Em dezembro de 2021, recebemos uma consulta do Sr. Hairun na Malásia. Sr. Hairun é um fabricante de colchões que precisa produzir espuma recolocada. Ele tinha conhecimento limitado sobre uso e seleção de máquinas e não tinha experiência anterior com o processo de produção. Portanto, ele precisava de orientação de especialistas que pudessem auxiliá-lo desde o início.



Explicamos sistematicamente os princípios da produção de espuma ao Sr. Hairun, juntamente com os materiais e equipamentos necessários. Também o levamos para conhecer nossa fábrica para fornecer uma compreensão clara de todo o processo de produção.



Depois de entender o Sr. Dadas as preferências de Hairun pela espuma recolocada, incluindo densidade, maciez e preços de mercado, oferecemos a ele a solução de produção de espuma mais adequada. Também fornecemos informações sobre os custos de produção de espuma e comparamos os preços das matérias-primas para sua referência.



Com base nas necessidades do cliente, no orçamento e no layout de fábrica existente, elaboramos uma configuração econômica da máquina e um plano de layout para suas instalações, incluindo uma avaliação dos custos iniciais.



Depois que as máquinas foram instaladas com sucesso, nossa equipe de engenheiros forneceu ao Sr. Hairun com treinamento individual de produção de espuma. Ao produzir com sucesso a espuma que desejava pela primeira vez, ele nos ligou e disse: "Estou feliz de chorar, muito obrigado!" Posteriormente, ele comprou de nós uma máquina de espuma em lote e continuou a encomendar materiais químicos de espuma de nossa empresa.

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.

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.

Em incidentes anuais de incêndio, uma proporção significativa de ignições é causada por espuma, incluindo incêndios em sofás e diversas ignições provenientes de embalagens flexíveis. Esses incidentes ocorrem com muita frequência. Como podemos eliminar ou reduzir fundamentalmente tais eventos?



Uma abordagem eficaz é começar a partir dos materiais de origem, da mesma forma que tratamos a causa raiz de uma doença. Adicionar retardadores de chama à espuma de poliuretano pode prevenir eficazmente a ignição.



Agora, vamos entender a espuma retardante de chamas:



A espuma retardante de chama, também conhecida como espuma resistente ao fogo, tem o nome químico de material de espuma de poliuretano, que é dividido em espuma macia (usada principalmente para móveis) e espuma rígida (usada principalmente para isolamento). Geralmente, é um material à prova de fogo sintetizado pela adição de vários retardadores de chama ao poliuretano.



O efeito retardante de fogo do produto atende aos requisitos da norma ASTM 117 e das normas nacionais. O método de uso é igual ao da espuma normal.



A combustão de polímeros é uma reação de oxidação muito complexa e intensa. O processo ocorre quando o polímero é continuamente aquecido por uma fonte externa de calor, iniciando uma reação em cadeia de radicais livres com o oxigênio do ar. Isto libera algum calor, intensificando ainda mais a degradação do polímero, gerando mais gases inflamáveis ​​e tornando a combustão mais severa.



Existem dois métodos para retardar a chama de espuma resistente ao fogo:



Uma delas é introduzir quimicamente elementos ou grupos retardadores de chama contendo novos elementos retardadores de chama na estrutura molecular da espuma. O outro método é adicionar compostos contendo elementos retardadores de chama à espuma. O primeiro método utiliza substâncias retardadoras de chama chamadas retardadores de chama reativos, enquanto o último método utiliza substâncias chamadas retardadores de chama aditivos.



Atualmente, a grande maioria dos retardadores de chama usados ​​em espumas são retardadores de chama aditivos, enquanto os retardadores de chama reativos são usados ​​principalmente em resinas termoendurecíveis, como resinas epóxi e poliuretanos. A principal função dos retardadores de chama é interferir nos três elementos básicos necessários para a combustão: oxigênio, calor e combustível. Isso geralmente pode ser alcançado através dos seguintes meios:



Os retardadores de chama podem produzir gases não inflamáveis ​​mais pesados ​​ou líquidos em ebulição que cobrem a superfície da espuma, interrompendo a ligação entre a oxidação e o combustível.



Ao absorver calor por decomposição ou sublimação, os retardadores de chama reduzem a temperatura da superfície do polímero.



Os retardadores de chama geram grande quantidade de gases não inflamáveis, diluindo a concentração de gases inflamáveis ​​e oxigênio na área de combustão.



Os retardadores de chama capturam os radicais livres, interrompendo a reação em cadeia de oxidação.

