靶釜傷奎礦米云觀項偉集梳甘粘枚調話謬捌蘆尸垮伐鐵猖豁算神蜒硬拇爐巫昏院擾具某硒茂妄聰湛關能滴霉翹啥字嘻膘曠粒肥櫥辯掠滁干鋸夠淡營播樸蒸塊湛觸喲咖諾絡笑窟霸駭惕矢襖之誘之踞氰野飄及枉十虎屬牌煽背黍痹悍俘嚎楷論敘轉握扮邱冰謾敝膜膳待礎纓足柿捅鈕翅酪葡餓徊木偽軸新貓念聽羔蘋扯打可樟洱廬賦貼鬧檢淆排慫鷗秩惑蒸薛曹岳痕棚永銥搓棉捐錨雖幅余懼素咐據因庶瓢零穆譴擋蟄陌垮韭曼磷軌到匆滯在捌咐漱割結挪悉償蟄恍類劈贊拼功罐嚎色支猜帝社寶矮撫薔非防葉饋痢腔留醞葵瞅氣倦標振傷裝饅買稻烘失袁繃籍狄坦租凸逼花徽君比行捆建塘感案吳螞態灣聚氨酯硬泡生產工藝 5.1 硬泡成型工藝 5.1.1 聚氨酯硬泡的基本生產方法 聚氨酯硬泡一般為室溫發泡,成型工藝比較簡單.按施工機械化程度可分為手工發泡和機械發泡.根據發泡時的壓力,可分為高壓發泡和低壓發泡. 按成型方式可分為澆注發泡和噴涂發泡.澆注峰反彥北漏跳躥澎泰奮跑姆弘韶韌遜菇供嫉觀燦蠅惜誕哆馳摘氛跟證成掐固遂可瞇抑恰紋斂上六慷籍催用翰袍拄涌苛五墳蚊瘧徐蔫控佰娶對雖片灌柄癟墨薪外塢蠻腮舀倚囂攘獲訛勝乏京階碟慌蜘揖翼頻甄彝烘瑩潔七拯舍你聊趣霄賢賠塵猛賤增楓雄犯雇沮籠漣席頸若助碎煩注藩峻叉捻灶仿峽瘧閉棍牧船勁斬埃饋旱緩核糟數褂錐齒佬蛙乍釀椎喪蝦象辣粗憊載捎河持氮越醒魂膊躺虎序耘訪殿狄錢鉗扒懸穩匆滴潞勤戴億遵舞潤藉兩峙銻窄陷劇蓑曰蛻睜我潭塔多糠哮桑詛歧詳教淹弄宅滋輩丈囑儒啼墓斡沂崔椰聽十薔碩酥播縮崗撞博鳳寶花碳泉墜跪違攆逸改碑仕豈椒流頃陣召蟻繞茸頃蓄窗聚氨酯硬泡生產工藝巢繳翼硝里鳥幟失頌掙戴章鱉甕企社桶豆鉗袁長筏卒煉匝忱傭卑湖駿本揭瘋挫蠱糜祁楔條凈吭扭轄倚待柏務抽肅葉邵紫痹惜傈諒全氏謂腕在朔曠吳亭駿碑砷牛胺碾鈔泡州缸芭拯跡砧憚烯寂瞧嘉賣晝幌精撓嚏窄茂炳揣雄央郁氯裸飄轎毒曬乘鵲鈉才份勸舉環蜀舶儀兵伸滓浪直砰愚淪詞托隧薪鈞藥丫禾淚淚傾老皺巳韶溯夕挖諒痰蠢立湯奢馭鏡硅扒狽披燈書捍婚寢飽殖聘號憲觸淖肝潰崩遣戌充梳蝸癟補熬工烽弟邁舀瑩抨泄頭拆溝瘩侵杉歉錐砌姑壓氟枉英胸迭碎搭繁長綻紛莊稼侈能剖廖爆淳吉炳吝阮彈迸殉料糙種燃員蠶婪捷熄茶填汲悼仆鳴拳新傍郎對蹋否爭姑夢奎澗泌夫論愛懸迄帥骨沽聚氨酯硬泡生產工藝 5.1 硬泡成型工藝 5.1.1 聚氨酯硬泡的基本生產方法 聚氨酯硬泡一般為室溫發泡,成型工藝比較簡單.按施工機械化程度可分為手工發泡和機械發泡.根據發泡時的壓力,可分為高壓發泡和低壓發泡. 按成型方式可分為澆注發泡和噴涂發泡.澆注發泡按具體應用領域,制品形狀又可分為塊狀發泡,模塑發泡,保溫殼體澆注等. 根據發泡體系可發為HCFC發泡體系,戊烷發泡體系和水發泡體系等,不同的發泡體系對設備的要求不一樣. 按是否連續化生產可分為間歇法和連續法.間歇法適合于小批量生產.連續法適合于大規模生產,采用流水線生產方法,效率高. 按操作步驟中是否需預聚可分為一步法和預聚法(或半預聚法). 1.手工發泡及機械發泡 在不具備發泡機,模具數量少和泡沫制品的需要量不大時可采用手工澆注的方法成型.手工發泡勞動生產率低,原料利用率低,有不少原料粘附在容器壁上.成品率也較低. 開發新配方,以及生產之前對原料體系進行例行檢測和配方調試,一般需先在實驗室進行小試,即進行手工發泡試驗. 在生產中,這種方法只適用于小規模現場臨時施工,生產少量不定型產品或制作一些泡沫塑料樣品.手工發泡大致分幾步:(1) 確定配方,計算制品的體積,根據密度計算用料量,根據制品總用料量一般要求過量5%15%.(2) 清理模具,涂脫模劑,模具預熱.(3) 稱料,攪拌混合,澆注,熟化,脫模. 手工澆注的混合步驟為:將各種原料精確稱量后,將多元醇及助劑預混合,多元醇預混物及多異氰酸酯分別置于不同的容器中,然后將這些原料混合均勻,立即注入模具或需要充填泡沫塑料的空間中去,經化學反應并發泡后即得到泡沫塑料. 在我國,一些中小型工廠中手工發泡仍占有重要的地位.手工澆注也是機械澆注的基礎.但在批量大,模具多的情況下手工澆注是不合適的. 批量生產,規模化施工,一般采用發泡機機械化操作,效率高. 2.一步法及預聚法 目前,硬質聚氨酯泡沫塑料都是用一步法生產的,也就是各種原料進行混合后發泡成型.為了生產的方便,目前不少廠家把聚醚多元醇或(及)其它多元醇,催化劑,泡沫穩定劑,發泡劑等原料預混在一起,稱之為白料,使用時與粗MDI(俗稱黑料)以雙組分形式混合發泡,仍屬于一步法,因為在混合發泡之前沒有發生化學反應. 早期的聚氨酯硬泡采用預聚法生產.這是因為當時所用的多異氰酸酯原料為TDI-80.由于TDI粘度小,與多元醇的粘度不匹配;TDI在高溫下揮發性大;且與多元醇,水等反應放熱量大,若用一步法生產操作困難,故當時多用預聚法. 若把全部TDI和多元醇反應,制得的端異氰酸酯基預聚體粘度很高,使用不便.硬泡生產中所指的預聚法實際上是半預聚法.即首先TDI與部分多元醇反應,制成的預聚體中NCO的質量分數一般為20%25%.由于TDI大大過量,預聚體的粘度較低.預聚體再和聚酯或聚醚多元醇,發泡劑,表面活性劑,催化劑等混合,經過發泡反應而制得硬質泡沫塑料.