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.

Ao usar uma máquina de espuma em lote para espuma macia de poliuretano, você encontrou as seguintes situações?

1. poros de espuma irregulares e numerosos,

2. Textura de espuma áspera.

3. Tamanhos de poros caóticos em toda a superfície da espuma, com leves sinais de poros grandes.

Problemas como esses são bastante comuns. A principal razão para o primeiro problema é que a distância entre o impulsor de mistura da máquina de espuma e o fundo do cilindro de mistura é muito grande; a segunda questão é que as lâminas misturadoras são muito curtas e estreitas: a terceira questão é que o ângulo das lâminas misturadoras é muito grande.

Muitos fabricantes que projetam e produzem máquinas de espuma apenas entendem os princípios durante o processo de design, sem compreender a relação significativa entre um design diferente na produção de espuma e a qualidade do produto. Um projeto mecânico razoável e perfeito só pode ser melhorado gradualmente no trabalho real, e somente espumadores experientes podem conseguir isso.

Aqui estão algumas experiências que tivemos com modificações e atualizações de máquinas, esperando que  será útil:

Primeiro , a posição de instalação da roda misturadora deve ser a mais baixa possível, mais perto do fundo do cilindro misturador é melhor. Em geral, a distância entre o ponto mais baixo da lâmina misturadora e o fundo do cilindro misturador deve ser de cerca de dois centímetros.

Segundo , o formato da lâmina misturadora deve ser em leque, com borda moderadamente larga. A vantagem de ser largo é que aumenta a área de contato com o material líquido, proporcionando potência suficiente e também equilibrando o material líquido.

Terceiro , o comprimento da lâmina misturadora também deve ser o maior possível, deixando cerca de três a quatro centímetros do defletor dentro do cilindro misturador.

Quarto , as duas bordas da lâmina misturadora devem ser inclinadas, com o ângulo de inclinação baseado na largura de uma das extremidades e com dois centímetros de diferença em ambos os lados. Após a modificação da lâmina de mistura, a operação adequada também é crucial, especialmente a velocidade de mistura. A maioria das máquinas de espuma em lote hoje em dia são equipadas com dispositivos de conversão de frequência de temporização de alta velocidade. No entanto, na produção real, este dispositivo é muitas vezes desnecessário. A velocidade operacional depende principalmente da quantidade de material no cilindro de mistura. Se houver muito material, a velocidade deverá ser apropriadamente mais rápida e, se houver menos material, a velocidade deverá ser menor.

1  Queimadura do núcleo (temperatura central excedendo a temperatura de oxidação do material)

A  Poliéter polióis de baixa qualidade: umidade excessiva, alto teor de peróxido, impurezas com alto ponto de ebulição, concentração elevada de íons metálicos, uso impróprio de antioxidantes.

B  Problemas de formulação: alto índice de TDI em fórmulas de baixa densidade, proporção inadequada de água para agentes de expansão físicos, agente de expansão físico insuficiente, excesso de água.

C  Impacto climático: altas temperaturas no verão, lenta dissipação de calor, altas temperaturas dos materiais, alta umidade fazendo com que a temperatura central ultrapasse a temperatura de oxidação.

D  Armazenamento inadequado: Aumento do índice TDI levando ao acúmulo de calor durante a pós-cura, resultando em temperatura interna elevada e queima do núcleo.

2  Grande Deformação por Compressão

A  Poliéter Poliol: Funcionalidade inferior a 2,5, proporção de óxido de propileno superior a 8%, alta proporção de componentes de baixo peso molecular, insaturação superior a 0,05 mol/kg.

B  Condições do processo: A temperatura do centro de reação está muito baixa ou muito alta, má pós-cura, reação incompleta ou queima parcial.

C  Fórmula do Processo: Índice TDI muito baixo (controlado entre 105-108), excesso de octoato estanoso de óleo de silicone e óleo de silicone, baixo teor de ar de espuma, alto teor de células fechadas.

3  Espuma macia (diminuição da dureza na mesma densidade)

A  Poliéter polióis: baixa funcionalidade, baixo valor de hidroxila, alto peso molecular.

B  Formulação do processo: octoato T9 insuficiente, reação de gelificação lenta, menor teor de água com a mesma quantidade de catalisador de estanho, maior quantidade de agentes de expansão físicos, alta dosagem de óleo de silicone altamente ativo, baixo índice de TDI.

4  Tamanho de célula grande

A  Mistura fraca: mistura irregular, tempo curto de creme; aumentar a velocidade da cabeça de mistura, reduzir a pressão da cabeça de mistura, aumentar a injeção de gás.

B  Formulação do processo: óleo de silicone abaixo do limite inferior, estanho octoato insuficiente ou de baixa qualidade, velocidade de gelificação lenta.

5  Densidade superior ao valor definido

A  Poliéter polióis: baixa atividade, alto peso molecular.

B  Formulação do processo: óleo de silicone abaixo do limite inferior, baixo índice TDI, baixo índice de espuma.

C  Condições climáticas: baixa temperatura, alta pressão. Um aumento de 30% na pressão atmosférica aumenta a densidade em 10-15%.

6  Células colapsadas e cavidades (taxa de evolução de gás maior que a taxa de gelificação)

A  Poliéter polióis: índice de acidez excessivo (afeta a taxa de reação), alto teor de impurezas, baixa atividade, alto peso molecular.

