouvrent simultanément, permettant aux matériaux de se mélanger dans la chambre de mélange et de réagir pour produire de la mousse de polyuréthane.

Si pendant le versement les buses ISO et POLY ne s'ouvrent pas simultanément, celle qui s'ouvre en premier fera sortir le matériau de la chambre de mélange sans réagir, ce qui entraînera un matériau n'ayant pas réagi au début de la mousse. Si le polyéther sort en premier, la mousse sera collante et humide au sommet (pulvérisation initiale légère), tandis que si l'ISO sort en premier, la mousse sera croustillante, localement fine (pulvérisation initiale légère) ou aura des taches ISO (pulvérisation initiale sévère). pulvérisation).

Phénomènes courants : Un autre cas particulier est celui où il y a une douceur au niveau de la zone initialement coulée, ce qui pourrait également être une forme de pulvérisation initiale. Cela peut être dû au fait que le composant sort en premier, ce qui rend la mousse molle au point d'écoulement initial.

Indice de moussage

Lorsque ISO et POL réagissent, s'ils réagissent dans les quantités théoriques exactes, on parle de réaction stoechiométrique et l'indice de moussage est défini à 100.

Indice de moussage = utilisation ISO réelle/utilisation ISO théorique * 100. Actuellement, l’indice de moussage du moussage des sièges se situe généralement entre 90 et 105.

À mesure que l'indice de moussage augmente, la mousse devient progressivement plus dure.

Indice > 105, le produit a tendance à être cassant ; Indice < 85, le produit est sujet au retrait à cellules fermées.

Dans la production industrielle moderne, la mousse flexible de polyuréthane joue un rôle important dans divers domaines tels que les meubles, les sièges automobiles et les semelles intérieures de chaussures. Cependant, les points de contrôle techniques clés pour la production de produits en mousse plastique flexible de polyuréthane de haute qualité ne peuvent être négligés. Voici plusieurs points techniques clés du processus de production:

Contrôle du diisocyanate de toluène (TDI):

Le rapport isomérique optimal du TDI est de 80/20. Si ce rapport est dépassé, cela peut conduire à la formation de cellules volumineuses et fermées dans la mousse, prolongeant ainsi le temps de durcissement. En particulier dans la production de produits en mousse de faible densité en gros blocs, un rapport isomérique excessif peut retarder le dégagement de chaleur, ce qui peut entraîner un maintien élevé de la température centrale de la mousse pendant une longue période, conduisant à une carbonisation, voire à une inflammation. Si le rapport isomérique est trop faible, la densité et la résilience du produit en mousse diminueront et de fines fissures peuvent apparaître sur la surface de la mousse, entraînant une mauvaise répétabilité du processus.

Ajout d'agents gonflants externes:

Les agents gonflants externes (eau) réduisent non seulement la densité de la mousse mais améliorent également la douceur du produit et aident à éliminer la chaleur de réaction. Pour éviter la carbonisation centrale lors du processus de moussage des produits en mousse à gros blocs, une certaine quantité d'eau est généralement ajoutée. Cependant, à mesure que la quantité d'eau augmente, la quantité de catalyseur devrait également augmenter en conséquence ; sinon, cela pourrait prolonger le temps de post-durcissement de la mousse. Généralement, pour chaque augmentation de 5 parties d’eau, 0,2 à 0,5 partie d’huile de silicone doivent être ajoutées.

Rapport catalyseur:

Les catalyseurs organiques à base d'étain et d'amine tertiaire sont couramment utilisés pour contrôler les réactions NCO-OH et NCO-H2O. En ajustant le rapport des différents catalyseurs, la croissance des chaînes polymères et la réaction de moussage peuvent être contrôlées. Sous certaines densités de produit, le choix du rapport de catalyseur approprié peut contrôler le taux de cellules ouvertes, la taille des cellules et la valeur de charge vide de la mousse. L'augmentation de la quantité de catalyseur organique à l'étain peut généralement produire des mousses avec des cellules de plus petite taille, mais une utilisation excessive peut augmenter le taux de cellules fermées. Il est nécessaire de déterminer le dosage optimal du catalyseur par des expériences pour obtenir les meilleures performances des produits en mousse.

