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什么是变压真空发泡?变压真空发泡设备时序逻辑

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发表时间:2018-05-23 16:51来源:聚氨酯制品手册

  变压真空发泡工艺以少量的水作为发泡剂,让发泡在真空状态下进行。所谓真空发泡也就是在一定的负压下让泡沫迅速膨胀,在一定的控制条件下得到不同密度的泡沫体。这和“爆米花”有类似之处。既然真空发泡时利用负压发泡,产生低密度的泡沫。那么,利用正压发泡可制备高密度的PU制品,这就是变压真空发泡的全部含义。变压真空发泡,是一个解决环保问题较为理想的方案。特别是在低密度的软泡和一些高密度的PU制品生产中,采用变压真空发泡工艺还可提高产品的性价比。


  变压真空发泡生产出来的低密度软泡除了“手感”好,还可省料15%左右。尽管高密度的PU制品市场用量不大,但对于生产高密度的PU制品,变压(正压)发泡也是一个很好的工艺路线和方法。下面给出了真空(负压)发泡的一个实验记录,详见下表。


真空发泡实验记录.png


  从表中可见,泡沫密度随真空度加大而减少。常压下17kg/m3,负压达—4.9N时发泡泡沫密度可变为8.6kg/m3。从收缩率来看,常压发泡和负压—4.9N时的发泡收缩率几乎相等。


  变压真空发泡设备的结构原理如下图所示。变压真空发泡设备由灌注系统、浇注头、发泡模具、真空发泡箱、抽空加压系统组成。配方料经灌注系统控制,由浇注头浇灌到发泡模箱中,紧接着送入真空发泡箱,然后,抽空系统在很短时间抽空到所需负压值,真空箱中的发泡料体积迅速膨胀,这样,实现负压发泡。


变压真空发泡设备结构图.png

变压真空发泡设备结构图


  图1为变压真空发泡设备的一个平面布局图。图中的料罐架,实际上就是一个灌注系统设备。该设备的系统原理如图2所示,具体结构如图3所示。


变压真空发泡设备的平面布局图.png

图1 变压真空发泡设备的平面布局图


变压真空发泡设备关注系统原理图.png

图2 变压真空发泡设备关注系统原理图


灌注系统设备结构图.png

图3 灌注系统设备结构图


  TDI和聚醚(及助剂)混合罐在一升降机作用下,上升到最高位,TDI贮罐和聚醚贮罐分别装入配方料。聚醚和助剂(水、胺、锡、硅油等)在一预混机头作用下将其预混合,灌入预混贮罐。此时,TDI也进入贮罐。然后,快速放入TDI,与此同时,TDI、聚醚混合机头高速搅拌,混合罐下部阀门打开,混合料进入模具。放料完毕,升降机将其升起到最高位。模具箱快速进入真空发泡箱,进行真空发泡。如果真空箱的数量足够可以实现连续作业,其生产效率还是很高的。


  整个循环都在自动控制系统下进行。设计灌注系统部分的难点:1、混合罐的内壁残留PU料的清除问题;2、底阀密封问题;3、系统程序控制问题。


  当灌注完成后,发泡模具快速进入真空箱,如图4所示。该真空箱的结构尺寸较大,其结构刚性需要处理好。刚性不够,变形过大影响密封问题;刚性过强,材料浪费大。门的密封处理也是真空箱设计的关键问题。因门的尺寸较大,如果要靠一种刚性的平整度来保证密封问题,其加工难度较大,费用高。如采用一种柔性密封处理,效果更好。真空箱门的开关采用一个大气缸控制门上下翻转。也有采用水平转动开关、水平推拉、垂直上下开关真空箱门的办法,这些方案各有优劣。在负压发泡情况下,无需专门的锁紧机构,仅靠负压即可将门拉紧。如需考虑正压发泡必须采用锁紧机构。


真空箱结构图.png

图4 真空箱结构图


  变压真空发泡设备中,灌注系统是一个主要部分,抽空系统也是一个主要组成部分。图5就是一个变压真空发泡设备的抽空系统结构图。真空泵、负压贮罐、真空箱加上管路连接,构成一个真空系统。该系统中,真空箱容积为18m3,真空泵(水环泵)采用22kw电机、抽空速度30m/min、极限抽空压力—7.8N。负压贮罐容积为20m3。抽空的操作规程:先用真空泵对负压贮罐抽空12min,压力达到6.8N。当发泡模具进入真空箱,关上门后,立即将负压贮罐与真空箱通道阀门打开进行抽空,大约25秒真空箱和负压贮罐处于—3.7N。同时,真空泵继续补压1分钟后,真空箱压力达到—4.9N。这种规范基本能满足密度达到10/kg/m3


变压真空发泡设备的抽空系统结构图.png

图5 变压真空发泡设备的抽空系统结构图


  如果直接采用真空泵对真空箱抽空,抽空速度很难满足要求。图5抽空系统中管路阀门和压力继电器均由自动控制系统操作。


  图7为变压真空发泡设备的一个时序逻辑。由这个时序逻辑可知:变压真空发泡机在什么时间,有哪些机构,执行哪些工作,这些机构又受哪些控制元件控制,在时间进程中,机械的、电器的动作又怎样配合发泡工艺时序要求。这是一个机械、电器、工艺的完整控制逻辑。下面具体分析一下。


  1.图7中,给出了一个时间坐标。发泡工艺也给出了一个时序,图中71.86这个时间跨度应是发泡准备工作时间;39.78这个时间跨度应是发泡乳白色工作时间;85.33这个时间跨度应是发泡工作时间。这3个时间跨度完成了一个发泡工艺周期。真空发泡设备必须按这样的时序来完成工作。


  2.为完成上述发泡工艺时序,给出20个机械执行动作,也就是从1号电源动作到20号真空箱抽空动作。每一个机械执行动作执行启、执行停两种状态。


  3.在发泡准备工作时间跨度里,电源启动,TDI、PPG(聚醚)、水、胺、锡、硅油各泵循环启动以及气泵、真空泵也启动。接下来贮气罐(负压贮罐)开始抽真空。PPG、水、胺、锡、硅油、TDI进入中间贮罐,混料罐上升,混料罐接料,发泡模具到位。这样,在这个时间段共有7个机械动作执行工作。这7个动作先后时序和时间跨度都按图7所示的规范执行。


  4.发泡准备工作完成后,进入发泡乳白的时间段。这个时间跨度很短,也称为可操作时间。在这各时间跨度中,混料罐下降、模具接料、低速搅拌、高速搅拌、混料罐上升、真空箱门锁打开、门开、保险开(门的安全阀)、模具进真空箱,共9个动作在此时间跨度必须完成。


  5.接下来,进入真空发泡时间跨度。也有9个执行动作必须完成。图7已标明。


  6.图7除将20个机械执行动作的时序反映出来外,还将电动、气动控制元件的时序也反映出来。这实际上是控制系统设计的逻辑图,也是真空发泡设备的工艺流程图,而且是一种动态反应。


变压真空发泡设备的时序逻辑图.png

图7 变压真空发泡设备的时序逻辑图


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