Máquina computadorizada de acolchoamento de agulha única: coisas que você pode querer saber

Projeto de Espuma Contínua da Arábia Saudita - Estudo de Caso Completo: Aquisição para uma Nova Fábrica de Espuma de PU

Contexto do projeto

Em setembro de 2021, recebemos uma consulta de Abdullah, um cliente da Arábia Saudita. Ele planejava construir uma nova fábrica de espuma de poliuretano para atender o mercado local saudita e o mercado iemenita, principalmente para produtos de espuma de poliuretano flexível para móveis e colchões. Ele também planejava incluir processamento a jusante.

O cliente já contava com mão de obra local especializada na produção de espuma e algumas condições básicas de produção. Conforme o projeto avançava, tornou-se necessário um planejamento coordenado dos produtos-alvo, da configuração dos equipamentos, do layout da fábrica e da integração entre a produção de espuma e os processos subsequentes.

Comunicação inicial e apoio ao projeto

Para este projeto, primeiro discutimos o mercado-alvo e a direção do produto com o cliente, depois comunicamos os requisitos básicos para a produção de espuma flexível de PU para móveis e colchões, incluindo densidade, dureza e a relação com o corte e processamento subsequentes.

Com base nas condições da fábrica do cliente, fornecemos um plano de layout da fábrica para organizar a colocação dos equipamentos, o fluxo de produção, a conexão entre a área de espumação e a área de processamento subsequente, e o espaço de trabalho do operador.

Durante o processo de comunicação, realizamos diversas reuniões por vídeo com o cliente e mostramos a ele nosso processo real de produção de espuma de PU flexível. Isso permitiu que ele compreendesse diretamente as condições de operação da máquina de espuma contínua, a conexão do processo durante a formação da espuma e como o corte e o processamento subsequentes se encaixariam na produção real.

Em relação à discussão sobre os equipamentos, a comunicação focou nas questões específicas do cliente, incluindo a facilidade de operação diária, as diferenças práticas entre os diferentes modelos de equipamentos e quais configurações eram mais adequadas às condições atuais do projeto.

A máquina de espuma aglomerada adquirida por este cliente.

Por que o cliente finalmente nos escolheu?

O cliente inicialmente demonstrou interesse em uma máquina de espuma contínua. Conforme a comunicação progredia, a discussão avançou passo a passo em direção à configuração completa da linha e à instalação na fábrica. Sua decisão final de continuar o projeto conosco foi baseada principalmente nos seguintes pontos.

1. Respostas oportunas mantiveram a comunicação em andamento.
Na fase inicial de um novo projeto para uma fábrica de espuma de poliuretano, as dúvidas continuam a aumentar. Ao longo do processo, o cliente foi adicionando detalhes relacionados à linha de produção, à conexão dos equipamentos, ao layout da fábrica e à coordenação da mão de obra.

Neste projeto, as dúvidas do cliente foram respondidas continuamente e a comunicação não foi interrompida em nenhum momento. Assim que um ponto era esclarecido, a discussão seguinte podia prosseguir sem problemas.

2. As respostas abordaram diretamente as perguntas reais do cliente.
Na fase inicial, o cliente não tinha falta de folhetos informativos sobre os equipamentos. O que influenciou sua decisão foi a clareza com que suas perguntas podiam ser respondidas.

Durante a comunicação, suas preocupações não se limitaram à própria máquina de espuma contínua. Ele também se concentrou na direção do produto para o mercado-alvo, nas necessidades básicas de produção de espuma flexível de poliuretano para móveis e colchões, na conexão entre a produção de espuma e o processamento subsequente e em como a nova fábrica deveria ser organizada nas condições existentes.

As respostas sempre seguiram essas perguntas específicas e não se limitaram a uma apresentação geral dos equipamentos.

3. A solução foi desenvolvida com base nas condições reais do projeto.

Este era um projeto de fábrica novo, mas o cliente já contava com trabalhadores locais para a produção de espuma e as condições da fábrica já estavam definidas. À medida que a comunicação avançava, a discussão sobre a solução se manteve alinhada a essas condições reais, incluindo como organizar o espaço da fábrica, como implementar a linha completa com a mão de obra existente, como conectar a área de produção de espuma com a área de processamento subsequente e quais configurações seriam mais adequadas ao cronograma atual do projeto.

