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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.

A resistência à compressão de uma espuma está relacionada a muitos fatores, como a estrutura dos vários segmentos da cadeia que compõem a espuma, as ligações químicas entre as moléculas, a cristalinidade dos polímeros, o grau de separação de fases, a estrutura dos isocianatos e a proporção de isocianatos. usado.

1  A espuma de recuperação lenta é formada pela reação de polióis de alto peso molecular e polióis de baixo peso molecular com isocianatos. Os segmentos moles formados por polióis de alto peso molecular apresentam grandes volumes, baixas densidades de reticulação e alta atividade. Eles são fáceis de comprimir e se recuperam rapidamente após a remoção da pressão. Os segmentos duros formados por polióis de baixo peso molecular apresentam pequenos volumes, altas densidades de reticulação e baixa atividade. Eles são difíceis de comprimir e também difíceis de recuperar após a remoção de forças externas. Esta característica confere às espumas a sua característica de recuperação lenta e é a base para o fabrico de espumas de recuperação lenta.

Como as propriedades dos segmentos moles e duros nas espumas de recuperação lenta são diferentes, existe um certo grau de separação de fases entre eles. Se não houver separação de fases entre os segmentos, o corpo de espuma é um todo firmemente unido em escala macro, levando ao fenômeno de "mover um fio de cabelo e todo o corpo se move", o que significa que ele encolhe como um todo quando comprimido e se expande quando a pressão é liberada. Contudo, a microestrutura da espuma determina que esta situação não pode ser alcançada completamente. Especialmente em espumas de recuperação lenta, vários segmentos de cadeia têm estruturas moleculares diferentes, distribuições desiguais de peso molecular e separação de fases inevitável. Uma ligeira separação de fases faz com que alguns segmentos duros, devido à sua baixa atividade, tenham dificuldade de recuperação durante o processo de recuperação após a remoção de forças externas. Esses “fugitivos” restringem mais ou menos a recuperação dos segmentos fracos, levando, em última análise, ao encolhimento.

2  A cristalinidade dos segmentos duros, que é mais forte que a dos segmentos moles, também é uma razão para uma recuperação deficiente. Os materiais têm compatibilidades semelhantes, que também se aplicam a espumas de recuperação lenta. Como os segmentos duros têm pontos de reticulação mais próximos e densidades de reticulação mais altas, as pequenas moléculas formadas têm maior probabilidade de se agregarem. Devido à presença de ligações de hidrogénio, estas substâncias agregadas contendo hidrogénio aumentam a cristalinidade do material, conduzindo a maiores forças de coesão. Após a compressão, forças externas alteram o estado de agregação dos segmentos da cadeia, facilitando a fusão dos grupos polares. Quando a força externa é liberada, o novo estado de agregação, devido a fortes forças coesivas, é difícil de retornar ao estado protendido, resultando no encolhimento de espumas de recuperação lenta.

3  A estrutura dos isocianatos também é um fator que afeta a resistência à compressão das espumas de recuperação lenta. O TDI é geralmente usado para produzir espumas de recuperação lenta. Como os dois grupos NCO na molécula de TDI estão nas posições 2,4 e 2,6, eles têm um certo ângulo entre eles, tornando-os propensos à deformação sob tensão. Especialmente sob condições de prensagem a quente, ocorrem deformações e perdas de calor significativas, particularmente evidentes em espumas de copas de soutien, tornando difícil a recuperação destas deformações.

4  O baixo índice de NCO dos isocianatos utilizados na preparação de espumas de recuperação lenta também é uma razão para a recuperação deficiente. O índice NCO das espumas comuns é geralmente superior a 100, enquanto nas espumas de recuperação lenta, o índice NCO está geralmente entre 85-95. Isto significa que 5-15% dos grupos hidroxila não participam da reação. Portanto, embora a superfície da espuma pareça ser uma entidade única, internamente existe uma porção considerável de segmentos de cadeia que são independentes uns dos outros.

Soluções para melhorar a resistência à compressão de espumas de recuperação lenta:

1. Use poliéter de alto EO (o chamado poliéter de agente de expansão) para substituir algum poliéter de recuperação lenta.

A  O poliéter com alto teor de EO tem um baixo valor de hidroxila e um grande peso molecular. Após reagir com os isocianatos, os segmentos formados apresentam pesos moleculares maiores ou próximos daqueles formados quando o poliéter comum reage com os isocianatos, reduzindo o grau de separação de fases e cristalinidade.