Stabilisateurs de mousse:

Le rôle des stabilisants de mousse est de réduire la tension superficielle du matériau, rendant la paroi du film de mousse élastique et empêchant la rupture de la paroi de mousse jusqu'à ce que la croissance de la chaîne moléculaire et les réactions de réticulation conduisent à la solidification du matériau. Par conséquent, les stabilisants de mousse jouent un rôle essentiel dans la production d’éponges polyéther en une étape et leur utilisation doit être strictement contrôlée.

Contrôle de la température:

La réaction de génération de mousse est très sensible à la température, et les changements de température du matériau et du moussage affecteront les opérations de moussage et les propriétés physiques. Par conséquent, le contrôle de la température est l’une des conditions importantes pour garantir des processus de moussage stables. La température du matériau est généralement contrôlée à 20-25 ° C.

Vitesse et temps d'agitation:

La vitesse et la durée d’agitation affectent la quantité d’énergie apportée pendant le processus de moussage. Si l'agitation est inégale, un grand nombre de bulles peuvent apparaître à la surface de la mousse, entraînant des défauts tels que des fissures. Pendant le mélange du composant A, la vitesse est de 1 000 tr/min ; une fois le composant B ajouté au composant A, la vitesse d'agitation à grande vitesse est de 2 800 à 3 500 tr/min pendant 5 à 8 secondes.

En résumé, les technologies clés pour la production de mousse de polyuréthane flexible comprennent le contrôle du TDI, l'ajout d'agents gonflants externes, l'ajustement des ratios de catalyseur, l'utilisation de stabilisants de mousse, le contrôle de la température et le contrôle de la vitesse et du temps d'agitation. Un contrôle approprié de ces paramètres techniques peut garantir la production de produits en mousse plastique flexible polyuréthane de qualité stable et de haute performance.

Les débutants craignent que si la plaque de décantation n'est pas correctement ajustée, le liquide s'écoulant de la buse peut provoquer une poussée avant ou arrière, affectant le processus de moussage. Deux minutes après le démarrage de la machine, la vitesse de réaction augmente progressivement, nécessitant parfois des ajustements du plateau de décantation. Les ajustements de la plaque de décantation sont plus critiques dans les formules à faible densité et à haute teneur en humidité (MC).

Le débit de TDI (Toluène Diisocyanate) peut être calculé pour correspondre à la valeur de l'échelle, mais il est recommandé de mesurer réellement le débit de TDI lors du premier moussage. Le débit est trop important ; si le débit n’est pas précis, tout le reste sera un désastre. Il est préférable de s'appuyer sur la méthode la plus simple et la plus intuitive pour mesurer le débit.

Lors du mélange des poudres, la poudre de pierre mélangée doit être laissée toute la nuit et la production doit commencer le lendemain. Pour les ingrédients contenant de la mélamine et de la poudre de pierre, il est recommandé de mélanger d'abord la mélamine avec du polyéther pendant un certain temps avant d'ajouter la poudre de pierre.

Les formules de machines à mousse avec une longue chambre de mélange dans la tête de la machine ou plus de dents sur l'arbre d'agitation contiennent généralement moins d'amines et une température de matériau plus basse. À l’inverse, les formules de machines à mousse avec une chambre de mélange courte dans la tête de la machine ou moins de dents sur l’arbre d’agitation contiennent généralement plus d’amines et une température de matériau plus élevée.

Pour la même formule, lors du passage entre des têtes pivotantes à double pulvérisation et des têtes pivotantes à pulvérisation unique avec des sections transversales de buse similaires, les exigences en matière d'épaisseur de maille et de couches sont similaires.

Pour l'étalonnage du débit de matériau mineur, une méthode consiste à mesurer le débit de retour du matériau mineur, et l'autre consiste à le calibrer en divisant la quantité totale utilisée par le temps de moussage. Lorsqu'il existe une différence significative entre les deux méthodes d'étalonnage, fiez-vous aux données de la deuxième méthode d'étalonnage.

Les formules de mousse souple de haute qualité se situent généralement dans une plage instable, telle qu'un faible indice TDI, un faible rapport eau/MC, un faible dosage de T-9 et un faible dosage d'huile de silicone.