A espuma flexível de poliuretano, também conhecida como esponja, geralmente passa por um processo de transformação de líquido em sólido em dois minutos. Em comparação com outros campos de poliuretano, o tempo de reação curto e intenso da espuma flexível aumenta a dificuldade em alcançar uma estrutura celular fina e ordenada, bem como um arranjo molecular.



Pesquisa e desenvolvimento (R&D) envolvem a introdução de novos materiais para conferir novas propriedades aos produtos. Novos materiais podem ser categorizados em dois tipos com base em suas características de reação: um tipo consiste em matérias-primas que estão em conformidade com as reações químicas do poliuretano, como poliéter, isocianato, óleo de silicone e catalisadores com diferentes propriedades e atividades. Esses materiais não perturbam fundamentalmente o processo de reação química. O outro tipo inclui matérias-primas (cargas) que não estão em conformidade com as reações químicas do poliuretano, como adição de substâncias não espumantes, como pós metálicos especiais, pós inorgânicos ou orgânicos especialmente formulados com propriedades únicas, pós inorgânicos ultrafinos (com finura de mais de 5000 mesh), agentes antibacterianos especiais, etc. Às vezes, esses materiais interrompem completamente o processo de reação, levando a novos padrões de reação. Alguns enchimentos causam o colapso completo da fórmula original, enquanto outros causam uma alteração significativa na densidade do produto acabado em 30% a 50%. Algumas cargas alteram drasticamente o tempo de subida da reação na fórmula, e algumas cargas causam danos graves à estrutura da espuma após serem adicionadas.



R&D geralmente mantém certas matérias-primas à mão para lidar com problemas comuns encontrados durante o processo. Essas matérias-primas normalmente requerem uma ampla gama de propriedades físicas e químicas. Por exemplo, aminas como A33, A-1, A-210, A-230, A-260, 33-LV, CS-90, 9717 e 9727 são comumente usadas na produção, mas nem todas podem ser mantidas à mão para R&D propósitos porque sua reatividade não tem uma diferença fundamental. Em extenso R&D, as aminas acima mencionadas podem ser classificadas como materiais da mesma categoria. Por exemplo, se a adição de uma determinada substância causar um colapso significativo quando se utiliza A33 para a formação de espuma, então os restantes oito tipos de aminas podem ser considerados ineficazes.



Um problema comum encontrado em R&D é o colapso da espuma, que é o resultado menos eficiente. Costuma-se dizer que a análise e o ajuste só podem ser feitos de forma eficaz quando a estrutura da espuma estiver estável. Muitos casos de colapso da espuma não podem ser resolvidos apenas com o ajuste da fórmula; ou as propriedades da espuma mudam drasticamente, tornando-a impraticável, ou a espuma permanece instável. Para resolver isso, são introduzidos agentes de reticulação. Agentes de reticulação, comumente usados ​​como aditivos em R&D, geralmente vêm em dois tipos: agentes estruturados lineares, onde 1,4-butanodiol representa a matéria-prima e a formação de uréia ocorre através do crescimento da cadeia linear, e agentes estruturados em massa, como dietanolamina e glicerol, que estão mais próximos dos padrões de crescimento da cadeia de poliéter. .



Por exemplo, em um R&No caso D, o ajuste da fórmula não conseguiu evitar o colapso da espuma. A experiência revelou que a forte atividade das aminas causava desequilíbrio. O teor de amina foi reduzido de 0,2 partes por cem poliéter para 0,05 partes, e o alto teor de cianato na fórmula parecia estranho. A taxa global de reacção também diminuiu significativamente com a redução do teor de amina, mas o colapso persistiu. Mais tarde, a mudança para uma amina mais fraca resolveu o problema. Assim, por vezes a actividade de uma amina não pode ser compensada apenas pela sua concentração. Deve-se notar que a adição de certas substâncias pode resultar em diferenças significativas no desempenho entre a produção de espuma em pequena e grande escala. Nesses casos, o desempenho da última espuma produzida em larga escala deve ser a principal referência para ajuste.



Luz solar, ar e água
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as coisas mais comuns e muitas vezes esquecidas
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são os mais preciosos. Dominar a produção de espuma, que à primeira vista parece simples e sem conteúdo, é na verdade bastante desafiador. Como colega em R&D costuma dizer: “Tenho muito pouco conhecimento (lamentamos ter muito pouco conhecimento quando necessário)” e “Por quanto tempo continuaremos fazendo isso? (Há pressão)”. R&D e aprender a produção de espuma envolvem o uso de pontos conhecidos para compreender áreas desconhecidas, enquanto a produção e o ensino da produção de espuma envolvem o uso de áreas conhecidas para operar pontos desconhecidos. Embora estes dois aspectos pareçam semelhantes, colmatar a lacuna entre eles é bastante difícil.