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.

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.

La production de mousse souple en forme de bloc utilise généralement le machine à mousse par lots moussant   Processus, une méthode de production de type écart. Cette méthode a évolué à partir du moussage manuel en laboratoire. Le processus consiste à verser immédiatement les matériaux de réaction mélangés dans un moule ouvert ressemblant à une boîte en bois ou en métal, d'où le nom de « mousse en boîte ». Les moules (boîtes) pour mousse en boîte peuvent être rectangulaires ou cylindriques. Pour empêcher le bloc de mousse de former un dessus en forme de dôme, une plaque de recouvrement flottante peut être placée sur le dessus de la mousse pendant le moussage. La plaque de couverture reste étroitement attachée au sommet de la mousse et se déplace progressivement vers le haut à mesure que la mousse monte.

L'équipement principal pour la production de mousse en boîte comprend : 1) Un agitateur électromécanique, un baril de mélange ; 2) Boîte de moule ; 3) Outils de pesée tels que balances, balances à plate-forme, tasses à mesurer, seringues en verre et autres appareils de mesure ; 4) Chronomètre pour contrôler le temps de mélange. Une petite quantité d'agent de démoulage est appliquée sur les parois intérieures de la boîte pour faciliter le retrait de la mousse.

Les avantages de la production de mousse souple à l'aide de la méthode de mousse en boîte comprennent : un faible investissement en équipement, un faible encombrement, une structure d'équipement simple, une utilisation et une maintenance faciles et pratiques et une production flexible. Certaines petites entreprises nationales et municipales sous-financées utilisent cette méthode pour produire de la mousse souple de polyuréthane. Le moulage de mousse en boîte est une méthode de production non continue de mousse souple, de sorte que l'efficacité de la production est inférieure à celle des méthodes continues et que l'équipement est principalement actionné manuellement, ce qui entraîne une intensité de travail plus élevée. La capacité de production est limitée et les pertes liées à la découpe des mousses plastiques sont plus importantes. Les paramètres de processus pour la mousse en boîte doivent être contrôlés dans une certaine plage car même avec la même formule, les propriétés de la mousse peuvent ne pas être les mêmes lorsque différents paramètres de processus sont utilisés. La température des matières premières doit être contrôlée à (25 ± 3) degrés Celsius, vitesse de mélange de 900 à 1 000 tr/min et temps de mélange de 5 à 12 secondes. Le temps de mélange du mélange de polyéther et d'additifs avant l'ajout du TDI peut être ajusté de manière flexible en fonction de la situation, et après l'ajout du TDI, un temps de mélange de 3 à 5 secondes est suffisant, la clé étant un mélange minutieux après l'ajout du TDI.

Lors du moulage de mousse en boîte, il convient de prêter attention aux aspects suivants:

1)  Se préparer avant la production, y compris l'inspection de la température des matériaux et de l'équipement de la machine ;

2) Mesurer aussi précisément que possible ;

3) Contrôler le temps de mélange de manière appropriée ;

4) Versez le liquide mélangé rapidement et régulièrement, en évitant une force excessive ;

5) Assurez-vous que la boîte est placée de manière stable, avec le papier inférieur plat, pour éviter un écoulement inégal du matériau pendant le versement ;

6) Lorsque la mousse monte, appuyez doucement sur le couvercle pour garantir que la mousse monte en douceur ;

7) Les additifs doivent être utilisés comme spécifié et les matériaux pré-mélangés ne doivent pas être laissés trop longtemps.

Trois types d'équipements en mousse ont émergé dans le moulage de mousse en boîte. Initialement, diverses matières premières étaient pesées dans un récipient selon la formule, mélangées avec un mélangeur à grande vitesse et versées dans le moule pour le moussage et le façonnage. Cette méthode entraînait souvent des résidus dans le récipient de mélange. Une méthode améliorée utilisait une pompe doseuse pour transporter les matières premières vers le baril de mélange pour un mélange uniforme. Un dispositif mécanique fermait automatiquement le fond du fût et de l'air comprimé était utilisé pour presser le matériau dans la boîte de moussage pour le façonner. Ces deux méthodes pourraient créer des tourbillons en raison de l’afflux rapide de matériaux dans la boîte, ce qui pourrait provoquer des défauts ou des dépressions dans les produits en mousse. Le dispositif de mousse en boîte le plus raisonnable consiste à placer un fût de mélange sans fond directement au centre de la boîte de mousse. Une pompe doseuse délivre les différentes matières premières nécessaires au moussage dans le fût de mélange. Après avoir mélangé pendant quelques secondes, le dispositif de levage soulève le fût de mélange hors de la boîte à mousse, permettant au matériau moussant de s'écouler en douceur sur tout le fond de la boîte. Cela empêche la fissuration de la mousse due aux tourbillons de matériaux et garantit une hauteur relativement uniforme dans toute la mousse.