O que o cliente viu não foi uma configuração padrão fixa, mas sim uma abordagem de solução desenvolvida em torno das condições específicas do seu projeto.

4. A discussão abordou o uso prático na produção, e não apenas o equipamento em si.

Na comunicação sobre equipamentos, o cliente estava preocupado não apenas com o equipamento em si, mas também com a forma como ele seria usado na produção real, como a facilidade de operação diária, se o ajuste de parâmetros era claro, quais conexões tinham maior probabilidade de causar problemas e como a formação de espuma e o corte e processamento subsequentes poderiam ser conectados de forma mais eficiente.

Essa parte da discussão continuou ao longo das primeiras comunicações e não parou nas especificações do documento.

5. Os tópicos discutidos anteriormente poderiam ser abordados posteriormente na solução.

A direção do produto, o layout, a conexão dos equipamentos e o arranjo do processo discutidos na fase inicial foram posteriormente incorporados à configuração detalhada. Os tópicos abordados anteriormente puderam ser integrados à solução sem interrupções.

Conteúdo final da aquisição

• um completo linha de produção de espuma contínua
• uma linha de produção de espuma aglomerada, incluindo: máquina de espuma aglomerada , caldeira a vapor, máquina trituradora de espuma
• um Máquina de corte de espuma CNC
• dois máquinas de corte de espuma circular
• um máquina de corte vertical de espuma

Carregando linha de espuma aglomerada

Máquina de carregamento de espuma contínua e máquina de corte de espuma

Se você também está planejando uma nova fábrica de espuma de poliuretano, ou avaliando linhas de produção contínua de espuma, linhas de produção de espuma aglomerada e configurações de máquinas de corte, envie-nos informações sobre sua linha de produtos, as condições da fábrica e o plano do projeto. Podemos discutir uma solução adequada com você, com base na sua situação específica.

Para muitas empresas de pequena escala, embora a linha de produção contínua de espuma flexível de poliuretano ofereça alto rendimento, os custos também são muito elevados e o mercado-alvo pode não exigir quantidades tão grandes. Como resultado, as linhas de produção não contínuas de espuma flexível de poliuretano tornaram-se a sua escolha preferida. A seguir está uma introdução à linha de produção não contínua de espuma flexível de poliuretano:

1. Equipamento de processo de formação de espuma em caixa

O processo e o equipamento de formação de espuma de caixa foram desenvolvidos como uma nova tecnologia para acomodar as necessidades de instalações de produção de espuma de poliuretano em pequena escala. Ele se baseia em técnicas laboratoriais e manuais de produção de espuma, essencialmente uma versão aprimorada dos métodos laboratoriais de espuma. Este processo passou por três etapas de desenvolvimento. Inicialmente, todos os materiais componentes foram pesados ​​sequencialmente e adicionados a um recipiente maior, seguido da adição de TDI. Após mistura rápida, a mistura foi imediatamente vertida num molde de caixa grande. Este método apresentava alta intensidade de trabalho, emitia altas concentrações de gases tóxicos e representava riscos significativos à saúde dos operadores. Além disso, os respingos de materiais durante o vazamento arrastariam uma grande quantidade de ar, levando à formação de grandes bolhas de ar dentro da estrutura da espuma e até mesmo causando rachaduras na espuma. Além disso, havia uma quantidade significativa de sobras, resultando em desperdício substancial de materiais e altos custos de produção. 

Posteriormente, o processo incorporou bombas dosadoras para transportar materiais para um barril misturador com fundo de abertura automática. Após a mistura em alta velocidade, a placa inferior do cilindro de mistura se abriria e o ar comprimido expeliria rapidamente o material para o molde para expansão da espuma. No entanto, esta abordagem sofria de estruturas irregulares de poros de espuma devido ao rápido fluxo de material, levando a estruturas de espuma rodopiantes e problemas de qualidade, como rachaduras em forma de crescente. O terceiro estágio de melhoria do processo é o dispositivo de formação de espuma de caixa, que é mais adotado atualmente. Seu princípio fundamental de formação de espuma é ilustrado na Figura

