CN111688094A - 一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统 - Google Patents
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Abstract
一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，包括：用于原料混合及预硫化的自动配料熟成装置，用于发泡胶乳表面快速胶凝定型的射频装置，用于发泡胶乳硫化的蒸汽硫化装置和超声沸水装置，用于乳胶海绵水洗后的压水装置,用于干燥乳胶成品的微波多层烘干装置，用于输送乳胶的输送装置。本发明提供的耐疲劳乳胶海绵的生产系统能够有效提高乳胶海绵产品的耐疲劳性。
Description
技术领域
本发明涉及天然乳胶海绵制品生产技术领域，尤其涉及一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统。
背景技术
天然乳胶海绵是一种多泡孔结构的橡胶材料，具有高回弹，高透气性的同时抗菌防螨，近几年在家居用品（尤其是床垫和枕头）中应用广泛。目前国内外对乳胶材料的研究也日益增多，但是对乳胶海绵疲劳性的研究尚未有报道。疲劳是指材料在正常工作或使用条件下，在长期反复作用的应力下所发生的性能变化。这些应力的大小并没有超出材料能够承受的范围，但是长期反复的作用就会引起材料的疲劳。耐疲劳性能差的材料在使用后期性能下降严重，以致最后丧失使用价值。
对于乳胶海绵而言，目前长期疲劳性能是通过厚度和硬度损失来衡量的。具体来讲, 天然乳胶海绵材料的疲劳是指在重复变形的过程中, 当其承受的局部变形应力超过其自身的延伸率或应力极限时, 疲劳过程开始, 以至于最后达到破坏。而这种疲劳破坏的开始点是由于海绵表面或内部的不均匀性所造成的。因此，优化天然乳胶海绵的生产系统（尤其是硫化和干燥工艺），提升产品结构均一性，有至关重要的重要意义。
目前，天然乳胶海绵的生产加工大多采用邓禄普工艺，整个生产过程包括：混料→熟成→发泡→表面定型→硫化→水洗→压水→烘干→裁剪等工序。其中，表面定型一般采用热风吹扫表面，硫化则大多采用蒸汽一步硫化法，而烘干多数采用烘箱热风干燥。虽然目前此种生产工艺生产的产品能满足一般使用需求，但是这种热风吹扫表面定型和干燥的工艺，传热慢，产品干燥温湿度均匀度不佳；而仅仅一步蒸汽硫化也可能导致分子链正硫化不完全，最终导致产品的耐疲劳不佳，永久变形性大，使用寿命不长。
因此，优化生产系统，生产耐疲劳海绵成为本领域技术人员所需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种能够保证生产的乳胶海绵回弹优异，压缩永久变形小，使用寿命长的耐疲劳乳胶海绵的生产系统。
本发明的技术方案为：包括：
用于原料混合及预硫化的自动配料熟成装置；
用于将熟成配料进行发泡的发泡装置，
用于发泡胶乳表面快速胶凝的射频定型装置；
用于发泡胶乳一段硫化的蒸汽硫化装置；
用于发泡胶乳二段硫化的超声沸水装置；
用于硫化后乳胶海绵的压水装置；
用于干燥乳胶成品的微波烘干装置；
用于输送乳胶的输送装置，所述输送装置依次将发泡胶乳输送至所述的射频定型装置、蒸汽硫化装置、超声沸水装置、压水装置以及微波烘干装置。
所述自动配料熟成装置包括熟成搅拌釜，所述熟成搅拌釜的外部设有加热层，内部设有搅拌轴，所述搅拌轴从上到下依次设有上搅拌桨、下搅拌桨、半圆形导片以及倒三角形导片，所述上搅拌桨和下搅拌桨分别连接叶片，所述叶片、半圆形导片和倒三角形导片上分别设有圆形凸点。