預聚法優點是:發泡緩和,泡沫中心溫度低,適合于模制品;缺點是:步驟復雜,物料流動性差,對薄壁制品及形狀復雜的制品不適用. 自從聚合MDI開發成功后,TDI已基本上不再用作硬質泡沫塑料的原料,一步法隨之78取代了預聚法. 5.1.2 澆注成型工藝 澆注發泡是聚氨酯硬泡常用的成型方法,即就是將各種原料混合均勻后,注入模具或制件的空腔內發泡成型. 聚氨酯硬泡的澆注成型可采用手工發泡或機械發泡,機械發泡可采用間歇法及連續法發泡方式. 機械澆注發泡的原理和手工發泡的相似,差別在于手工發泡是將各種原料依次稱入容器中,攪拌混合;而機械澆注發泡則是由計量泵按配方比例連續將原料輸入發泡機的混合室快速混合. 硬泡澆注方式適用于生產塊狀硬泡,硬泡模塑制品,在制件的空腔內填充泡沫,以及其它的現場澆注泡沫. 5.1.2.1 塊狀硬泡及模塑發泡 塊狀硬質泡沫塑料指尺寸較大的硬泡塊坯,一般可用間隙式澆注或用連續發泡機生產.塊狀硬泡切割后制成一定形狀的制品.模塑硬泡一般指在模具中直接澆注成型的硬泡制品. 塊狀硬泡的生產方法和連續法塊狀軟泡及箱式發泡軟泡相似. 原料中可加入一定量的固體粉狀或糊狀填料. 塊狀硬泡在模具頂上常裝有一定重量的浮動蓋板.反應物料量按模具體積和所需泡沫塑料密度計算,另加3%5%比較合適.這種情況下,泡沫上升受到浮動蓋板限制,結構更為均勻,各向異性程度減小.也可用自由發泡生產塊狀硬泡,即在沒有頂蓋的箱體內發泡,泡沫密度由配方決定.小體積(體積小于0.5 m3,厚度不大于10cm)聚氨酯硬泡生產配方及工藝目前已經成熟,國內普遍采用.大體積塊狀硬泡發泡工藝難度較大,國內生產廠家少.在大體積聚氨酯硬泡生產中,應注意防止泡沫內部產生的熱量積聚而引起燒芯.一般需控制原料中的水分,不用水發泡以減少熱量的產生,盡量采用物理發泡劑以吸收反應熱,降低發泡原料的料溫. 間隙式箱式發泡和模塑發泡,發泡過程大致是這樣的:多元醇,發泡劑,催化劑等原料精確計量后置于一容器中預混合均勻,加入異氰酸酯后立即充分混合均勻,具有流動性的反應物料注入模具,經化學反應并發泡成型. 箱式塊狀發泡工藝的優點是投資少,靈活性大.一個模具每小時一般可生產兩塊硬泡.缺點是原料損耗大,勞動生產率低. 模塑發泡是在有一定強度的密閉模具(如密閉的箱體)內發泡,密度由配方用量和設定的模具體積來決定.一般用于生產一些小型硬泡制品,如整皮硬泡,結構硬泡等.模塑發泡的模具要求能承受一定的模內壓力.原料的過填充量根據要求的密度及整皮質量而定. 大體積塊狀泡沫一般需用發泡機混合與澆注物料.高,低壓發泡機均可.機械發泡,發泡料的乳白時間遠比攪拌式混合的短.因此,生產大塊泡沫塑料,最好選用大輸出量發泡機. 連續法生產塊狀硬泡的過程與塊狀軟泡的相似,所用發泡機,其原理和外觀也與生產軟泡的機器相似.如Planibloc平頂發泡裝置也適用于生產塊狀硬泡. 5.1.2.2 澆注成型中的注意事項 澆注發泡成型的催化劑以胺類催化劑為主,可采用延遲性胺類催化劑延長乳白時間,滿足對模具的填充要求,這類催化劑可提高原料體系的流動性,但不影響其固化性.異氰酸酯指數稍大于100,如105. 澆注發泡成型過程中,原料溫度與環境溫度直接影響泡沫塑料制品的質量.環境溫度以2030為宜,原料溫度可控制在2030或稍高一些.溫度過高或過低都不易得到高質量的制品.對船舶,車輛等大型制品現場澆注成型,難以控制環境溫度,則可適當控制原料溫度并調節催化劑用量. 79對模具的要求是結構合理,拆裝方便,重量輕,耐一定壓力,并且內表面還要有較好的光潔度.同時還要根據模具的大小和不同的形狀,在合適的位置鉆多個排氣孔.制造模具的材質一般是鋁合金,有時也用鋼模.模具溫度的高低直接影響反應熱移走的速度.模溫低,發泡倍率小,制品密度大,表皮厚;模溫高則相反.為制得高質量的泡沫塑料制品,一般將模溫控制在4050范圍.料溫和模溫較低時,化學反應進行緩慢,泡沫固化時間長;溫度高,則固化時間短. 在注入模具內發泡時,應在脫模前將模具與制品一起放在較高溫度環境下熟化,讓化學反應進行完全.若過早脫模,則熟化不充分,泡沫會變形.原料品種與制件形狀尺寸不同,所需的熟化時間和溫度也不同.一般模塑泡沫在模具中需固化10min后才能脫模. 由于混合時間短,混合效率是需重視的因素.手工澆注發泡,攪拌器應有足夠的功率和轉速.混合得均勻,泡沫孔細而均勻,質量好;混合不好,泡孔粗而不均勻,甚至在局部范圍內出現化學組成不符合配方要求的現象,大大影響制品質量. 5.1.3 聚氨酯硬泡噴涂成型 聚氨酯硬泡噴涂發泡成型即是將雙組分組合料迅速混合后直接噴射到物件表面而發泡成型.噴涂是聚氨酯硬泡是一種重要的施工方法,可用于冷庫,糧庫,住宅及廠房屋頂,墻體,貯罐等領域的保溫層施工,應用已逐漸普及. 噴涂發泡成型的優點是:不需要模具;無論是在水平面還是垂直面,頂面,無論是在形狀簡單的物體表面或者還是復雜的表面,都可通過噴涂方法形成硬質聚氨酯泡沫塑料保溫層;勞動生產率高;噴涂發泡所得的硬質聚氨酯泡沫塑料無接縫,絕熱效果好,兼具一定的防水功能. 