(a)  Medição e mistura de matérias-primas      (b) Espuma     (c) A espuma sobe até a altura limite

1 - Tambor Elevável de Mistura de Materiais; 2 - Molde Caixa Montável; 3 - Placa Superior da Caixa Flutuante; 4 – Corpo de Espuma

Figura 1: Diagrama esquemático do princípio da formação de espuma em caixa

O equipamento de produção industrial para espumação de caixas consiste principalmente em tanques de matéria-prima, unidades de bombas dosadoras, barris de mistura eleváveis ​​e moldes de caixas de madeira montáveis. Conforme ilustrado no diagrama esquemático do equipamento de espumação de caixa fabricado pela Hennecke (Figura 2), as matérias-primas espumantes são armazenadas em tanques e reguladas por dispositivos de controle para atingir a faixa de temperatura de processamento necessária, normalmente mantida em 23°C ± 3°C. Sequencialmente, a bomba dosadora injeta poliéter polióis, catalisadores, surfactantes, agentes espumantes, etc., no cilindro de mistura por uma duração de agitação de 30 a 60 minutos. A seguir, de acordo com a formulação, o TDI é introduzido, diretamente ou através de um recipiente intermediário com interruptor inferior. A mistura imediata segue a adição de TDI. Dependendo dos materiais e da formulação, a velocidade de agitação é geralmente controlada em 900 a 1000 rotações por minuto (r/min), com um tempo de agitação de 3 a 8 segundos. Após agitação, o cilindro de mistura é levantado rapidamente. A parte inferior do barril não tem fundo e é colocada na placa inferior da caixa de molde ao abaixar, utilizando um anel de vedação na borda inferior do barril para evitar vazamento de material.

Quando levantada, a pasta bem misturada pode ser espalhada e dispersa diretamente na placa inferior do molde de caixa, permitindo o aumento natural da espuma. Para evitar a formação de uma superfície abaulada na parte superior durante a formação de espuma, é equipada uma placa de molde superior que corresponde à área do molde e permite o movimento limite ascendente. A caixa do molde é composta principalmente por painéis rígidos de madeira, com a placa inferior fixada em um carro móvel de transporte do molde. Todos os quatro painéis laterais são montáveis, apresentando mecanismos de travamento de abertura e fechamento rápidos. Os lados internos dos painéis são revestidos com agentes desmoldantes à base de silicone ou revestidos com filme de polietileno para evitar aderência. Após 8 a 10 minutos de maturação forçada dentro da caixa, os painéis laterais da caixa-molde são abertos, permitindo a retirada da espuma flexível em formato de bloco. Após mais 24 horas de maturação, esses blocos de espuma podem ser submetidos a cortes e outros procedimentos de pós-processamento.

1 - Tanque de Matéria Prima; 2 - Unidade Bomba Dosadora; 3 - Gabinete de Controle; 4 - Tambor Misturador com Dispositivo Elevador; 5 - Caixa Espumante; 6 - Produto Acabado em Espuma; 7 – Placa Flutuante

Figura 2: Equipamento de espumação de caixa fabricado pela Hennecke (BFM100/BFM150)

O processo e o equipamento de formação de espuma de caixa apresentam características como operação simples, estrutura de equipamento compacta e direta, baixo investimento, área ocupada pequena e manutenção conveniente. Essas características o tornam particularmente adequado para pequenas empresas envolvidas na produção intermitente de blocos de espuma de baixa densidade. No entanto, as suas desvantagens também são bastante evidentes: menor eficiência de produção, ambiente de produção menos favorável, elevada concentração de gases tóxicos emitidos no local, necessitando da utilização de sistemas de exaustão e purificação de gases tóxicos altamente eficazes.

Para aumentar a eficiência da mistura, algumas empresas adicionaram vários defletores verticais e equidistantes às paredes internas do cilindro de mistura. Esses defletores, combinados com agitadores tipo espiral de alta velocidade, facilitam a mistura em alta velocidade. Esta abordagem pode, até certo ponto, reduzir os efeitos do fluxo laminar no líquido de mistura e melhorar a eficiência da mistura. Um exemplo disso é o nosso produto, o SAB-BF3302. Para a aparência e especificações técnicas do produto, consulte a Figura 3.

