CN1221672A - 调压仓内生成聚氨酯泡沫块的方法和专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在调压发泡仓内生成聚氨酯料块的新方法和适用该方法的专用设备,该方法是将传统工艺中混合基料的启发、膨胀、延伸、成形工序设定在额定压力下的发泡仓内进行,通过对工序环境气压的调节和密闭条件实现在无毒原料的新配方和自动化生产。所涉及的专用设备系由一个卧式密闭调压仓和在仓内可自由移动的喷枪头及混合配料装置组成。在设定压力的发泡仓内,随着喷头移动,混合基料启发、膨胀、延伸并成形。首次在单机上实现多密度品种的批量生产,是聚氨酯生产行业的一次重要突破。

Description

调压仓内生成聚氨酯泡沫块的方法和专用设备

本发明属于对发泡聚氨酯生产方法的改进，以及为新方法而设计的专用设备。

发泡聚安酯以其柔软、保温、弹性好、价格低、重量轻等优点而大量应用于工农业生产和日常生活之中，用量日益剧增。对其品质的要求也越来越高，种类也越来越多，低密度(小于10kg/m³)与高密度(高于40kg/m³)的发泡聚氨酯的需求也越来越量大，目前传统工艺与设备已经远远不能满足目前的要求。在传统工艺中基本上是沿用在常压(指一个大气压)发泡工艺。传统工艺中按预定的密度指标确定好所需各组份的配料，再按重量比混合后搅拌均匀。混合后的基料在很短的时间内即开始启发、膨胀。将混合基料经仓内喷头喷入发泡仓内(通常发泡仓为开口容器)后即沿仓壁膨胀，所生成的料块基本上与发泡仓内壁所包络的形状相同。特殊密度的泡沫聚氨酯用传统工艺则更较难掌握其质量的一致性。由于工艺条件的限制现行沿用的配方中多加入有毒的二氯甲烷或氟里昂，以形成充足的二氧化碳气源，促进发泡过程的顺利进展。但因此造成生产环境的高度污染，并严重损害操作工人的健康。不采用以上原料，则发泡速度及膨胀延伸方向等都极难以控制，为改变以上缺点所设计的发泡机结构复杂而且操作上有极大难度。要么牺牲生产成本，要么导致造成发泡不均匀，甚至出现夹杂生料即牺牲是目前的改进面临着进退维谷的境地。改进传统工艺及其设备已成为一刻不容缓的课题。

本发明的目的即是提供一种新的加工泡沫聚氨酯的方法及配合该方法所设计的专用设备，使其能实现设备投资低廉的前提下，实现操作简单，质量稳定，成本下降和减少环境污染的效果。

本发明的关键设计在于将传统工艺中常压容器内的发泡操作改为在一密闭调压仓内进行。也就是说使传统工艺中的启发、膨胀、成形工序在密闭调压仓内完成的，仓内气压设定根据产品的密度要求而决定，仓内的气压以标准室外大气压为基准由负到正可调，具体可采用抽气(负压)或充气(正压)来实现。混合基料的启发，膨胀随着混合基料喷头在仓内的移动而逐步成形并充满整个调压发泡仓。

由于以上工序的改进，使整个工艺取得了突破性进展，首次实现了通过压力的调整在不使用二氯甲烷或氟里昂的情况下完成了高质量的泡沫聚氨酯制造，对于额定密度的发泡聚氨酯采用密闭定压的工艺措施在不使用二氯甲烷或氟里昂混合基料产生的有限的二氧化碳得到充分且高效率的利用，产生事半功倍的效果。其结果是开仓后仅有少量二氧化碳最排出，而严重污染环境的二氧甲烷或氟里昂则根本消除，从而大大净化了工作环境，因而在实验现场获得工人们热烈欢迎。采用新方法操作后制备泡沫聚氨酯的原料组份为：聚醚多元醇、TDI、水(H₂O)、硅油、氨催化剂和辛酸亚锡六组份，如果考虑到工业操作的方便可以预先将水、硅油、氨催化剂和辛酸亚锡四种混配成一种使基本配料为三组份注入混合搅拌器。下面结出实施例说明各组份之间在密闭减压发泡仓时的组份关系：