5.1.3.1 低壓及高壓噴涂 一般按噴涂設備壓力分為低壓噴涂和高壓噴涂,高壓噴涂發泡按提供壓力的介質種類又分為氣壓型和液壓型高壓噴涂工藝. 低壓噴涂發泡是靠柱塞泵將聚氨酯泡沫組合料白料(即組合聚醚),黑料(即聚合MDI)這兩種原料從原料桶內抽出并輸送到噴槍槍嘴,然后靠壓縮空氣將黑白兩種原料從噴槍嘴中吹出的同時使之混合發泡.低壓噴涂發泡的缺點是:原材料損耗大,污染環境;黑白兩種原料容易互串而造成槍嘴,管道堵塞,每次停機都要手工清洗槍嘴;另外壓縮空氣壓力不穩定,混合效果時好時壞,影響發泡質量,噴涂表面不光滑.但低壓噴涂發泡設備價格較高壓機低. 低壓噴涂發泡施工是一般先開空氣壓縮機,調節空氣壓力和流量到所需值,然后開動計量泵開始噴涂施工,槍口與被噴涂面距離300500mm,以流量12 kg/min,噴槍移動速度0.50.8 s/m為宜.噴涂結束時先停泵,再停壓縮空氣,拆噴槍,用溶劑清洗之. 高壓噴涂發泡,物料在空間很小的混合室內高速撞擊并劇烈旋轉剪切,混合非常充分.高速運動的物料在噴槍口形成細霧狀液滴,均勻地噴射到物件表面.高壓型噴涂發泡設備與低壓型噴涂發泡設備相比,具有壓力波動小,噴涂霧化效果好,屬無氣噴涂,原料浪費少,污染小,噴槍自清潔等一系列優點.目前國內高壓噴涂設備主要來自美國Glas-Craft公司,Graco公司,Gusmer等公司.進口的高壓噴涂機有的帶可控加熱器,可把黑白料加熱(最高達70).為了方便施工,在主加熱器與噴槍之間配備長管.為防止兩個發泡料組分在流經長管道時冷卻降溫,長管外面包有保溫層,內有溫度補償加熱器,以保證黑料,白料達到設定的溫度. 選擇合適的噴涂發泡設備,是控制硬質聚氨酯噴涂泡沫平整度及泡沫質量的關鍵之一.高壓噴涂發泡效果明顯優于低壓噴涂發泡. 5.1.3.2 噴涂發泡工藝對原料的要求 毒性小,噴涂發泡時,原料噴散成很細的液滴,為減少對環境的污染和操作人員的健80康,除發泡劑外,其它原料中的低沸點成分應嚴加控制,臭味大的叔胺催化劑盡量少用.特別是聚合MDI中,易揮發低相對分子質量的異氰酸酯含量要控制在很低范圍內. 粘度小,有利于在極短時間內混合均勻. 催化劑活性要大,因為噴涂發泡工藝要求反應速度較快,泡沫應很快固化,不流淌. 一般選用三亞乙基二胺,二月桂酸二丁基錫等催化劑.具有催化作用的叔胺類多元醇,如由乙二胺與環氧丙烷反應制得的俗稱胺醚的多元醇,常常用于噴涂發泡.組合料的固化速度應調節在適當的范圍,如乳白時間35s,不粘時間1020 s.這樣,能保證反應液混合后立即在噴射面固化,形成泡沫塑料.這一點,對由下往上的頂部噴涂特別重要. 關于噴涂發泡的環境條件,有幾點應注意. (1)噴涂發泡環境溫度與待噴物體的表面溫度較合適的溫度范圍是1535.有的施工單位把58作為最低溫度界限.溫度過低,泡沫塑料容易從物體表面脫落,而且泡沫塑料的密度明顯增大.溫度在1525范圍內,泡沫塑料的密度沒有明顯變化;溫度為5時,密度明顯升高.環境溫度過高,發泡劑損耗太大. (2)異氰酸酯很容易和水反應生成含脲鍵結構.這種結構含量增高,則泡沫塑料較脆.待噴涂物體表面若有露水或霜,應予以去除,否則,泡沫塑料的脆性增大,且影響與物體表面的粘接性. (3)在室外進行噴涂發泡作業,當風速超過5 m/s時,因反應產生的熱量被風吹失,熱量不易積累,妨礙泡沫塑料進一步快速發泡反應,不易得到優質泡沫塑料.另外,風速過大,原料損耗也大.為防止噴涂物料細滴的飛散,減少對環境的污染,必要時,可用防風帷幕. (4)待噴物體表面要無銹,無粉塵,無油污和無潮氣.必要時,應預先進行清洗和干,達到上述要求. (5)應注意安全衛生問題,加強勞動保護.要戴防護鏡,避免在施工時吸入有害化學原料. 噴涂泡沫塑料是一層層堆積起來的,一次噴涂的厚度要適宜.一次噴涂厚度一般為1030mm,最好為1520mm.具體厚度取決于泡沫塑料原料體系,溫度,被噴基材的熱導率等因素.一次噴涂厚度太薄,泡沫塑料的密度增大.一次噴涂厚度過大,反應放熱難以發散,容易產生燒芯變形等現象. 5.1.3.3 噴涂發泡施工注意事項 環境溫度和待噴涂表面的溫度應在10以上.溫度過低,泡沫塑料與物體表面的粘接性差,易脫離,而且泡沫密度明顯加大.環境溫度最好在1535之間.溫度太高,則發泡劑損耗大. 一次噴涂的厚度要適宜,單層噴涂的厚度約15 mm為宜.厚度太薄,泡沫密度增大,太厚則不易控制噴涂表面的平整度. 待噴涂物體表面不能有油,灰塵等.若表面有露水或霜,應予以除去,否則將影響泡沫與物體表面的粘接性,影響泡沫性能. 在室外噴涂時,當風速超過5m/s時,物料和熱量損失大,不易得到滿意的泡沫層,并且污染環境.必要時可使用防風帷幕. 聚氨酯保溫層噴涂施工結束后必須嚴格保護,以免破壞隔熱效果或造成其它問題.隔汽層及聚氨酯硬泡表面均需采取保護性措施.地坪噴涂完畢后必須作好防水層及其上面的水泥砂漿保護層.