Figura 3: Máquina de espuma de caixa totalmente automática (Sabtech Technology Limited)

Esta linha de produção vem com controle de computador totalmente automático e modos de controle manual. É adequado para a produção de espuma flexível de poliuretano com densidades que variam de 10 a 60 kg/cm. Produção máxima de espuma: 180L. Altura da espuma: 1200mm. Potência de mistura: 7,5kW. Potência total: 35kW.

2. Equipamento para preparação de espuma de células abertas

A espuma de poliuretano de células abertas é um produto de espuma funcional desenvolvido na década de 1980. Possui alta porosidade, estrutura de rede distinta, maciez, respirabilidade e boa resistência mecânica. Ele encontra ampla aplicação como excelente material de filtração e absorção de choque em transporte, instrumentação, membranas de filtração de material médico e como transportadores de catalisadores na indústria química. Preenchê-lo nos tanques de combustível das aeronaves pode suprimir a agitação do óleo e reduzir o risco de explosões. Impregná-lo com lama cerâmica e sinterização em alta temperatura resulta em um novo material de filtro cerâmico de célula aberta usado na indústria metalúrgica.

A preparação de espuma de poliuretano de células abertas envolve métodos como hidrólise a vapor, imersão alcalina e explosão. Na produção industrial, o método de explosão é utilizado predominantemente. Inicialmente, a espuma de poliuretano com um tamanho de poro específico é preparada usando o processo de formação de espuma em caixa. Posteriormente, é colocado em equipamento de rede de explosão dedicado, preenchido com gás explosivo e aceso após o preenchimento completo do corpo de espuma. Ao utilizar a energia de impacto e o calor de alta temperatura gerado pelos parâmetros de explosão, as paredes celulares da espuma de poliuretano são rompidas e fundidas nas paredes celulares, formando uma estrutura de rede distinta, conforme mostrado na Figura 4.

Figura 4: Espuma de células abertas claramente interligada

Métodos como hidrólise a vapor ou imersão alcalina são usados ​​para preparar espuma de células abertas. No entanto, existem problemas de baixa eficiência, má qualidade e poluição ambiental com estes métodos. Eles são empregados principalmente para produção em pequena escala, como testes de amostras de laboratório. A produção em grande escala utiliza principalmente o método de explosão.

ATL Schubs GmbH, uma empresa alemã, é especializada em pesquisa e desenvolvimento de espuma reticulada de poliuretano e fabrica máquinas de explosão de espuma ReticulatusTM. A câmara de explosão do equipamento de explosão de espuma reticulada apresenta-se em duas formas: cilíndrica e retangular. O primeiro é adequado para espuma cilíndrica, enquanto o segundo é mais versátil. Pode ser utilizado não só para espuma quadrada, mas também para processar espuma reticulada a partir de espuma cilíndrica, conforme Figura 5. A câmara de explosão é construída com placas de aço de alta qualidade com 100 mm de espessura. A operação é controlada por um modem de computador, oferecendo recursos como abertura e fechamento automáticos, travamento automático, operação automática e alertas automáticos. Além disso, o projeto e a modificação remota do programa podem ser facilitados por meio de sensores de transmissão de dados.

Figura 5: Equipamento de Processamento de Reticulação de Espuma de Poliuretano (ATL Schubs)

Durante a produção, corpos de espuma medindo de 3 a 6 metros de comprimento destinados à reticulação são empurrados para dentro da câmara de explosão. A porta da câmara é fechada hidraulicamente e o ar dentro da câmara é evacuado por meio de uma bomba de vácuo. Sob controle do computador, uma proporção precisa de gases oxigênio e hidrogênio é introduzida, e a proporção da mistura de gases é ajustada mecanicamente com base em fatores como tipo de amostra de espuma e requisitos de tamanho da rede 

Os sensores monitoram continuamente o processo, garantindo que todos os parâmetros do processo estejam dentro das condições especificadas antes que a detonação controlada seja iniciada. A força explosiva e a intensidade da chama gerada pela explosão penetram em todo o corpo de espuma, criando uma estrutura de rede distinta. Após a formação, o corpo de espuma é resfriado, os materiais residuais e os gases residuais são purgados com nitrogênio e a câmara de pressão pode então ser aberta para recuperar a espuma reticulada. Todo o processo leva aproximadamente 8 a 10 minutos. O diâmetro dos poros da espuma reticulada está na faixa de 10 a 100 poros por polegada (ppi) (Nota: ppi refere-se ao número de poros dentro de uma polegada).