B  O poliéter com alto teor de EO possui segmentos macios e suaves, que podem fornecer bons efeitos de recuperação lenta. Além disso, a adição de poliéter com alto teor de EO pode efetivamente melhorar a resistência a baixas temperaturas de espumas de recuperação lenta.

2.Adicione uma pequena quantidade de poliéster modificado com poliéter para aumentar a força coesiva do material.

Os segmentos de poliéster, devido à presença de grupos éster, apresentam elevadas forças coesivas internas e boas propriedades de tração e compressão, melhorando significativamente a resistência à compressão de espumas de recuperação lenta.

3. Use uma pequena quantidade de poliéter de alta funcionalidade e alto peso molecular como agente de reticulação e substitua algum poliéter comum por poliéter de alta atividade para recuperação lenta.

Isto perturba a distribuição dos segmentos da cadeia, reduz o grau de separação de fases e aumenta o grau de reação, reduzindo a cristalinidade.

4.Use MDI ou adicione MDI ao TDI.

O MDI possui estrutura diferente do TDI e produz espumas com melhor resistência à compressão e menor perda de calor. Se estiver usando MDI, é melhor usar MDI modificado (com alta ramificação e fácil fechamento de células); O MDI líquido também pode ser utilizado, por ser de ciclização intramolecular e mais resistente à compressão. As espumas de recuperação lenta feitas com todos os MDI têm uma resistência à compressão muito melhor do que o TDI puro, e muitos fabricantes já estão usando isso.

Muitos fatores afetam o processo de formação de espuma e a qualidade do produto final na fabricação de espuma flexível de poliuretano. Entre estes, fatores ambientais naturais como temperatura, umidade do ar e pressão atmosférica desempenham papéis cruciais. Esses fatores influenciam significativamente a densidade, dureza, taxa de alongamento e resistência mecânica da espuma.

1. Temperatura:

A reação de formação de espuma de poliuretano é altamente sensível, sendo a temperatura um fator chave de controle. À medida que a temperatura do material aumenta, a reação de formação de espuma acelera. Em formulações sensíveis, temperaturas excessivamente altas podem representar riscos como queima do núcleo e ignição. Geralmente, é essencial manter temperaturas consistentes para componentes de poliol e isocianato. O aumento da temperatura leva a uma diminuição correspondente na densidade da espuma durante a formação de espuma.

Particularmente no verão, as temperaturas elevadas aumentam a velocidade de reação, resultando na diminuição da densidade e dureza da espuma, aumento da taxa de alongamento e, ainda, maior resistência mecânica. Para contrariar a redução da dureza, é aconselhável ajustar o índice TDI. Os fabricantes devem ajustar os parâmetros do processo de acordo com as variações sazonais e regionais de temperatura para garantir a estabilidade da qualidade do produto.  

2. Umidade do ar:

A umidade do ar também afeta o processo de formação de espuma da espuma flexível de poliuretano. A umidade mais elevada causa reações entre os grupos isocianato na espuma e a umidade transportada pelo ar, levando à redução da dureza do produto. O aumento da dosagem de TDI durante a formação de espuma pode compensar este efeito. No entanto, a umidade excessiva pode aumentar as temperaturas de cura, podendo causar queimaduras no núcleo. Os fabricantes precisam ajustar cuidadosamente as formulações e os parâmetros do processo de espuma em ambientes úmidos para garantir a qualidade e estabilidade do produto.

3. Pressão atmosférica:

A pressão atmosférica é outro fator de influência, especialmente em áreas em diferentes altitudes. Usar a mesma formulação em altitudes mais elevadas resulta em densidade de produto de espuma relativamente menor. Isto se deve às variações da pressão atmosférica que afetam a difusão e expansão do gás durante a formação de espuma. Os fabricantes que operam em regiões de grande altitude devem tomar nota disso e podem precisar ajustar formulações ou parâmetros de processo para atender aos requisitos de qualidade.

Concluindo, os fatores ambientais naturais impactam significativamente o processo de formação de espuma e a qualidade do produto final da espuma flexível de poliuretano. Os fabricantes devem ajustar os parâmetros do processo com base nas condições sazonais, regionais e ambientais para garantir densidade, dureza e resistência mecânica estáveis ​​da espuma, atendendo às demandas e padrões dos clientes.

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.