Un dispositif de pression peut être ajouté au matériau en mousse expansible pour produire une mousse à dessus plat, réduisant ainsi les déchets lors de la découpe. Cet appareil convient à la production de mousse souple en polyuréthane de type polyéther et de mousse en bloc souple à haut rebond. Pour les blocs de polyuréthane polyvinylacétate, cette méthode ne peut pas être utilisée en raison de la viscosité élevée du matériau, et des méthodes continues sont généralement utilisées.

Calcul de la distance de moussage pour c machine à mousse continue

Données données : le temps de libération des bulles pour la formule est de 108 secondes, la vitesse de la bande transporteuse pendant le moussage est de 4,6 mètres par minute. Calculez les distances de balancement et de moussage.

Distance de moussage lors du balancement : (108/60) x 4,6 = 8,28 mètres

Distance de moussage en auge : [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 mètres

Explication : Pour une même formule, la machine à mousse continue a un temps de dégagement des bulles plus court que les petites bulles. La distance de moussage calculée est plus courte que la distance de moussage réelle. Cette méthode ne fournit qu’une confirmation approximative de la distance de moussage, facilitant ainsi le réglage de la plaque de décantation. Auge :  18" indique le temps en secondes pendant lequel la matière première reste dans le bac de trop-plein.

Calcul de la hauteur de moussage pour  c machine à mousse continue

Donné : Débit de formule : 80 kilogrammes par minute pour le polyéther, 20 pour le polyéther blanc, 60 pour le TDI, 20 pour la poudre de pierre, vitesse du tapis roulant 4,5 mètres par minute, largeur du moule 1,65 mètres, produisant une mousse d'une densité de 25 kilogrammes par cube mètre. Quelle est la hauteur de mousse en mètres ?

Poids total de la formule : 80 + 20 + 60 + 20 = 180 kilogrammes

Volume de formule : 180/25 = 7,2 mètres cubes

Surface de base du convoyeur fonctionnant par minute:

4,5 x 1,65 = 7,425 mètres cubes

Hauteur de mousse : 7,2/7,425 = 0,97 mètres

Explication : L'huile de silicone, l'amine et l'étain ne sont pas pris en compte ici car ils compensent la quantité de dioxyde de carbone utilisée pendant le processus de moussage. La teneur en humidité (MC) n'est pas prise en compte car la MC n'augmente pas le poids de la mousse lorsqu'elle est vaporisée.

Fonctionnement quotidien moussant

Les débutants craignent qu'un mauvais réglage de la plaque de décantation fasse monter le liquide pulvérisé par la buse vers l'avant ou vers l'arrière, affectant ainsi la formation de mousse. La vitesse de réaction augmente progressivement au cours des deux premières minutes suivant le démarrage de la machine, nécessitant parfois des ajustements correspondants du plateau de décantation. Les ajustements de la plaque de décantation sont plus critiques dans les formules à faible densité et à MC élevée.

Le débit de TDI peut être calculé en déterminant la valeur d'échelle correspondante pour le débit, mais il est recommandé de mesurer le débit de TDI lors de la première production de mousse. Le débit est trop important ; si le débit est incorrect, 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.

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

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

Pour la même formule, lors du passage entre les têtes pivotantes à double pulvérisation et les têtes pivotantes à pulvérisation unique, si la section transversale des deux buses est similaire, les exigences relatives à la finesse et au nombre de couches du maillage sont similaires.

La correction du petit débit de matériau peut être effectuée en mesurant le débit de retour du petit matériau ou en divisant l'utilisation totale par le temps de moussage pour la correction. Lorsque les valeurs obtenues à partir des deux méthodes de correction diffèrent de manière significative, les données de la deuxième méthode de correction doivent être utilisées.

Les formules de mousse souple avec de meilleures propriétés se situent généralement dans une plage instable, telle qu'un indice TDI plus faible, un rapport eau/MC plus faible, un dosage de T-9 plus faible et un dosage d'huile de silicone plus faible. Tout comme dans notre travail, il doit y avoir un effort avant une récompense.