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聚氨酯硬泡板材生产方式_聚氨酯板材的连续化生产工艺

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发表时间:2018-05-31 10:02来源:聚氨酯制品手册

  聚氨酯硬泡板材原料早期基本是使用一NCO含量约为20%~30%的TDl预聚。但由于预聚体黏度过高加工难度大成型困难只能用来生产一些形状简单的中小板材在许多应用领域受到了很大限制发展速度缓慢。目前该法已很少使用。

  现在一般采用MDI、多元醇、发泡剂、催化剂等一步法聚合工艺的生产方法。该工艺原料黏度低操作简单反应速率快生产效率高泡沫体的绝热性能、力学性能和尺寸稳定性能好是目前生产聚氨酯硬泡的主要方法。为适应大规模生产的需要原料生产厂除供应基础原料外还将这些原料按市场需求配制生产出适应不同要求的多元醇组分和异氰酸酯组分配套提供给制品生产厂使得原料稳定使用方便。批量较小、性能要求特殊的小宗产品一般仍由制品生产厂自行配制。

  聚氨酯硬泡板材最初采用的生产方式和聚氨酯软泡的生产方式基本一样。首先制得体积较大的硬泡熟化后根据需要切割成板材销售。但是无外表皮层的硬泡板材极易受湿吸水后绝热性能下降。为避免性能下降切割后的板材外表面需做涂覆处理。但这种方式的工序复杂劳动生产效率低产品质量稳定性较差。目前这种大块切割生产绝热板材的方法已逐渐被带有各种装饰面或自结皮的绝热板所取代。如钢、铝等刚性饰面复合板纸革、纤维等柔性饰面复合板。这些产品性能好质量优是目前应用的主要产品。

  聚氨酯绝热板材的生产方式较多一般有间歇浇注和连续浇注两种方式。对这两种生产方式有两种观点一种观点认为间歇浇注产量低但设备投资费用较小。连续浇注产量大生产效率高但设备投资费用较高。另一种观点认为适当提高一点设备投资间歇浇注产量并不低。连续浇注设备投资费用和设计方案有很大关系。


  (1)一种手工操作的板材生产方式


  采用普通箱式软泡生产过程中将聚醚多元醇水、发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂等称量后放入混合搅拌桶预混搅拌1~3min然后将称量好的异氰酸酯(PAPD)迅速倒入混合桶高速搅拌20~30s后提起搅拌桶使混合后的料液平稳地倒入衬有聚乙烯薄膜或涂有脱模剂的木质箱式模具中放置浮动顶板混合物进行发泡、上升成型。基本完成熟化10~15min后即可将木质箱体的四边侧板打开取出制成的聚氨酯硬泡。自然熟化24h后即可进行切割加工。加工出的板材一般要将硬、软装饰面材进行粘贴处理。这种板材的加工方式特点是设备投资很小但劳动强度大属劳动密集型生产方式。生产过程示意图如图1所示。


手工操作的板材生产过程.jpg

图1 手工操作的板材生产过程


  在聚氨酯箱式硬泡的生产中注意选用高支化度聚醚多元醇水量应控制在1%~0.5%避免激烈的反应放热而产生制品烧芯现象。这与环境温度和散热条件有很大关系降低制品密度可带走更多的反应热。一NCO和一OH比例范围在1.03~1.08为宜。催化剂主要使用叔胺和有机锡类复合型催化体系。选用性能较好的延迟催化剂有利于混合料液在模具中流动性能的改善。同时反应热上升速度可减慢。

  原料温度是影响发泡速率的重要因素。原料温度控制通常应比软泡生产要低一般料温应控制在10~25℃这也跟环境温度有很大关系。同时注意搅拌速度和搅拌时问对混合料液起始反应热有较大的影响。料温过高反应速率较快在激烈的放热情况下加之泡沫体本身的热导率低热量不易扩散易造成泡沫体烧芯。