B  Formulação do processo: excesso de amina, catalisador com baixo teor de estanho (formação rápida de espuma e gelificação lenta), baixo índice de TDI, óleo de silicone insuficiente ou ineficaz.

C  Máquina de espuma de baixa pressão: reduz a injeção de gás e a velocidade da cabeça de mistura.

7  Alta proporção de células fechadas

A  Poliéter polióis: alta proporção de epóxi etano, alta atividade, geralmente ocorre quando se muda para poliéter polióis com diferentes níveis de atividade.

B  Formulação do processo: excesso de octoato de estanho, alta atividade de isocianato, alto grau de reticulação, alta velocidade de reticulação, excesso de amina e agentes de expansão físicos levando a baixa pressão de espuma, alta elasticidade de espuma resultando em abertura deficiente da célula, índice TDI excessivamente alto levando a alta célula fechada razão.

8  Encolhimento (taxa de gelificação maior que a taxa de formação de espuma)

A  Alta proporção de células fechadas, encolhimento durante o resfriamento.

B  Condições do processo: baixa temperatura do ar e do material.

C  Formulação do processo: excesso de óleo de silicone, menos amina, mais estanho, baixo índice de TDI.

D  Máquina de espuma de baixa pressão: aumenta a velocidade da cabeça de mistura, aumenta a injeção de gás.

9  Rachadura

A  " 八 "rachaduras em formato indicam excesso de amina, rachaduras em linha única indicam excesso de água.

B  Rachaduras intermediárias e inferiores: Excesso de amina, taxa de formação de espuma rápida (agente de expansão físico excessivo, óleo de silicone e qualidade do catalisador ruins).

C  Rachaduras superiores: Taxa de gelificação de evolução de gás desequilibrada (baixa temperatura, baixa temperatura do material, catalisador insuficiente, menos amina, baixa qualidade do óleo de silicone).

D  Rachaduras internas: Baixa temperatura do ar, alta temperatura central, baixo índice TDI, excesso de estanho, alta resistência à formação de espuma inicial, óleo de silicone altamente ativo em pequenas quantidades.

E  Rachaduras laterais médias: Aumentar a dosagem de estanho.

F  As rachaduras ao longo do processo podem ser devidas a discrepâncias na queda da placa e na reação de formação de espuma, ou formação de espuma prematura ou placas incorretas. Além da formulação, também se refere à suavidade do papel base; se o papel base estiver enrugado, pode dividir o líquido em várias partes, causando rachaduras.

10  Estrutura Celular Desfocada

A  Velocidade de agitação excessiva.

B  Alto volume de injeção de ar.

C  Fluxo impreciso da bomba dosadora.

D  Tubulações e filtros de materiais entupidos.

11  Rachaduras na borda inferior (excesso de amina, rápida taxa de formação de espuma)

Poros grandes na superfície: agente de expansão físico excessivo, óleo de silicone e qualidade do catalisador ruins.

12  Mau desempenho em baixas temperaturas

Má qualidade inerente aos poliéter polióis: baixo valor de hidroxila, baixa funcionalidade, alta insaturação, baixo índice de TDI com o mesmo uso de estanho.

13  Má ventilação

A  Condições climáticas: baixa temperatura.

B  Matérias-primas: alto teor de poliol poliéter, óleo de silicone altamente ativo.

C  Formulação do processo: excesso de estanho ou baixo teor de estanho e amina com o mesmo uso de estanho, alto índice de TDI.

A espuma flexível de PU retardante de chama, também conhecida como espuma flexível de PU à prova de fogo, é geralmente um material à prova de fogo sintetizado pela adição de retardadores de chama a vários materiais de poliuretano.

Função dos retardadores de chama: Eles podem absorver calor e se decompor em substâncias não combustíveis na temperatura de ignição ou próximo a ela; eles podem reagir com os produtos de combustão da espuma flexível de PU para produzir substâncias difíceis de queimar, atrasando assim a combustão e permitindo que o ponto de ignição se autoextinga.

Retardadores de chama comuns: retardadores de chama à base de bromo, retardadores de chama à base de cloro, retardadores de chama à base de fósforo e retardadores de chama inorgânicos.

Grau retardante de chama e testes para espuma flexível de PU

O grau de retardante de chama refere-se à propriedade óbvia que uma substância possui ou um material exibe após o tratamento, o que retarda significativamente a propagação das chamas.

Teste retardador de chama:

HB: O grau mais baixo de retardante de chama no padrão UL94. Requer que para amostras de 3 a 13 milímetros de espessura, a taxa de queima seja inferior a 40 milímetros por minuto; para amostras com menos de 3 milímetros de espessura, a taxa de queima é inferior a 70 milímetros por minuto; ou extinto antes de atingir a marca de 100 milímetros.

V-2: Após dois testes de combustão de 10 segundos na amostra, a chama se extingue em 60 segundos. O material combustível pode cair.

V-1: Após dois testes de combustão de 10 segundos na amostra, a chama se extingue em 60 segundos. Não deve haver queda de material combustível.

V-0: Após dois testes de combustão de 10 segundos na amostra, a chama se extingue em 30 segundos. Não deve haver queda de material combustível.