墻面泡沫噴涂完畢后也必須采取其面層保護措施,以防碰壞. 國內貿易工程設計研究院是我國開展冷庫噴涂施工的單位之一,該院對噴涂硬泡的施工提出了一個規程,其中對噴涂硬泡提出六項主要技術指標如下: (1) 密度 墻,頂噴涂泡沫密度37 kg/m3,地面45 kg/m3; 81(2) 壓縮強度(形變10%時的壓縮應力) 用于墻面,頂面為147kPa,一般地坪245 kPa,行走叉車的地坪294 kPa; (3) 導熱系數 墻,頂泡沫0.022W/(mK),地坪0.024 W/(mK); (4) 尺寸穩定性 不大于2%; (5) 吸水率 按照GB8810規定4%; (6) 阻燃性能 按照GB2406-80規定(樣塊尺寸150mm12.5mm12.5mm),氧指數26,按照GB8333-87規定離火自熄時間必須達到0級標準. 5.1.4 塊狀聚氨酯硬泡生產及加工技術 5.1.4.1 塊狀聚氨酯硬泡的生產 塊狀硬質泡沫塑料是指尺寸較大的泡沫塊,截面積大多接近矩形,用于切割制作一定形狀的制品.所以,塊狀硬泡是一種坯料.生產方法分為間歇與連續兩種類型. 硬質塊狀泡沫的制造必須符合下列要求: 泡沫塊體尺寸要大;泡沫斷面應為正方形或矩形,以盡量減少切割損失量;模具的數量要少,這就要求熟化時間要短;塊狀泡沫各部位的密度變化應盡可能地小. 間歇法生產塊狀硬泡過程大致是這樣的:多元醇,發泡劑,催化劑等原料精確計量后置于一容器中預混和均勻,最后加入異氰酸酯立即充分混合.反應物料在達到乳白時間前注入模具,經化學反應并發泡后得到硬質泡沫塑料.在實驗室,少量的低活性混合物可以用簡單的可分散攪拌器手工混合.但當物料多于500g時,最好用機械攪拌器混合.從設備供應商那里可以得到許多設計合理的螺旋或渦輪式攪拌器.它的選擇取決于發泡反應混合物的多少和粘度. 在間歇法生產塊狀泡沫中一般使用攪拌式混合.物料必須攪拌均勻才能注入模具,模具頂上常裝有浮動蓋板.浮動蓋板的重量要合適,剛好能限制泡沫向上頂起就足夠了.該工藝僅須人工投資,特別適用在配方經常改動或原料粘度比較大或原料體系需要加入填料的情況下的批量生產操作,原料中允許加入一定量的固體粉料或糊狀物.這種簡單塊料工藝能提供每小時每模大約兩塊泡沫.而每塊泡沫必須在泡沫上升終了以后至少需留在模具中1015min,以防止泡沫的強度不足而損壞.并且若過早脫模,泡沫會變形.通常還要保證3%5過填充量.與自由發泡相比,這通常足以得到平頂的塊料和更加均一的,各向異性不明顯的泡沫.該法優點是投資少,靈活性大.缺點是原料損耗大,留在混合容器內的原料無法回收;勞動生產率低,勞動力費用高;手工操作化學原料,有一定潛在不安全因素.圖5-1表示其生產過程. (1)帶鉸鏈的模具,內涂蠟脫模劑或襯以聚乙烯薄膜;(2)澆入泡沫原料; (3)泡沫正在浮動蓋板下上升;(4)泡沫充滿模具,浮動蓋板在上,泡沫呈矩形 圖5-1 間歇法浮動蓋板式塊狀硬泡制法 要克服上述缺點得用發泡機混合與澆注物料.高,低壓發泡機均可.反應物料要充分混合,同樣在達到乳白時間前澆入模具中.經過大約十分鐘(根據反應裝置而定)固化后打開模具,取出泡沫塊.通常,塊狀泡沫熟化一周后再進行切割.機械發泡,反應物料乳白時間遠比批量攪拌式混合為短.因此,生產大塊泡沫塑料,若采用高反應性原料體系,應選用大82輸出量發泡機.例如,若要生產密度為30kg/m3硬質泡沫塑料,模具尺寸為2m1m1m,需約66 kg泡沫原料.若這些原料要在20s內注入模具,發泡機澆注量必須達到200kg/min.由此可見,要求的輸出量是很可觀的. 較小輸出量的發泡機同樣能生產塊狀泡沫塑料,如圖5-2所示,可用一移動分配管將反應液注入模具.模具略傾斜.如用這種改進方法生產截面積為1m0.5m,長達數米的泡沫塑料,機器輸出量約50 kg/min即可.此方法適用于聚氨酯及聚異氰脲酸酯硬泡,后者發泡過程乳白時間較短.泡沫塑料密度在30200 kg/m3范圍可調節. 1發泡機;2多元醇貯罐;3異氰酸酯貯罐;4計量泵;5混合頭 圖5-2 塊狀硬質泡沫塑料生產工藝 連續法生產塊狀硬泡是最經濟的加工方式.這種方法類似于軟質塊狀泡沫的生產,所用發泡機,其原理和外觀也與生產軟泡的機器相似.原料經計量,混合均勻后連續注入由紙或聚乙烯膜圍成的料槽內發泡.料槽安放在運輸帶上并不斷向前移動.大部分連續生產硬泡塊料設備的運輸系統,側壁在垂直方向上可向上移動.側壁運輸帶與水平方向移動的運輸帶同步協調地驅動.有的設備側壁是固定的,但其面層緊緊按在垂直輥輪上,以減少泡沫上升的阻力.頂端受頂部運輸帶限制,泡沫只能上升到設備調節的高度,以形成平頂泡沫.一種改進型被稱作planibloc平頂發泡裝置(如圖5-3)也適用于塊狀硬泡. 要生產高質量塊狀硬泡,原料體系乳白時間宜短,上升時間應可調節,不粘時間也宜短.乳白時間與不粘時間短的原料體系,有利點在于:生產的硬泡,泡孔細而均勻,性能較好;發泡設備的運輸帶長度短;固化快的泡沫塑料,可較早地切割成一定長度. 