O que são máquinas para fazer colchões de espuma?

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.

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 temperatura interna da espuma é tão indispensável quanto a vitalidade para uma pessoa. Se a temperatura pós-cura da esponja for muito baixa, as suas propriedades físicas não serão ideais e haverá flutuações significativas nestas propriedades.

Uma vez que a espuma esteja bem desenvolvida, sua temperatura interna sobe rapidamente para mais de 120 graus Celsius devido à reação exotérmica que ocorre sob más condições de dissipação de calor, tornando-se um dos riscos de incêndio.

A temperatura interna da espuma é crucial para a formação de suas propriedades superiores. A espuma amadurecida em temperaturas externas específicas exibe propriedades físicas excepcionalmente superiores, como resistência à tração. Alguns calculam a temperatura da espuma por meio de fórmulas, enquanto outros usam software para inserir fórmulas e calcular automaticamente a temperatura interna da espuma. Então, quais fatores influenciam a temperatura interna da espuma? É significativo conhecer esses fatores? É semelhante ao modo como as câmeras dos telefones modernos são de alta resolução, mas isso torna a fotografia profissional inútil? Ajustes como abertura, distância focal e tempo de exposição são inúteis? Para controlar melhor as coisas, é preciso compreender mais as variáveis-chave daquela coisa. Vamos começar com princípios básicos para compreender as mudanças na temperatura interna da espuma.

Primeiro, vamos entender algumas regras básicas.

A temperatura de um espaço é diretamente proporcional à quantidade de energia térmica injetada naquele espaço e inversamente proporcional ao seu tamanho.

Por exemplo, se 10 quilojoules de calor forem distribuídos num espaço de 8 litros, a temperatura desse espaço será de 20 graus Celsius. Se os mesmos 10 quilojoules de calor forem distribuídos em um espaço de 4 litros, a temperatura passa a 40 graus Celsius.

A quantidade de entrada de calor é diretamente proporcional ao valor da entrada de calor e à velocidade da entrada de calor.

Por exemplo, se 100 quilojoules de calor são liberados na velocidade “v”, a entrada de calor é “A”. Se os mesmos 100 quilojoules de calor forem liberados na velocidade de 2 V, a entrada de calor se tornará 2A.

O tamanho de um espaço é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

Por exemplo, um espaço de 1 litro a 0 graus Celsius torna-se 1,366 litros a 100 graus Celsius porque (273,15 + 100)/(273,15 + 0) = 1,366.

O tamanho de um espaço é inversamente proporcional à pressão atmosférica.

O atraso na vaporização do metano precisa ser considerado.

A seguir, vamos examinar como o ajuste fino da fórmula afeta a temperatura interna da espuma.

Como se trata de um ajuste fino, estimaremos que o ambiente circundante permanece inalterado antes e depois dos ajustes. Vamos considerar os efeitos do ajuste da água e do metano na temperatura interna da espuma.

Por exemplo, se uma fórmula aumenta o metano em 5%, podemos ter certeza de que a temperatura interna da espuma diminui porque a vaporização do metano absorve calor, reduzindo a entrada de calor para a espuma e aumentando o espaço para acomodar o calor. Da mesma forma, se o teor de água for aumentado em 5%, a água adicionada libera calor após a injeção na espuma, aumentando a entrada de calor, e a reação da água adicionada gera gás, aumentando o espaço para calor. Então, a temperatura interna da espuma aumenta ou diminui neste caso? A experiência indica que a temperatura interna da espuma aumenta. Isto sugere que o aumento da entrada de calor devido a esta mudança contribui mais para o aumento da temperatura interna da espuma do que o gás produzido pela água diluindo a temperatura.

As mudanças envolvendo índice de espuma, liberação de calor e dissipação de calor podem tornar difícil adivinhar intuitivamente se a temperatura interna da espuma aumentará ou diminuirá. Pode ser necessário inserir uma sonda após a formação de espuma para comparar as temperaturas internas ou calcular para chegar a uma conclusão.

