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.

Há muitas razões para a rachadura da espuma de poliuretano, incluindo fatores químicos e mecânicos. Durante a produção, é importante parar e inspecionar, certificando-se de eliminar o fenômeno de rachaduras. Abaixo estão alguns insights que resumimos com base em anos de experiência em produção, na esperança de inspirar a todos.


1.
Mudanças repentinas


Mudanças repentinas na velocidade do transportador, variações no uso do catalisador ou operação irregular do transportador podem causar rachaduras na espuma. Ajuste as situações acima com cuidado e gradualmente. Uma mudança significativa na velocidade do transportador pode levar a grandes rachaduras nos blocos de espuma.


2
Filme de Polietileno


Se o filme parar de se mover por algum motivo, a espuma entrará em contato com a superfície estática, causando rachaduras. Se essa situação ocorrer, verifique o rolo de enrolamento do rebobinador e examine a separação do filme na área de cura.


3
Espuma se formando ao redor de certas substâncias


A espuma tende a se formar ao redor de certas substâncias, especialmente na calha de alimentação, o que pode facilmente causar rachaduras.


Antes da produção, certifique-se de que não haja resíduos ou detritos na montagem do cabeçote de mistura, na mangueira de alimentação e na calha de descarga.


4
Amina Excessiva


Quando há octoato estanoso insuficiente, o excesso de amina pode levar ao mesmo efeito e acelerar o tempo de subida. Portanto, a dosagem de amina deve ser reduzida.


5
Octoato estanoso insuficiente


Devido à reação de formação de espuma mais rápida em comparação à reação de polimerização, um pouco de espuma pode fluir, causando rachaduras. Portanto, a quantidade de octoato estanoso deve ser aumentada.


6
Óleo de silicone


A formação de espuma se torna instável e propensa a rupturas, podendo formar "depressões" na espuma, por isso é necessário aumentar a dosagem de óleo de silicone.


7
Estrutura de pequenas bolhas de ar


Paredes finas de espuma devido à formação de espuma podem causar rachaduras. Para resolver esse problema de forma abrangente: reduza o teor de ar, diminua a velocidade do cabeçote de mistura ou aumente a pressão do cabeçote de mistura. Também é necessário alterar a dosagem do catalisador octoato estanoso.

1. Poliéter


O poliéter, como principal matéria-prima, reage com o isocianato para formar uretano, que é a reação esquelética dos produtos de espuma. Quando o peso molecular aumenta com a mesma funcionalidade, a resistência à tração, o alongamento e a resiliência da espuma aumentam, enquanto a atividade de reação de poliéteres semelhantes diminui. Com o mesmo valor equivalente (peso molecular/funcionalidade), um aumento na funcionalidade acelera a reação, aumenta o grau de reticulação do poliuretano, aumenta a dureza da espuma e reduz o alongamento. A funcionalidade média dos polióis deve estar acima de 2,5; se for muito baixo, a recuperação do corpo de espuma após a compressão é fraca.



Se a quantidade de poliéter utilizada for alta, equivalente a uma redução em outros materiais (TDI, água, catalisadores, etc.), é fácil causar rachaduras ou colapso dos produtos de espuma. Se a quantidade de poliéter utilizada for baixa, o produto de espuma tende a ser duro, com elasticidade reduzida e toque deficiente.



2. Agente de formação de espuma


Geralmente, ao produzir blocos de poliuretano com densidade superior a 21, apenas água (agente espumante químico) é usada como agente espumante. Compostos de baixo ponto de ebulição, como cloreto de metileno (MC), são usados ​​como agentes espumantes auxiliares em fórmulas de baixa densidade ou fórmulas ultramacias.



Agentes espumantes auxiliares reduzem a densidade e a dureza da espuma. Como absorvem parte do calor da reação, a cura é retardada, exigindo um aumento na quantidade de catalisador. Ao absorver o calor, evita-se o perigo de queima do núcleo.



A capacidade de formação de espuma pode ser expressa pelo índice de formação de espuma (o número de partes de água ou número equivalente de água utilizada para 100 partes de poliéter):


SE = m (água) + m (F-11) / 10 + m (MC) / 9 (100 partes de poliéter)



A água, como agente espumante, reage com o isocianato para formar ligações de ureia e libera uma grande quantidade de CO2 e calor. É uma reação de crescimento em cadeia. O excesso de água reduz a densidade da espuma e aumenta a dureza. No entanto, também reduz o tamanho e a resistência dos poros da espuma, reduzindo a sua capacidade de suporte de carga, tornando-os propensos a colapsar ou rachar. O aumento do consumo de TDI leva a mais liberação de calor e a um maior risco de queima do núcleo. Se a quantidade de água exceder 5,0 partes, devem ser adicionados agentes espumantes físicos para absorver parte do calor e evitar a queima do núcleo. Menos água significa uma redução correspondente na quantidade de catalisador utilizado, mas aumenta a densidade.