预定发泡聚氨酯的密度为20kg/m³，常规工艺与在密闭调压仓内将气压下降至0.3-0.5个大气压时的新加工方法对比，其六组份基料组份重量比为：

              新方法    旧工艺

聚醚多元醇    100       100

TDI           50-55     75

H₂O          4.5-5.5   5

硅油          1-1.2     2

氨催化剂      0.5       0.5

辛酸亚锡      0.2       0.35

二氯甲烷      0         12

(或氟里昂)

各组份配比时混合速率基本上同。

十分明显，新的方法不仅省去了对环境有害的二氯甲烷或氟里昂，而且较大量的节约了价格较贵的TDI使生产成本大幅度下降，并且该工艺可以针对不同密度调节相应的仓内气压值，从而可以有效地实现多品种多规格各种密度产品在同一发泡机上完成，并成功根据气压调节来实现发泡聚氨酯料块的质量控制。实现大批量生产下的优质产品率稳定地保持在一个较高的水平上，从而大大提高本行业的投资回报率和单机利润率，是本行业中的一次重要突破。

结合本发明中对工艺方法的改进，本发明的又一关键是设计了在调压仓内生产聚氨酯泡沫块料的专用设备。

象传统的发泡机一样，所设计的新型专用设备结构中包括一个发泡仓和伸入发泡仓内混合基料喷头以及与喷头相连通的混合基料的自动混合配料装置，所不同的是本发明设计方案中发泡仓是一个密封容器，从启发、膨胀到成形是在这一特殊的工艺条件下完成的，中间生成的各种气体都不能随意逃逸。在这样的情况下任何有害环境的气体都能更方便加以引导和处理，更何况省去了有毒基料的应用和有限二氧化碳的充分使用。这个密封的容器就称其为调压发泡仓。为了获得与工艺条件相适应的仓内气压，该容器上设有充(排)气口。可以借助管路和接口接气压调节装置。当需要加压时即充气，需要减压时即排气，直至达到理想的压力状态后伸入调压仓内的混合基料喷头即可以开始常规作业，喷出混合基料，并适当调整喷头在调压仓内位置使生成混合物在仓内均匀膨胀到充满整个调压发泡仓，然后即开仓、出料，实现整个生产过程，以上即为最简单的压力可调式专用发泡设备的基本结构设计。

为适应大批量生产和完整的操作工艺，下面给出专用设备的实施例和附图，并结合实施例、附图进一步说明本发明的目的是如何实现的。

附图1为专用设备主机体的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图1A-A向局部剖视图。

图4为图1的右视图。

图5为喷头、混合配料装置组合在可移动小车上的结构示意图。

图6为快速气压调节装置的结构示意图。

其中1为调压发泡仓，1A为调压仓的充(排)气口，1B为调压仓的观测窗，1C为调压仓的气压表，1D为仓内导轨，2为前仓盖，3为后仓盖，4为仓体支架，5为发泡仓保温层，6为仪表控制盘，7为泡沫聚氨酯，8为塑料膜衬，9为混合基料喷头，10代表小车，10A为电机，10B为调速箱，10C为链条，10D为主驱动轮，10E为从动轮，10F为小车车底板，10G为前密封挡板，10H为限位板，10I碗形轴，10G、10H、10I组成塑膜纺锤，11代表配料混合装置，11A为基料贮罐，11B为代流量计和电机的计量泵系统，11C为基料传输管，11D为混合搅拌器，11E为搅拌器传动装置，11F为电机，11G为混合基料输送管，12为塑膜，13为空气压缩机，14为真空泵，15为中间气压调节柜，16为连接调压发泡仓充(排)气口的管路，17-19为管路开关，20-22为中间开关。