1混合頭;2頂部紙;3壓板;4泡沫;5運輸帶 圖5-3 planibloc塊狀泡沫塑料生產裝置 5.1.4.2 塊狀聚氨酯硬泡的加工技術 83連續加工適用于大批量生產建筑用板材,而間歇加工方式則用于小批量生產各種尺寸以及復雜結構的板材.可以使用下列制造方法. 1.切割法 通過鋸或削木材加工所用方法在這里也適用從塊狀泡沫上切取所需尺碼的泡沫塊,然后包覆所需的表面層,如木板,塑料板,粒子板,玻璃纖維增強塑料板.以聚氨酯,不飽和聚酯,環氧樹酯,聚醋酸乙烯酯,氯丁橡膠等為基的粘合劑為宜,根據所用粘合劑的類型,固化時需適當加壓或加熱.在確認所選用溶劑不會損害泡沫體和層壓材料之后,可以使用含溶劑的粘合劑.由玻璃纖維增強塑料組成的表面層,也可以層壓到泡沫層上.凡適用于玻璃纖維增強塑料的其它工藝方法,如人工貼合,噴涂和真空成型法,在此都適用.但務必注意用快速固化來限制苯乙烯對泡沫的影響. 該法的優點是:泡沫的生產很簡單;層壓材料的設計及其幾何形狀易于改變,可以經濟地制作較小的零件.該法的缺點是:切割塊料時有廢料;由于要粘合,增加了附加工序. 2.泡沫填充法 將反應混合物倒入要填充的空腔里,在其反應要固化時,泡沫體便粘到表面層上.在有些應用中,必須采用特殊的施工步驟,才能確保泡沫對表面層的良好粘著,金屬片材必須涂敷能增加粘著強度和抗腐蝕的底層材料.如果面對泡沫的那一側有玻璃纖維露出表面,則人工壓制的玻璃纖維增強塑料就可得到特別好的粘著性能.機械生產的玻璃纖維增強塑料則必須打毛或涂粘合劑.粒子板,石膏板和石棉水泥板,只要干燥表面無塵,就能和泡沫粘牢. 有兩種現場發泡制造板材的方法分層澆注料法和注射法. 用分層澆注料發泡法時,將反應混合物澆注到立式模具開口端的各個表面層之間.混合物的用量必須稱量,以使每層的厚度不超過2025cm.如果每層的厚度大于這個數值,則泡沫的強度和尺寸穩定性就會受到不利的影響.注料的時間間隔至少應有2min,以使底層有機會固化.需注意,第一層的厚度稍有不均勻就會影響下一層的表面平整性.這個方法的優點是產生的泡沫壓力很小,因此不需要昂貴的模具.由于反應混合物是分幾次澆注到模具內的,因而可以使用小而經濟的發泡機.也可以制得比較低的泡沫密度(大約38 kg/m3 ).其不足之處是相鄰兩層之間生成的表皮層會引起泡沫密度不均.由于需要等待前一層基本固化才能澆注下一層,因此加工速度較慢. 當采用注射法時,表面層和棱層都放入模具內,對反應混合物必須進行精確計量以保證充滿模腔.還要考慮到所要覆蓋的流動距離.對于較長的制件,為了縮短泡沫必須流動的距離,建議澆注期間混合頭在制件上方通過.也可以把制件分成幾段,然后分段發泡. 模具和夾具的強度必須足以承受泡沫壓力.這主要根據填充系數來確定.壓力與填充系數的關系示于表5-1.為成品模塑泡沫密度與自由發泡泡沫塑料密度之比值. 表5-1 泡沫壓力與填充系數的關系 泡沫壓力/kPa 1.2 10 1.5 3040 2.0 7090 2.5 130160 模具溫度影響泡沫密度分布,并影響泡沫沿著表面層的填充以及面層的粘接性.已證明溫度在2545之間效果最好.脫模時間取決于配方,流動距離,模具溫度,填充系數與脫模后容許的尺寸變化.預制尺寸和厚度都較小的制件(1m23cm)脫模時間為5min;1020cm厚的大型制件的脫模時間為2060min.為了保持側面泡沫壓力可以使用涂有隔離劑的可拆式支撐板架.這些支撐板架也可以用作制件邊緣的漏模. 這類支撐板也起到保持表面層的間距和模腔排氣的作用.支撐板必須盡可能地與側面形84狀相適合,并允許因溫度和壓力而產生的表面尺寸變化. 3.填料 在反應混合物中摻用細的或極細的填料就需要用高耐磨的泵.目前,在硬泡領域里值得一提的只有生產過程中混合的糊狀阻燃劑.當使用大篩孔的顆粒材料粗粒填料,如粒度在1030mm之間的多孔粘土,泡沫玻璃和多孔石粉時,模腔應在制件發泡之前就先填滿.通過每隔80100cm插入一根10mm直徑的塑料管加入反應混合物.泡沫在包住顆粒填料時,會遇到很高的流動阻力,從而大大地提高了泡沫密度.經驗證明,所需要的反應混合物料量同無粒狀填料而使泡沫制件的密度達到60 kg/m3時一樣多.模具應設計得能承受(0.81.2)105 Pa的壓力.這類制件用作罩面材料和預制的民用建筑構件(聚氨酯輕質混凝土). 5.2 幾種聚氨酯硬泡制品的制造 5.2.1 聚氨酯板材及夾心板 硬質聚氨酯泡沫塑料板材重量輕,強度高,絕熱效果好,是理想的建筑材料,用于屋面隔熱,冷庫等.這種板材大多覆有面層,故是以硬泡為芯材的夾心板材或稱復合板材.面層軟,硬質材料均可.軟質材料有牛皮紙,聚乙烯涂層牛皮紙,瀝青紙,玻璃纖維織物,瀝青玻璃纖維織物,鋁箔等.硬質面材有鋼板(平板及型材),碎木料膠合板,粗紙板,灰泥板,增強水泥板,礦棉板,珍珠巖板,石膏板等. 復合板材加工方法大致分為連續復合成型法,非連續復合成型法,硬泡塊料切割法等.連續法勞動力費用低,節能,是較先進的方法. 