O que foi dito acima fornece algumas dicas sobre o processo de produção não contínuo de espuma flexível de poliuretano. Espero que esta informação seja útil para você.

Os iniciantes estão preocupados com o fato de que, se a placa de assentamento não estiver ajustada corretamente, o líquido que flui para fora do bico pode causar oscilação frontal ou traseira, afetando o processo de formação de espuma. Dentro de dois minutos após ligar a máquina, a velocidade de reação aumenta gradualmente, às vezes exigindo ajustes na placa de assentamento. Os ajustes na placa de sedimentação são mais críticos em fórmulas de baixa densidade e alto teor de umidade (MC).

A vazão de TDI (diisocianato de tolueno) pode ser calculada para corresponder ao valor da escala, mas é recomendado realmente medir a vazão de TDI durante a primeira formação de espuma. A taxa de fluxo é muito importante; se a vazão não for precisa, todo o resto ficará uma bagunça. É melhor confiar no método mais simples e intuitivo de medir a vazão.

Ao misturar pós, o pó de pedra misturado deve ser deixado durante a noite e a produção deve começar no dia seguinte. Para ingredientes que contenham melamina e pó de pedra, recomenda-se primeiro misturar melamina com poliéter por um período de tempo antes de adicionar o pó de pedra.

Fórmulas de máquinas de espuma com câmara de mistura longa na cabeça da máquina ou mais dentes no eixo de agitação geralmente têm menos amina e temperatura do material mais baixa. Por outro lado, fórmulas de máquinas de espuma com câmara de mistura curta no cabeçote da máquina ou menos dentes no eixo de agitação geralmente têm mais amina e temperatura do material mais alta.

Para a mesma fórmula, ao alternar entre cabeçotes giratórios de pulverização dupla e cabeçotes giratórios de pulverização única com áreas de seção transversal de bico semelhantes, os requisitos para espessura de malha e camadas são semelhantes.

Para a calibração do fluxo de material menor, um método é medir o fluxo de retorno do material menor, e o outro é calibrá-lo dividindo a quantidade total utilizada pelo tempo de formação de espuma. Quando houver uma diferença significativa entre os dois métodos de calibração, confie nos dados do segundo método de calibração.

As fórmulas para espuma macia de alta qualidade geralmente estão dentro de uma faixa instável, como baixo índice de TDI, baixa proporção de água para MC, baixa dosagem de T-9 e baixa dosagem de óleo de silicone.

Cálculo da distância de formação de espuma para c máquina de formação de espuma contínua

Dado: O tempo de liberação da bolha para a fórmula é de 108 segundos, a velocidade da correia transportadora durante a formação de espuma é de 4,6 metros por minuto. Calcule as distâncias de oscilação e formação de espuma.

Distância de espuma ao balançar: (108/60) x 4,6 = 8,28 metros

Distância de formação de espuma durante a calha: [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 metros

Explicação: Para a mesma fórmula, a máquina de formação de espuma contínua tem um tempo de liberação de bolhas mais curto do que as bolhas pequenas. A distância de formação de espuma calculada é menor que a distância de formação de espuma real. Este método fornece apenas uma confirmação aproximada da distância de formação de espuma, apoiando o ajuste da placa de assentamento. Calha :  18" indica o tempo em segundos que a matéria-prima permanece na calha de transbordamento.

Cálculo da altura de formação de espuma para  c máquina de formação de espuma contínua

Dado: Taxa de fluxo da fórmula: 80 quilogramas por minuto para poliéter, 20 para poliéter branco, 60 para TDI, 20 para pó de pedra, velocidade da correia transportadora 4,5 metros por minuto, largura do molde 1,65 metros, produzindo espuma com densidade de 25 quilogramas por metro cúbico metro. Qual é a altura da espuma em metros?