所述上搅拌桨的长度小于下搅拌桨的长度。
所述射频定型装置包括保护罩，所述保护罩的顶部设有上射频发生器、底部设有一对下射频发生器，一对下射频发射器之间为发泡乳胶海绵通道。
所述超声沸水装置包括箱体，所述箱体内设有沸水硫化槽，所述沸水硫化槽和箱体的两侧内壁之间分别设有加热器，沸水硫化槽和箱体的底板之间设有超声波发生器，所述沸水硫化槽的上部设有进水口，下部设有排水口。
所述压水装置包括上下设置的压辊。
所述微波烘干装置包括微波烘干箱，所述微波烘干箱内从上到下设置多个微波发生器以及对应的温湿度感应器，多个微波发生器的频率从上到下依次递减。
本发明在工作中，通过包括用于发泡胶乳表面快速胶凝的射频定型装置、用于发泡胶乳一段硫化的蒸汽硫化装置和用于发泡胶乳二段硫化的超声沸水装置，
采用射频定型使得发泡胶乳结构上定型更快、更均匀，
采用两段硫化即蒸汽硫化和超声沸水硫化联用，得产品硫化的更彻底，产品耐疲劳变形性小，使用寿命大大延长。
本发明方便加工，提高了产品的耐疲劳性。
附图说明
图1为本发明的生产流程示意图，
图2为本发明中熟成反应釜的结构示意图，
图3为本发明中射频定型装置的结构示意图，
图4为本发明中超声沸水装置的结构示意图，
图5为本发明中微波烘干装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1-5所示，包括：
用于原料混合及预硫化的自动配料熟成装置；
用于将熟成配料进行发泡的发泡装置，
用于发泡胶乳表面快速胶凝的射频定型装置；
用于发泡胶乳一段硫化的蒸汽硫化装置；
用于发泡胶乳二段硫化的超声沸水装置；
用于硫化后乳胶海绵的压水装置；
用于干燥乳胶成品的微波烘干装置；
用于输送乳胶的输送装置，所述输送装置依次将发泡胶乳输送至所述的射频定型装置、蒸汽硫化装置、超声沸水装置、压水装置以及微波烘干装置。
所述自动配料熟成装置包括熟成搅拌釜，所述熟成搅拌釜的外部设有加热层，内部设有搅拌轴，所述搅拌轴从上到下依次设有上搅拌桨、下搅拌桨、半圆形导片以及倒三角形导片，所述上搅拌桨和下搅拌桨分别连接叶片，所述叶片、半圆形导片和倒三角形导片上分别设有圆形凸点，增加接触面积，提高搅拌效率。
所述上搅拌桨的长度小于下搅拌桨的长度。
所述射频定型装置包括保护罩，所述保护罩的顶部设有上射频发生器、底部设有一对下射频发生器，一对下射频发射器之间为发泡乳胶海绵通道。
所述超声沸水装置包括箱体，所述箱体内设有沸水硫化槽，所述沸水硫化槽和箱体的两侧内壁之间分别设有加热器，沸水硫化槽和箱体的底板之间设有超声波发生器，所述沸水硫化槽的上部设有进水口，下部设有排水口。
所述压水装置包括上下设置的压辊。将乳胶海绵经过一对压辊之间压水操作。
所述微波烘干装置包括微波烘干箱，所述微波烘干箱内从上到下设置多个微波发生器以及对应的温湿度感应器，多个微波发生器的频率从上到下依次递减。
本发明具体实施方式的目的在于提供一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其能够保证生产的乳胶海绵回弹优异，压缩永久变形小，耐疲劳良好，使用寿命是普通乳胶海绵的2-3倍。
如图1所示，首先，按照配方称取物料，由各输送管输送至熟成反应釜中搅拌混合、熟成。胶乳熟成后进行发泡、表面定型，然后进行一段蒸汽硫化，二段沸水硫化，最后进行压水、烘干、裁剪和包装。
所述原料包括以下重量份的组分：
天然乳胶：80-100份；
硫化剂：1-10份；
油酸钾：1-10份；
蓖麻油：0.5-5份；
焦磷酸钾：0.1-5份；