3. Catalisador


Amina: Geralmente é utilizado A33, que promove a reação entre isocianato e água, ajustando a densidade da espuma, taxa de abertura de bolhas, etc., promovendo principalmente reações de formação de espuma.


Excesso de amina: O produto de espuma racha e há buracos ou bolhas na espuma; Pouca amina: A espuma encolhe, fecha os poros e a parte inferior do produto de espuma fica espessa.



Estanho: Normalmente, é usado octoato de estanho (II) (T-9); O óxido de estanho (IV) (T-19) é um catalisador de reação em gel altamente ativo, promovendo principalmente a reação em gel, ou seja, o estágio posterior da reação.


Demasiado estanho: Gelificação rápida, aumento da viscosidade, fraca resiliência, fraca permeabilidade ao ar, levando ao fenómeno de células fechadas. Aumentar adequadamente sua dosagem pode obter bons plásticos de espuma de células abertas com relaxamento, aumentar ainda mais a dosagem faz com que a espuma se torne gradualmente mais densa, levando ao encolhimento e às células fechadas.


Muito pouco estanho: Gelificação insuficiente, resultando em rachaduras durante a formação de espuma. Podem apresentar fissuras nas bordas ou topos, com rebarbas e má consolidação. A redução da amina ou o aumento do estanho podem aumentar a resistência do filme de espuma polimérica quando uma grande quantidade de gás é gerada, reduzindo assim os fenômenos de ocos ou rachaduras.



Se os plásticos de espuma de poliuretano têm uma estrutura de célula aberta ou fechada ideal depende principalmente se a taxa de reação do gel e a taxa de expansão do gás estão equilibradas durante a formação da espuma. Este equilíbrio pode ser alcançado ajustando os tipos e quantidades de catalisadores de aminas terciárias e estabilizadores de espuma na fórmula.



4. Estabilizador de Espuma (Óleo de Silicone)


Os estabilizadores de espuma são um tipo de surfactante que dispersa bem a poliureia no sistema espumante, atuando como “pontos físicos de reticulação” e aumentando significativamente a viscosidade inicial da mistura de espuma, evitando rachaduras. Por um lado, tem efeito emulsificante, aumentando a miscibilidade entre os componentes do material espumoso. Por outro lado, a adição de surfactantes orgânicos de silício pode reduzir a tensão superficial do líquido, reduzir a energia livre necessária para a dispersão do gás, fazer com que o ar disperso nas matérias-primas nuclee mais facilmente durante a agitação e mistura, facilitar a produção de bolhas finas, ajuste o tamanho dos poros da espuma, controle a estrutura das células da espuma e melhore a estabilidade da espuma. Evita o colapso ou o estouro de bolhas, torna as paredes da espuma elásticas, controla o tamanho dos poros e a uniformidade da espuma. Geralmente, quanto mais agente espumante e POP for usado, maior será a quantidade de óleo de silicone usada.



Alto uso: Aumenta a elasticidade das paredes de espuma na fase posterior, tornando-as menos propensas a estourar, resultando em poros menores e células fechadas.


Baixo uso: A espuma estoura, desmorona após a formação de espuma, poros maiores e fácil formação de espuma.



5. Influência da temperatura


A reação de formação de espuma do poliuretano acelera com o aumento da temperatura do material, o que pode representar risco de queima do núcleo e ignição em formulações sensíveis. Geralmente, as temperaturas dos componentes poliol e isocianato são mantidas constantes. Ao formar espuma, a densidade da espuma diminui à medida que a temperatura do material aumenta. Com a mesma fórmula, se a temperatura permanecer a mesma, mas a temperatura ambiente for elevada no verão, a velocidade de reação aumenta, levando a uma diminuição na densidade e dureza da espuma, um aumento no alongamento e um aumento na resistência mecânica. No verão, o índice TDI pode ser aumentado adequadamente para corrigir a diminuição da dureza.



6. Influência da Umidade do Ar


Com o aumento da umidade, o isocianato da espuma reage com a umidade do ar, causando uma diminuição na dureza. Portanto, quando se forma espuma, a quantidade de TDI pode ser aumentada apropriadamente. A umidade excessiva pode fazer com que a temperatura de cura suba muito, levando à queima do núcleo.



7. Influência da pressão atmosférica


Com a mesma fórmula, a formação de espuma em áreas de grande altitude resulta em menor densidade do produto de espuma.

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.