Peso total da fórmula: 80 + 20 + 60 + 20 = 180 quilogramas

Volume da fórmula: 180/25 = 7,2 metros cúbicos

Área base do transportador funcionando por minuto:

4,5 x 1,65 = 7,425 metros cúbicos

Altura de espuma: 7,2/7,425 = 0,97 metros

Explicação: O óleo de silicone, a amina e o estanho não são considerados aqui porque compensam a quantidade de dióxido de carbono utilizado durante o processo de formação de espuma. O teor de umidade (MC) não é considerado porque o MC não aumenta o peso da espuma quando vaporizado.

Espumando Operação Diária

Os iniciantes temem que o ajuste inadequado da placa de assentamento faça com que o líquido pulverizado do bico se mova para frente ou para trás, afetando a formação de espuma. A taxa de reação aumenta gradualmente nos primeiros dois minutos após a partida da máquina, às vezes exigindo ajustes correspondentes na placa de assentamento. Os ajustes na placa de decantação são mais críticos em fórmulas com baixa densidade e alto MC.

A vazão do TDI pode ser calculada determinando o valor da escala correspondente para a vazão, mas é recomendado medir a vazão do TDI durante a primeira produção de espuma. A taxa de fluxo é muito importante; se a vazão estiver incorreta, todo o resto ficará uma bagunça. É melhor confiar no método mais simples e intuitivo de medir a vazão.

Quando o pó estiver sendo misturado, o pó de pedra misturado deve ser deixado durante a noite e a produção deve começar no dia seguinte. Para formulações contendo melamina e pó de pedra, recomenda-se primeiro misturar a melamina com o poliéter por um período de tempo antes de adicionar o pó de pedra.

As fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais longa ou mais dentes no eixo de mistura normalmente têm menos amina e temperatura do material mais baixa. Por outro lado, as fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais curta ou menos dentes no eixo de mistura normalmente têm mais amina e temperatura do material mais alta.

Para a mesma fórmula, ao alternar entre cabeças oscilantes de pulverização duplas e cabeças oscilantes de pulverização simples, se a área da seção transversal dos dois bicos for semelhante, os requisitos para a finura e o número de camadas da malha são semelhantes.

A correção da taxa de fluxo de material pequeno pode ser feita medindo a taxa de fluxo de retorno do material pequeno ou dividindo o uso total pelo tempo de formação de espuma para correção. Quando os valores obtidos dos dois métodos de correção diferirem significativamente, deverão ser utilizados os dados do segundo método de correção.

As fórmulas para espuma macia com melhores propriedades geralmente estão em uma faixa instável, como menor índice de TDI, menor proporção de água para MC, menor dosagem de T-9 e menor dosagem de óleo de silicone. Assim como em nosso trabalho, deve haver esforço antes da recompensa.

Como resolver o problema de quebra ou queda de linha em uma máquina de quilting?

Primeiro, verifique se o prendedor de linha está enferrujado ou com detritos. Se tais problemas forem encontrados, limpe o prendedor de linha com um pano. Além disso, empurre para cima o eixo óptico da máquina de quilting e verifique se a distância entre a ponta da lançadeira e a agulha é de cerca de 2 milímetros. Se houver um desvio, ajuste o gancho para a esquerda, direita, para cima ou para baixo de acordo. A manutenção regular e a limpeza do equipamento também são essenciais.

Como fazer a manutenção de uma máquina de quilting?

Limpe o equipamento no início e no final de cada turno de trabalho para remover detritos e poeira, garantindo o bom funcionamento da agulha e da lançadeira. Lubrifique regularmente as áreas com desgaste significativo usando óleo de máquina ou graxa para facilitar a operação suave em alta velocidade. Os rolamentos com bicos de óleo devem ser lubrificados pelo menos uma vez por ano para evitar desgaste excessivo da máquina. Pressão de ar insuficiente ou cilindros fechados podem causar a perda temporária de algumas funções, portanto, certifique-se de que os cilindros estejam ativados antes de ligar a máquina. Ao desligar, não desligue a máquina diretamente; primeiro, desligue o computador e depois a alimentação.