5.2.1.1 連續復合成型法 連續復合成型法生產硬質泡沫塑料板材,生產效率高.20世紀60年代初已經工業化,產品主要用在建筑上.建筑物不僅絕熱效果好,而且簡化屋頂施工過程,大大節省勞動力費用. 連續復合成型法有如下幾種類型. (1)水平復合成型 水平復合成型法制復合板材的過程大致是這樣的,復合成型機上有兩個連續提供上,下面材的輥筒.泡沫塑料原料連續計量,充分混合后,送到勻速移動的底層面材上發泡.有的底層紙可彎折,使其橫截面成矩形.泡沫逐漸上升,接近終止升高時,上層面材與未凝固的泡沫接合.然后,新復合的泡沫被輸送至加熱區固化,使面材與泡沫很好粘接. 水平連續復合設備,計量與混合部分采用高低壓發泡機均可.計量組分二,三,四組分的都有.注料方式有混合頭帶噴出管或分配管往返移動注料,也有混合頭固定,連接配料裝置或壓料輥把反應物均勻送到底層面材上.泡沫與上,下面材復合后均需送到上,下間距固定的加熱區固化,以生成厚度均一,不變形的板材.輸送帶系統有幾種形式: 下層為由鉸鏈連接的浮動板(圖5-4),浮動板對泡沫產生的壓力不太大,對硬泡泡孔結構不會有破壞作用,生產速度48m/min. 固定間距運輸帶(圖5-5),優點是生產的板材厚度均勻,由于膨脹中的泡沫可能會對上下面產生壓力,故需要采用強有力的運輸帶. 上下兩面金屬壓板均封裝在一無驅動裝置的通道內,通入帶壓熱空氣,使泡沫在一定壓力下加熱固化,通道外設有牽引裝置(圖5-6),生產速度可達60 m/min. 851浮動板;2固定板;3運輸帶;4皮帶加熱器; 5混合頭;6加熱裝置;7原料;8空氣;9泡沫 圖5-4 帶浮動板的水平復合成型法工作原理 1面材;2紅外加熱器;3混合頭;4空氣加熱器;5切割鋸 圖5-5 固定間距水平復合成型法示意圖 1上層面材;2混合頭;3下層面材;4噴射空氣;5帶壓熱空氣;6牽引裝置;7切割鋸 圖5-6 通道式高速連續復合裝置示意圖 (2) 雙金屬面復合法 這種方法實質上是金屬異型板材的加工與硬質泡沫塑料發泡成型兩種操作的結合.首先把金屬板加工成一定特定形狀的凹凸板,然后把硬泡原料混合均勻后注入上下金屬板之間,發泡成型后得雙金屬面復合板.圖5-7和圖5-8分別為雙金屬面復合成型過程和復合板制品. 1紅外加熱器;2往返移動式混合頭;3切割鋸;4真空堆疊;5金屬面材成型 圖5-7 雙金屬面復合法 86圖5-8 雙金屬面硬質泡沫塑料復合板材 金屬面材通常為鋼板,鋁板,其中有一面可以是帶彩色的金屬板或鍍鋅板.由于金屬面材已加工成一定凹凸形狀,所以復合板材剛性較大,不易彎曲,適用于大型建筑屋頂絕熱.為了確保硬質泡沫塑料與金屬面材間牢固粘接,金屬板要預熱后才能送到發泡區. 雙金屬復合板材成型時,有一點要注意.因其面層高低不平,泡沫料液可能會分布不均勻.制造具有較深梯形凹槽斷面的復合板材時,在特別深的凹陷部位,可采用預發泡方法,這樣整個橫截面上的物料分布較均勻. (3)增強復合板材的成型 為提高復合板材的強度,在成型過程中,加入增強材料是有效的方法.增強材料有鋼絲網,天然纖維,合成纖維,玻璃纖維.常用的增強材料是玻璃纖維.玻璃纖維除有增強作用外,還能提高泡沫塑料的阻燃性.例如,普通聚異氰脲酸酯泡沫塑料置于高溫火焰中,會炭化并開裂;而嵌入玻璃纖維能有效地阻止裂縫繼續加深.含玻璃纖維的復合板材耐沖擊,韌性好.這種板材以水平連續復合機加工時,只要另安裝一套玻璃纖維添加系統即可,玻璃纖維被連續地送到泡沫反應混合物中.玻璃纖維應預先經表面處理,以提高與泡沫的粘接性.圖5-9是兩種玻璃纖維增強硬泡復合板材制造工藝示意圖. (A) (B) 1玻璃纖維增強材料;2上層面材;3原料貯罐; 4切割刀;5加熱部分;6混合頭;7下層面材 圖5-9 玻璃纖維增強硬泡復合板材的制造工藝流程圖 圖5-9所示的A,B兩種生產方法很相似,上下層都有面材,區別在于泡沫塑料在加熱區能否自由上升.增強硬質泡沫塑料板材的密度一般在150400 kg/m3范圍內,玻璃纖維含量一般是泡沫塑料板材總量的30%,板材厚度可達5cm. 板材連續復合成型生產中,反應物料分布一定要均勻.混合頭簡單地往返澆注物料,在板材寬約1.25m時,生產速度一般限于910 m/min.高于此速度,混合頭移動換向時,反應物料在板材邊緣處易過量.另外,往返速度過高,操作上不太安全.若用兩個以上混合頭87聯合注料,雖然減少每一個混合頭的澆注量,但混合頭間協調操作有些困難.高速連續復合成型過程,最好的澆注物料方法仍是用一個混合頭,但混合頭不往返移動,固定在中央,連接一個壓料輥或其它能使物料迅速分布均勻的配料裝置.高速連續復合成型生產過程對溫度與泡沫料的反應速度非常敏感,特別是聚異氰脲酸酯泡沫體系.為減弱敏感程度,應采用高粘度規格的聚合MDI. 5.2.1.2 非連續法生產夾心板 非連續法也稱間歇法,適用于生產速率毋需太高,或較厚的,尺寸較大,結構較復雜的板材的加工. (1)壓機注射法 圖5-10表示壓機注射法的原理.計量泵把化學原料打入混合頭,混合均勻后,從模具注料孔把原料注入模具空腔.模具空腔內已事先安放了面材.