附图1所给出的实施例是一个适应于规范化生产专用设备设计构思。其基本思想是将调压发泡仓(1)设计成一个体积较大的卧式密封容器(根据需要也可按立式设计)，前后两端设有可以开启的前后密封仓盖(2、3)，以有利工艺操作中的装料、出料、检修，为随时掌握生产过程中发泡的质量和调整工艺条件，在密封仓体(1)和前后仓盖(2、3)上设有观察窗(1B)和气压表(1C)，整个容器借助支架(4)固定在生产现场，考虑到工艺上保温的需要在发泡仓体(1)的有效发泡区域内增设了发泡仓保温层(5)，在调压发泡仓内设置有两条与容器轴向平行的轨道(1D)。目的是为了将整体混合基料配料装置及喷头设置在仓体(1)之内。这种结构设计是考虑到大型料块批量化生产中，喷头不可能远离基料混合器，在调压仓与基料混合器分离的设备中依靠喷头的直接移动的范围有限，不适于批量化生产的需要。必须借助喷头附带混配料系统整体移动才能满足间歇式大批量生产的规模需求。因而在本实施例中喷头(9)及与其相连通的混合配料装置(11)组装在一个可沿轨道(1D)在调压发泡仓内前后移动的小车(10)上。这样可以随着小车(10)的移动将喷头(9)送至仓体(1)内前端，设定压力后开始喷料启发，小车则按设定的速度缓缓后退，随着混合料体的膨胀，延伸充满小车前方的空间，并向后端方向拓展，直至小车到达后端盖(3)的限位位置，整体仓体内即可充满成形的泡沫聚氨酯料块，再借助其它机构的帮助将料块从前端盖御出，即可完成一个生产周期。仓体(1)的长度可根据生产能力来加以调整，适应于大、中、小规模不同企业的需要。

仓体(1)的横截面为圆形，当然亦可设计成矩形、等边六边形、或其它多边形，这样所生产出的料块也就可以成为圆柱形、四棱柱形等等，视具体用户的需要而变化。

附图5给出了仓体内混合基料喷头(9)、基料混合装置(11)组合在可移动小车(10)上的结构示意图。可以看出，混合配料装置(11)包括有3-6个贮料罐(11A)主要是根据6组份配料还是三组份配料而确定。每个贮料灌配套代有流量计和电机的计量泵，其用以保证按设定的流量将该组份原料送入混合搅拌器(11D)。每种组份的基料按工艺确定的流量通过输送管路(11C)通向高速混合搅拌器(11D)。混合搅拌器也配有专用的电机(11F)和传动装置(11E)，从混合器(11D)出来的混合基料通过管路(11G)连至喷头(9)喷出到发泡仓(1)内。

附图5中还给出了可前后移动的小车(10)的设计结构。它包括一个底板(10F)，配料混合装置(11)的全部零部件都组装在车底板(10F)上。具有一个动力电机(10A)、变速箱(10B)和链条(10C)连接驱动轮(10D)。从动轮(10E)与驱动轮安装在底板(10F)下并配合在仓内的两条道轨(1D)上。在小车的前端设计有一个密封挡板(10G)，它形状与调压发泡仓的横截面形状相同，几何尺寸略小于内截面图形尺寸。这样实际上就将可调发泡仓内空间划分为两个区域，密封挡板(10G)前至前端盖(2)实际上才是真正的变客式发泡仓。密封挡板(10G)以后实际上是基料供给部分活动空间。在密封挡板(10G)之后还设计了一个几何尺寸小于它的限位管(10H)，两个板之间是一个碗形轴(10I)，之所以如此设计是三者组成了一个底衬塑膜纺锤，与发泡仓长度相同(或略长)的薄膜塑料袋就套贮在这纺锤上。其作用是先将塑膜袋从密封挡板与仓内壁形成空隙中拉出罩在喷头(9)外空间。启发开始后，膨胀的泡沫聚安酯将塑膜压在发泡仓的内壁上形成料块和内壁之间的底衬，随着小车后移，塑膜袋被逐渐拉出并最终形成与料块长度相同的底衬袋。从而有利御料拉出的顺利进行，不会产生发泡料材与发泡仓内壁粘合造成的御料阻力。这也正是本设备的设计特点之一。与喷头(9)连接的混合基料输送管(11G)即从这一纺锤中穿过，并使喷头(9)固定在密封挡板(10G)即小车的正前方，喷头向下略偏，以保证发泡体的合理膨胀延伸方向。

