O que é máquina de enchimento de espuma de poliuretano?

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.

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.

Cálculo da distância de formação de espuma para c

máquina de formação de espuma contínua



Dado: O tempo de liberação da bolha para a fórmula é de 108 segundos, a velocidade da correia transportadora durante a formação de espuma é de 4,6 metros por minuto. Calcule as distâncias de oscilação e formação de espuma.


Distância de espuma ao balançar: (108/60) x 4,6 = 8,28 metros


Distância de formação de espuma durante a calha: [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 metros



Explicação: Para a mesma fórmula, a máquina de formação de espuma contínua tem um tempo de liberação de bolhas mais curto do que as bolhas pequenas. A distância de formação de espuma calculada é menor que a distância de formação de espuma real. Este método fornece apenas uma confirmação aproximada da distância de formação de espuma, apoiando o ajuste da placa de assentamento. Calha

:
18" indica o tempo em segundos que a matéria-prima permanece na calha de transbordamento.



Cálculo da altura de formação de espuma para
c

máquina de formação de espuma contínua



Dado: Taxa de fluxo da fórmula: 80 quilogramas por minuto para poliéter, 20 para poliéter branco, 60 para TDI, 20 para pó de pedra, velocidade da correia transportadora 4,5 metros por minuto, largura do molde 1,65 metros, produzindo espuma com densidade de 25 quilogramas por metro cúbico metro. Qual é a altura da espuma em metros?


Peso total da fórmula: 80 + 20 + 60 + 20 = 180 quilogramas


Volume da fórmula: 180/25 = 7,2 metros cúbicos


Área base do transportador funcionando por minuto:


4,5 x 1,65 = 7,425 metros cúbicos


Altura de espuma: 7,2/7,425 = 0,97 metros



Explicação: O óleo de silicone, a amina e o estanho não são considerados aqui porque compensam a quantidade de dióxido de carbono utilizado durante o processo de formação de espuma. O teor de umidade (MC) não é considerado porque o MC não aumenta o peso da espuma quando vaporizado.



Espumando Operação Diária


Os iniciantes temem que o ajuste inadequado da placa de assentamento faça com que o líquido pulverizado do bico se mova para frente ou para trás, afetando a formação de espuma. A taxa de reação aumenta gradualmente nos primeiros dois minutos após a partida da máquina, às vezes exigindo ajustes correspondentes na placa de assentamento. Os ajustes na placa de decantação são mais críticos em fórmulas com baixa densidade e alto MC.


A vazão do TDI pode ser calculada determinando o valor da escala correspondente para a vazão, mas é recomendado medir a vazão do TDI durante a primeira produção de espuma. A taxa de fluxo é muito importante; se a vazão estiver incorreta, todo o resto ficará uma bagunça. É melhor confiar no método mais simples e intuitivo de medir a vazão.


Quando o pó estiver sendo misturado, o pó de pedra misturado deve ser deixado durante a noite e a produção deve começar no dia seguinte. Para formulações contendo melamina e pó de pedra, recomenda-se primeiro misturar a melamina com o poliéter por um período de tempo antes de adicionar o pó de pedra.


As fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais longa ou mais dentes no eixo de mistura normalmente têm menos amina e temperatura do material mais baixa. Por outro lado, as fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais curta ou menos dentes no eixo de mistura normalmente têm mais amina e temperatura do material mais alta.


Para a mesma fórmula, ao alternar entre cabeças oscilantes de pulverização duplas e cabeças oscilantes de pulverização simples, se a área da seção transversal dos dois bicos for semelhante, os requisitos para a finura e o número de camadas da malha são semelhantes.


A correção da taxa de fluxo de material pequeno pode ser feita medindo a taxa de fluxo de retorno do material pequeno ou dividindo o uso total pelo tempo de formação de espuma para correção. Quando os valores obtidos dos dois métodos de correção diferirem significativamente, deverão ser utilizados os dados do segundo método de correção.


As fórmulas para espuma macia com melhores propriedades geralmente estão em uma faixa instável, como menor índice de TDI, menor proporção de água para MC, menor dosagem de T-9 e menor dosagem de óleo de silicone. Assim como em nosso trabalho, deve haver esforço antes da recompensa.

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.