原料搅拌混合、熟成后，发泡前，
还包括制备紫胶树脂钙盐聚集体，并将紫胶树脂钙盐聚集体引入预硫化胶乳中进行搅拌；
其中，紫胶树脂钙盐聚集体的制备过程为：将紫胶树脂钠盐配制成6wt%的紫胶树脂钠盐溶液（即紫胶树脂钠盐溶于水中），用蒸馏水配制0.1mol/L的CaCl2溶液，20℃条件下缓慢搅拌紫胶树脂钠盐溶液，然后缓慢滴加CaCl2溶液，混合搅拌20min，室温静置6h，过滤得到析出的固体，冷冻干燥后得到紫胶树脂钙盐聚集体；
在发泡前将紫胶树脂钙盐聚集体引入预硫化胶乳中，紫胶树脂钠盐为类不对称双子（Gemini）表面活性剂结构，Ca2+诱导作用下进行聚集，形成多孔结构聚集体紫胶树脂钙盐，可以吸附、锁住乳胶制品中部分挥发性有机化合物，紫胶树脂是由紫胶桐酸与壳脑酸形成的内酯和交酯组成，紫胶桐酸为直链大分子，且为含有多羟基饱和碳链，因此，紫胶树脂钙盐表面存在大量羟基，通过氢键作用有利于有机化合物（如醇类、胺类等）的吸附。
从而，使得生产出的乳胶制品达到低气味、低VOC环保性的要求。
其中，熟成工序中，本实施例采用了自制的熟成搅拌釜2。熟成搅拌釜2含有双层结构，包括内层2-8和外层2-10，内外层中间是加热软管2-9（即加热层），软管用来存储加热介质，加热软管上设有进口2-5和出口2-12。本装置的特点是搅拌轴2-1配有上下两层搅拌桨，上层搅拌桨的叶片2-3比下层的搅拌桨的叶片2-4略小，搅拌轴上还设置有半圆形导片2-6，搅拌轴底部设有倒三角导片2-7，所有叶片上都设置有圆形凸点，增加受力面积，使得熟成胶更好混合。值得注意的是，熟成过程中可以根据要求从反应釜上方观察口2-2观察搅拌、熟成情况或抽取一定量熟成胶乳做相关测试。观察口2-2侧边有温度、时间和搅拌速度控制屏，熟成好的胶乳直接从底部2-11输送至发泡装置（即常规设备发泡机）发泡。
发泡好的胶乳直接经输送装置（即输送带）进入表面定型工序。目前大多数表面定型都采用的是热风表面定型，定型较慢且不均匀。本实施例采用的是射频定型装置3，其对乳胶的加热方式有别于传统的由外而内加热方式，设置在顶部的上射频发生器3-1产生的电磁波穿透乳胶海绵3-4内部，引起海绵内部带电离子震荡迁移将电能转化为热能，这种加热方式更迅速，有利于输送带上的发泡乳胶海绵中胶凝剂均匀受热胶凝，使得发泡胶乳结构上定型更快更均匀，输送带两端为输送辊3-2。进一步的，考虑到发泡胶乳异向收缩率不同的问题，本实施例更是在侧面设置下射频发生器3-3，且上射频发生器与下射频发生器的射频频率不同。解决了传统海绵横向收缩率大的问题，有效提高产品的品质。
表面定型好的发泡胶乳经输送装置（即输送带）进入硫化程序。现有技术中的乳胶制品在生产工艺中都是采用一步蒸汽硫化法，经蒸汽法硫化的产品性能在使用初期满足用户的需求，但是2-3年后会出现不同程度的老化和变形。为了解决这个问题，本实施例采用两步硫化法，即蒸汽一段硫化和超声沸水二段硫化。该硫化工艺使得产品硫化的更彻底，产品耐疲劳变形性小，使用寿命大大延长。本实施例二段硫化使用是超声沸水装置。该超声水装置是箱体结构，加热器4-3设置在沸水硫化漕4与水箱壳体4-2之间，沸水硫化槽4内壁涂有防黏涂层4-4，底部设置超声波发生器4-5，有效地控制水温和抑制水垢的粘附。沸水漕与沸水箱外壳一侧上部设有自动进水口4-1，下部设有排水口4-7。箱体表面设有液晶温显屏和和调控按键4-6。本实施例中，超声沸水二段硫化时间控制在3±1min，温度为100℃。进一步地，由于本实施例生产系统增加了超声沸水工艺，此工艺不仅有助于产品完成正硫化，还有助于产品的清洁，同时也减少了普通海绵生产过程中的水洗工序。