  聚氨酯箱式硬泡生产的基本配方较多现提供一个配方供参考。


聚氨酯箱式硬泡生产的配方参考.jpg


  (2)间歇式复合板材的生产


  对于批量较小、规格尺寸变化较多的板材采用间歇式生产方式是降低成本、适应市场需求的较好方式。对于非柔性装饰面板材如石膏板、石棉水泥板、珍珠岩板、木板和木质层压板、硬质塑料板等实施连续化生产较为困难更适宜间歇式的生产方式。这类间歇式生产方式因其方便、灵活、投资相对较少而受到中、小型生产企业的普遍欢迎。

  所谓间歇式、多层式板材的生产就是用一台发泡机对多层式板材模具进行浇注发泡成型。可采用低压发泡机也可采用高压发泡机进行浇注或灌注这两种设备浇注效果相差不大。高压机设备投资要大一些。高压机本身的浇注头可以做到无残料、无需清洗液清洗。但是在板材生产工艺中很难实现无残料、无清洗液清洗的工艺。因为板材浇注面积较大仅靠浇注头本身一股料液无论怎样运动很难将混合液在很短时间浇注均匀。如果浇注不均匀发泡效果会受影响。为了更好解决这一问题一般采用一个喷洒头将浇注头出来的一股料液通过喷洒头较快、较均匀地喷洒到板材模具上面。这样喷洒头必然有残料而且必须清洗如图2所示。


间歇式复合板材的生产.jpg

图2 间歇式复合板材的生产


  在板材成型中,有开模浇注和闭模灌注两种方式,如图3所示。


板材成型方式.jpg

图3 板材成型方式


  这两种成型方式有各自不同的特点。开模浇注从升模、浇注、合模、锁紧这一过程要求很紧急必须在几秒到十几秒完成。如果采用人工方式操作显得很紧张稍微迟缓一点可能“跑料”如果采用自动控制方式操作结构较复杂成本较高。如果采用闭模灌注可预先将模具锁紧留出一个很小的灌注进出口灌注完毕后封闭进出口较方便、容易。这种闭模灌注一般不会“跑料”可同时灌注多个模具效率较高模具成本较低采用人工操作也较方便。闭模操作对发泡顺畅进行较有利因为闭模发泡时发泡是以垂直方

  向进行而在垂直方向上闭模方式最有利发泡顺畅进行。开模浇注方式发泡的膨胀以横向为主这对发泡的顺畅进行不很有利而且对排气不利。尽管闭模灌注相比开模浇注有较多的优点但是闭模浇注掌握不好会产生发泡密度梯度现象如图4所示。


密度梯度现象.jpg

图4 密度梯度现象


  在上、下模之间如果采用了铰链结构必须注意铰链的配合间隙一定要小否则间隙大易“跑料”。上、下模之间的锁紧结构方式较多有螺纹锁紧、偏心轮锁紧、斜面锁紧、杠杆锁紧等。另外还有自动和手动方式。这些都属通用机械设计问题不再赘述。

  (3)聚氨酯板材的连续化生产工艺

  实现聚氨酯板材的连续化生产主要是解决流水线的问题。流水线的自动化程度越高生产效率越高。但是制造成本也很高。目前国外流行一种类似软泡流水发泡线的硬泡板材生产线。从发泡、物料输送、切割和软泡生产极为相似。国内也有生产这类流水线的厂家。一台发泡机和较多模具摆放住一个流水线上也可基本实现流水作业其生产效率也不差但成本较低。

  聚氨酯保温板材是由聚氨酯硬质泡沫体形成的中间层和由其他片材构成上、下表皮层构成。表皮饰层可以是硬质的也可以是软质的。常用的硬质表皮层是经涂覆保护涂料后的薄钢板、铝板、木材、玻璃纤维层压板、硬质塑料板等。常用的软质表层多为牛皮纸、沥青纸、石棉纸、皱纹纸、铝箔等。根据实际应用上、下面层可以进行硬-硬、硬-软、软-软等。各种组合搭配。

  典型的聚氨酯软质饰面保温板材的连续化生产流程如图5所示。


表面保温板生产示意图.jpg

图5


  图中上、下软质表层饰面卷材的输送辊经过传动辊2使它们被拉伸平整、无皱折展开下表皮饰材被平坦地输送至发泡机可左右自动移动的混合头3下混合好的浆料浇注在底饰面层上在压缩输送带4的作用下向前移动并发泡上层饰面层经传动辊2和压缩输送带4将它们黏合在泡沫体的上表面经过上下输送带的夹持作用板材进入冷却区5使用纵向切割机6和横向切割机7将板材切割成一定规模尺寸的保温板成品。夹持输送带的上下间距可以调节根据发泡配方和调节厚度可以生产厚度为10~200mm的软质面层的聚氨酯保温板材。