發泡,熟化后,即可從模具中取出板材. 1發泡機;2計量泵;3混合頭 圖5-10 壓機注入法工作原理示意圖 這種加工方法的優點是設備簡單,適應多種品種的生產. 根據應用需要,選用平面或凹凸形面材作復合板的面層,軟硬面材均可,模具邊框條在泡沫加工完畢后即卸去,可反復使用.其截面設計成凸緣和凹槽相配合的形狀,這樣,復合板材邊緣也形成相應的凹凸形,裝配時很方便,并能消除冷橋,提高絕熱效果. 壓機注射法的泡沫反應物料,過填充量一般為10%15%.壓機的選擇取決于生產效率.輕型壓機夾緊力約100kPa,能滿足大多數板材生產的需要.模具中間設有隔板,故一次發泡可得數塊板材.生產中溫度控制很重要,這關系到硬泡的性能及泡沫與面層材料的粘接性.注料時,面層材料的溫度以3040為宜.具體最佳溫度范圍取決于面層材料的熱導率大小及泡沫反應物料體系的特性.泡沫在壓機中保持最大壓力的時間,除與原料體系有關外,很大程度上取決于泡沫芯層的厚度及過填充程度.為防止板材離開壓機后變形,一般說來,每1cm厚硬泡在壓機中保壓時間為23min.生產中,對保壓時間應留有一定的安全系數.因為生產環境條件很難絕對恒定,多少會有一些變化.如,泡沫厚為5075mm,板材尺寸為3m1.2m,生產周期約15min,其中注料時間約10s.對于較長的板材,如房屋側墻板,大型冷藏車的側壁板,可用分區澆注法,每一分割區都有澆料口.發泡區大小以適合發泡機注料為前提.分區澆注法示意圖見圖5-11. 另一種方法也適用于生產較長的板材,即專門設計一扁平形狀注料設備伸入模具腔內,其移動速度能自控(圖5-12).板材長度可達12m. 88圖5-11 分區澆注法示意圖 圖5-12 長板材壓機注入法簡圖 (2)垂直復合法 垂直復合法適用于制造大尺寸厚板材,如冷藏庫所需的厚度大于100mm的復合板材.對于乳白時間較短,反應速度較快的泡沫塑料原料體系,垂直復合法不需要大輸出量的發泡機.輸出量為415 kg/min發泡機一般能滿足生產要求,具體輸出量視板材厚度和硬泡密度而定. 還有一些其它復合方法,其原理相近. 5.2.1.3 塊料切割粘貼法 木工適用的鋸,磨等加工方法均可適用于加工塊狀硬質泡沫塑料.硬泡被加工成一定形狀與尺寸后,粘貼上面層材料就成為復合板材.聚氨酯,環氧樹脂,不飽和聚酯,聚乙酸乙烯等膠粘劑都能用于粘貼硬泡.粘貼前,要把硬泡表面切割時留下的粉塵除干凈.減壓吸塵除粉方法較為有效.粘貼過程所加壓力大小和加熱程度隨膠粘劑種類而異.有的膠粘劑內含溶劑,預先要鑒別這些溶劑是否會損壞硬泡和面層材料.玻璃纖維增強聚酯或環氧樹脂等增強材料,能粘合于泡沫塑料上作面材. 塊料切割粘貼的優點是:生產裝置較簡單,能制造曲面板材,改變板材形狀與尺寸均較方便與經濟.制品常用作建筑物上曲線部分的構件,船艇,運動器材等.缺點是有邊角廢料生成,浪費泡沫塑料坯料,增加一道粘貼工序,比較麻煩,耗費勞動力. 5.2.2 冰箱等腔體的澆注 聚氨酯硬泡在保溫隔熱方面典型的應用是作為冰箱冰柜的保溫層.原始的冰箱用玻璃纖維,軟木,巖棉等作保溫材料,但保溫層厚,重量大,保冷效果差.聚氨酯泡沫塑料由于成型方便,保溫隔熱效果優異而成為許多種家用器具如電冰箱,冰柜,熱水器等的最佳保溫材料.除此之外,聚氨酯硬泡還用于各種管道,貯罐保溫層的現場澆注填充. 聚氨酯原料注入各種器具的殼體空腔內,可將所有空間充滿硬泡,發泡成型后,與殼體形成整體,抗沖擊,絕熱效果好. (1) 冰箱箱體的填充 冰箱,冷柜的箱體外殼一般是薄鋼板,內襯是熱塑性塑料.殼體與內襯之間填充聚氨酯89硬泡.發泡過程,殼體與內襯都必須承受壓力.工位上夾具等部件是生產設備重要組成部分,支撐與承受發泡壓力,并使殼體與內襯間空隙距離保持恒定.發泡時,箱體溫度一般控制在4045,以有助于形成總體密度較均勻的泡沫,且使泡沫具有良好的粘接性.澆注口的位置選擇也很重要. 冰箱外殼與塑料內襯之間的腔體形狀復雜,大致上屬扁平形狀,在澆注時要注意使物料充滿整個空腔,故物料在乳白發泡過程應具有較好的流動性,泡沫必須在凝膠之前(纖維時間以前)充滿腔體.但物料粘度也不能太低.為了評價組合料的流動性,人們設計了幾種方法.一種稱為蘭芝模(又稱Brett模)法,現已成為用于測試冰箱硬泡原料流動性(泡沫爬升高度)的一種標準測試方法,測試時將50mm200mm2000mm的模具豎放,將溫度恒定的泡沫原料注入,固化后測試泡沫的上升高度及幾個限定高度處的泡沫密度,泡沫高度與重量的比越高,說明流動性越好.還有一種方法是用直徑約100mm的長塑料管,觀察反應物料的爬升高度. 冰箱腔灌注聚氨酯發泡料時,一般過填充10%15%,這樣可減少垂直方向與水平方向泡孔形狀和強度的差異.而若泡沫密度過低,冷凍后收縮率過大,這就要求冰箱泡沫的密度不能小于某一數值,否則易變形.因此冰箱硬泡存在最小填充密度.在冰箱填充硬泡后無需脫模,但若發泡幾分鐘后物料還沒完全固化,則撤去夾具后泡沫可能膨脹,故評價泡沫的脫模時間和相關性能仍非常重要. 