Para os cálculos, são necessárias diversas fórmulas (expressões algébricas) derivadas das regras básicas anteriores, juntamente com alguns dados: o calor liberado quando a água reage com o TDI para formar dióxido de carbono em quilojoules por mol, o calor absorvido durante a vaporização do metano em quilojoules por mol . Para estimar a temperatura interna total da espuma, é necessário conhecer o calor liberado durante a formação de amino metil formato, ureia metil formato, uréia e biureto (poliureia), em quilojoules por mol, e a taxa de reação (tempo de reação).

Isto também explica porque a densidade calculada a partir do índice de espuma difere drasticamente dos valores teóricos e reais para espumas sem enchimentos a 50 densidades. Quanto menor a densidade, mais próximos serão os valores teóricos e reais da densidade da espuma.

A reação da espuma PU é baseada em dois componentes químicos principais: poliéter polióis e isocianatos, juntamente com outros aditivos, incluindo água, diclorodifluorometano, estabilizadores de espuma e catalisadores. Esses materiais são misturados instantânea e vigorosamente, reagindo para formar espuma, processo que gera uma quantidade considerável de calor.

A espuma plástica é um material poroso com uma grande área superficial. Embora o calor gerado nas bordas da espuma possa se dissipar, o calor na parte central, devido ao efeito isolante da espuma, é mais difícil de remover. Numa reação típica, o calor liberado aumenta a temperatura do centro do bloco de espuma para conseguir a cura. Foi observado que dentro de 2 a 6 horas após a formação de espuma, as temperaturas podem subir para 140-160 ° C, e às vezes até mais alto, em torno 180 ° C. Se a temperatura continuar a subir, pode causar queimaduras no núcleo, fumaça e até combustão espontânea.

Além disso, a exposição prolongada da espuma de poliuretano à luz solar pode desencadear uma reação de auto-oxidação, causando degradação do polímero, descoloração, fragilização e diminuição das propriedades físicas, tornando-o inutilizável. Desde a industrialização do poliuretano, a queima e o envelhecimento do núcleo têm sido temas importantes de pesquisa e preocupação na indústria do poliuretano.

Os antioxidantes são aditivos cruciais na produção de espuma de poliuretano. Antioxidantes adequados previnem a decomposição de polióis, reduzem a formação de subprodutos, diminuem o risco de queima do núcleo e podem retardar o envelhecimento termo-oxidativo durante o uso do produto, prolongando assim a sua vida útil. Os antioxidantes comumente usados ​​para espuma de PU são normalmente líquidos e se enquadram em três categorias: aminas aromáticas (como 5057), fenóis impedidos (como 1135) e ésteres de fosfito (como PDP). Para aplicações com baixos requisitos de cor, geralmente é utilizada uma combinação de aminas aromáticas e fenóis impedidos, enquanto aplicações com requisitos de cor mais elevados podem utilizar uma combinação de fenóis impedidos e ésteres de fosfito.

Além disso, se os produtos forem frequentemente expostos à luz solar, deve ser adicionada uma certa quantidade de estabilizadores UV para melhorar a vida útil e a resistência ao amarelecimento. Os estabilizadores de UV consistem principalmente em absorvedores de UV e estabilizadores de luz de aminas impedidas (HALS). Absorventes de UV, como benzotriazóis, benzofenonas e triazinas, absorvem a radiação UV prejudicial e a convertem em calor por meio de transferência intramolecular de ligações de hidrogênio ou isomerização cis-trans. HALS refere-se a aminas com dois grupos metil em cada α -átomo de carbono, que, após a fotooxidação, se transforma em radicais nitrosos. Esses radicais são considerados componentes estáveis ​​que podem capturar radicais livres, regenerar radicais nitrosos ao reagir com radicais peróxidos. Os agentes bloqueadores de UV incluem negro de fumo, óxido de zinco, dióxido de titânio e outros pigmentos, que são usados ​​como corantes. Esses agentes utilizam sua alta dispersibilidade e poder de cobertura para refletir a radiação UV prejudicial, protegendo o polímero.