硫化完成的乳胶海绵经输送装置经多辊压水后进入烘干程序。需要说明的是，为延长乳胶海绵产品的使用寿命，烘干过程很重要。这是因为长时间的烘烤不仅能造成水分的流失，更有可能造成海绵分子链的早期断链老化。为了解决这一问题，必须保证快速均匀的赶走水分而不破坏分子结构。对此，本实施例采用了微波烘干箱5作为烘干设备。该微波烘干器5的顶部设有风扇5-1，内部由上而下设置多个微波发生器5-2,5-5,5-6和5-9，且每台发生器采用独立控制器，频率由上而下成梯度下降。乳胶海绵在微波烘干箱内从上到下移动，为了更好的监测样品烘干程度，该微波干燥箱内设置多个温湿度感应器5-3,5-4,5-7和5-8。本实施例中，乳胶海绵进入烘干箱20min后，含水分5±1%。
烘干完成后，乳胶海绵产品即进入裁剪，包装工序。需要说明的是，本实施例中的耐疲劳海绵可以为乳胶床垫、乳胶枕等，也可以为其它耐疲劳长寿命（＞5年）的乳胶制品。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改或本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于：包括：
用于原料混合及预硫化的自动配料熟成装置；
用于将熟成配料进行发泡的发泡装置，
用于发泡胶乳表面快速胶凝的射频定型装置；
用于发泡胶乳一段硫化的蒸汽硫化装置；
用于发泡胶乳二段硫化的超声沸水装置；
用于硫化后乳胶海绵的压水装置；
用于干燥乳胶成品的微波烘干装置；
用于输送乳胶的输送装置，所述输送装置依次将发泡胶乳输送至所述的射频定型装置、蒸汽硫化装置、超声沸水装置、压水装置以及微波烘干装置。
2.如权利要求1所述的一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于，所述自动配料熟成装置包括熟成搅拌釜，所述熟成搅拌釜的外部设有加热层，内部设有搅拌轴，所述搅拌轴从上到下依次设有上搅拌桨、下搅拌桨、半圆形导片以及倒三角形导片，所述上搅拌桨和下搅拌桨分别连接叶片，所述叶片、半圆形导片和倒三角形导片上分别设有圆形凸点。
3.如权利要求2所述的一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于，所述上搅拌桨的长度小于下搅拌桨的长度。
4.如权利要求1所述的一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于，所述射频定型装置包括保护罩，所述保护罩的顶部设有上射频发生器、底部设有一对下射频发生器，一对下射频发射器之间为发泡乳胶海绵通道。
5.如权利要求1所述的一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于，所述超声沸水装置包括箱体，所述箱体内设有沸水硫化槽，所述沸水硫化槽和箱体的两侧内壁之间分别设有加热器，沸水硫化槽和箱体的底板之间设有超声波发生器，所述沸水硫化槽的上部设有进水口，下部设有排水口。
6.如权利要求1所述的一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于，所述压水装置包括上下设置的压辊。
7.如权利要求1所述的一种耐疲劳乳胶海绵的生产系统，其特征在于，所述微波烘干装置包括微波烘干箱，所述微波烘干箱内从上到下设置多个微波发生器以及对应的温湿度感应器，多个微波发生器的频率从上到下依次递减。
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