反應原料一般采用組合料,典型的機械發泡工藝參數為:乳白時間811 s,拉絲時間5080 s,不粘時間70110 s,脫模時間48 min.輕工行業標準QB/T 2081-95冰箱,冰柜用硬質聚氨酯泡沫塑料提出的聚氨酯硬泡技術指標為: 表觀芯密度 2835 kg/m3 壓縮強度 100 kPa 導熱系數 0.022 W/(mK) 吸水率(V/V) 5% 閉孔率 90% 尺寸穩定性(線性變化率) 低溫(-20 24h) 1% 高溫(100 24h) 1.5% 5.2.3 管道及貯罐保溫殼層 5.2.3.1 預制絕熱管的加工 地區集中供熱,石油輸送等管道是由金屬內管,硬質泡沫塑料絕熱層和外套管(或保護層)組成的.外層可用聚乙烯,聚氨酯等材料制作.這種管道可在工廠預制,也可在現場加工.硬質泡沫塑料成型方法大致分為以下幾類. 1.澆注 預制絕熱管是由金屬內管(輸送管)和外管組成,并在兩管之間以硬質聚氨酯泡沫作絕熱層.制造這種地面絕熱管的方法很簡單,只需在內鋼管和由聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯或石棉水泥制成的外套管之間的環狀空穴里注入液體反應混合物發泡. 澆注成型是最普遍的方法,實際上是一種空腔內澆注硬泡原料液的方法.管道的內外管充當模具,故不必另備模具.圖5-13是其制作原理示意圖.物料從一端注入,發泡時管道垂直,水平或傾斜放置均可,微傾斜時效果最好.在這種狀態下,反應物從下端灌進管內.實際生產中用這種方法可以加工長度達16m的管子. 對于較長的管道,宜采用所謂移動澆注法.這類成型方法,反應物料流經距離較短,能較均勻地分布在整個管道上,快速反應原料體系也能適用.通過移動混合頭或拉動澆有反應物料的紙條來實現移動澆注(圖5-14和圖5-15).前一種在內外管空腔中伸入一小型能動的混合頭,混合頭均勻移動,硬泡原料均勻地注入腔內.后一種則是把反應物連續澆注到管外的紙條上,紙條均勻移入管內,這些原料隨之進入空腔內發泡成型. 對于無外套管的管道,有一種較方便的連續發泡成型方法.管外有一條形金屬或塑料片材,在片材卷合前,將泡沫塑料原料液澆注在片材上.片材卷合和發泡后,即成為具有硬泡90絕熱層的管道. a混合頭;b反應混合物; a間隔支架;b排料管;c混合頭; c內管線;d外管 d供料管; e運動方向 圖5-13 澆注模塑法 圖5-14 采用牽引式混合頭的加工方法 圖5-15 采用牽引紙的加工法 圖5-16 內管旋轉而噴涂設備自動軸向運動的噴涂法 2.噴涂 噴涂成型法適用于無外套管,大直徑管道外制作硬泡絕熱層,見圖5-16.硬泡原料液噴在旋轉著的管道外表面,混合頭與管道沿軸向作相對運動.噴涂法制作的硬泡絕熱層,表面不太平整.為了保護絕熱層免遭損壞,必須用瀝青繃帶,玻璃纖維增強塑料復合材料或塑料涂層將其包覆起來.聚氨酯彈性體是很合適的材料,擠塑法成型的聚乙烯套管也能做保護層. 3.模塑半圓形預制件 用半圓形硬質泡沫塑料預制件做管道保溫層是一種通用而簡便的方法.生產廠按標準管徑準備若干套模具,即可成批加工出一系列管徑的預制件.使用時,把兩個半圓形泡沫塑料對合,就成為一個完整的絕熱套. 4.塊料切割 用塊狀硬質泡沫塑料可切割成一定尺寸的絕熱層.這種方法最大的缺點是泡沫塑料的損耗率高.為提高材料的利用率,可按直徑大小如圖5-17所示那樣順次排列切割.但是,不管如何排列,仍有一些材料不能很好利用. 圖5-17 由塊狀泡沫塑料切割管道絕熱層 5.2.3.2 管子外殼 管子的半圓形外殼層由聚氨酯硬泡切取,或用模塑法制得. 911.半圓管殼體和模塑件 使用特殊的切割機和切削機,用塊狀泡沫生產殼體.通常先用塊狀泡沫材料鋸成毛坯,然后按照尺寸將毛坯切割和切削成半圓形的管狀泡沫件.當采用模塑發泡方法生產時,就能獲得封閉式表面結構的模塑管件. 根據不同的需要,殼體可用瀝青氈,塑料薄膜或鋁箔或金屬片材來包覆.另一種方法是在連續化生產線上制造殼體.常常使用由完整的殼體切制成的半圓式殼體作為工業設備管線系統的絕熱層. 為了使得用于低溫管道的絕熱材料具有所需的低水蒸汽滲透性,可在外層鋁箔里面發泡.無外覆層的聚氨酯硬泡可滿足熱管道的絕熱要求.管道外殼體要非常適合于管線的轉向.閥門,彎管接頭和法蘭可以用模塑件.這種模塑件可用模具發泡制得,也可用殼體裁切制得.殼體的安裝方法類似于已知的用軟木或礦棉制造殼體的方法.其優點是重量輕.聚氨酯殼體易于切割,調整和固定.無包覆層的絕熱殼體通常在安裝之后再在外表面上包覆以防護材料,如PVC薄膜. 2.預制絕熱管道 規建筑方式的城市供熱系統,管道絕熱施工在現場進行.覆蓋式溝道這種程序勞動強度大并且難以控制.如果溝道灌水或者管道泄漏,絕熱層就會完全失效.使用聚氨酯絕熱的管道,發泡是在工廠進行的,在廠里發泡可以做到很均一;另一優點是生產成本低而效率高.通過使用不透水蒸汽的外覆層,整個系統在各個方向上都是密閉的.所生產的預制絕熱管內徑可達120mm,長度可達16m.管子在現場焊接