  软-硬饰面层复合板材的连续化生产。对于不易连续开卷、输送的硬质饰面如木材硬质塑料板、层压板等在连续化生产中可将它们依次排列放置在传输带上将柔性饰面材料置于生产线上方浇注聚氨酯硬泡以反面复合方式进行连续化生产如图6所示。


软硬表面保温板材生产示意图.jpg

图6


  软质面层在图中3处开卷经传动辊4使其平坦展开进入物料浇注区发泡物料经混合头7浇注并均匀分散至软质面层的内表面上12处发泡经过冷却段8后泡沫层和软质面料在输送带9的作用下反转。衬材输送辊1经传动辊2进入硬饰面放置区5将硬质饰面块一块块地摆放在输送带的衬纸上在输送带9和浮动压板10的作用下使带有泡沫层的软饰面和硬饰面层黏结在一起。必要时可使用加热器6做适当的加热处理使软质上饰面和泡沫体翻转后与下部硬质饰面在浮动板的作用下牢固地粘接在一起并以此控制复合板材的厚度规格然后产品经过切割后即为成品。

  在这种反面发泡生产工艺中泡沫体的配方是顺利生产的重要因素在软饰面背面左、右移动的混合头不断地将混合好的浆料连续吐出分散在软饰面背部它以3°~8°的倾斜角度向下流动并反应发泡它们在进入翻转弯道以前发泡物料应完成基本反应否则会使泡沫保温层产生开裂等质量缺陷为促进反应必要时可适当进行加热处理。有时为使泡沫体和硬质饰面材料获得优异的粘接效果也可以在硬质饰面材表面适当喷涂聚氨酯类胶黏剂。

  双硬质饰面的聚氨酯保温板材主要用于大型工厂厂房、仓库、冷库等非承重外墙、屋顶等隔热保温材料,根据不同的用途,选择不同金属等硬质饰面材料。通常对于大型建筑物的保温材多使用薄钢板等材料做饰面材料,对于保温车、冷藏车等则多使用铝质饰面。

  以金属薄板为双面硬质饰面材料的保温板材连续化生产的设备流程示意如图7所示。


双金属硬饰面保温板生产示意流程图.jpg


  金属薄板卷材经喂料开卷装置开卷后进入波纹辊轧机组进行金属薄板的压型处理。根据市场需要将钢板连续压制成不同规格、式样的瓦楞形上、下表皮层然后经过加热烘道使钢板被加热至工艺规定的温度在通风良好的发泡物料浇注区混合头在上、下两层表面饰层之间左右移动将发泡浆料浇注在底饰材上逐渐发泡上升由夹持输送带将其在两个饰面板之间生成预定高度的泡沫保温层并与两个表面层良好地粘接在一起经过冷却后进行切割生成硬饰面的复合保温板材。

  该类保温板材的厚度可根据夹持输送带的间距调节加以控制。一般这类机械的连续化生产线可生产厚度为30~200mm的硬表面复合保温板材。

  在复合保温板材的生产中夹持输送带及浮动板装置等不仅起到限定保温板厚度的作用同时还能使泡沫体与表皮饰材产生优异的粘接强度因此在金属等硬饰面保温板的生产中对饰面材在浇注泡沫前还应经过清洗油污、喷涂黏合剂等表面涂覆处理工序。实验证明:一般非粘接组装式的复合板不能承受负荷而粘接较好的复合板材却能承受一定负荷。另外粘接良好的复合板材使用寿命也会相对延长。研究还发现聚氨酯硬质泡沫体的粘接强度不仅与靠近表面饰层泡沫体的密度有关而且也和表面饰材的材质有关见下表。


硬饰面品种密度关系表.jpg

PU硬泡与硬质饰面材料的粘接强度与饰面品种和泡沫体密度的关系


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