在后仓盖(3)上还设有监测控制混配料装置送料速度及各种运行状态的仪表控制盘(6)，电源动力线，控制信号和采样信号线均采用电缆线通过自动收线机连接在仪表控制盘和小车(10)上的各设备之间。通过控制盘上设定的控制程序，监测程序和执行电路完成每次作业的自动控制。其控制线路均为通用电子设备在此就无须一一详述。总之，每次相应控制参量确定之后，将所需基料装入贮料罐(11A)，将小车(10)设置在调节发泡仓(1)的前端，按设定压力调整好仓内气压即可启动程序，随着小车向后端盖(3)移动，发泡聚氨酯即按设定的密度启发膨胀、成形并向后延伸，当小车退至预定位置时自动停车，使延伸混合物达到密封挡板(10G)处整个程序中止，打开前仓盖(2)，借助其它辅助工具牵拉，推挤将料块从前仓盖御出，然后加料关仓门准备下次循环作业。

为了减少中间准备时间，使调压发泡仓尽快达到预置的压力值，本设备中还特别配备了快速充(排)气装置。该装置是由空压机(13)及真空泵(14)和一个中间气压调节柜(15)组成，一般来讲中间气压调节柜是个容积较大的压力容器，必要时也可以用几个容器并连(或串连组成)，中间气压调节柜(15)通过开关(17)直接接调压密封仓的充(排)气口(1A)。再将空气调节柜(15)通过中间开关(20-22)与压缩机(13)和真空泵(14)分别相连通，由此而组成的快速气压调节的充(排)气装置在每次发泡作业的同时可以启动压缩机(或真空泵)使中间气压调节柜(15)达到某一设定气压。当重新关闭仓盖后即可通过打开关(17)使调压发泡仓(1)与中间气压调压柜(15)直接连通，从而使仓内气压在极短时间内达到工艺设计值，从而大大缩短了工艺准备时间，提高了发泡机的使用效率，提高了班产量。发泡仓(1)可以直接充(排)气机，以做工艺参数的精确调整，在小批量生产的条件下也可省去中间气压柜，以降低设备投资。

根据相同的构思也可设计成立式调压型聚氨酯发泡机，基本结构相似。

以上的专用设备适用于调压发泡仓内的聚氨酯生产新工艺，其生产过程中，省略了有毒的二氯甲烷和氟里昂，并且节约了20％的TDI原料，使同密度的聚氨酯泡沫块生产成本下降30％，特别是单机生产多品种多规格的各种密度的产品是本行业的首创，大大降低了本行业的生产成本，提高了本行业的产品性能价格比，其工艺方法和设备的推广对聚氨酯生产企业具有重大的意义。

Claims (10)

1、一种调压仓内生产聚氨酯泡沫块的方法，其操作工艺中包括：制备生成发泡聚氨酯的各基本原料组份，按预定的聚氨酯密度确定的各组份按重量比注入混合器内并搅拌均匀形成混合基料，将混合基料喷入发泡仓，启发、膨胀、成形、出料，其特征在于从启发到成形工序是在密封调压仓内进行，仓内气压根据产品密度要求设定(以标准室外大气压为基准由负到正值可调)，混合基料的启发膨胀随着混合基料喷头在仓内移动而逐步延伸成形并充满调压仓。

2、根据权利要求1所说的方法，其特征在于制备聚氨酯泡沫块的基料的组份为：聚醚多元醇、TDI、水、硅油、氨类催化剂、辛酸亚锡，也可由后四类混合成为三组份。

3、根据权利要求2所说的方法，其特征在于基料各组份的参考重量比(在制备密度为20kg/m³的泡沫块时)为：

聚醚多元醇    100

TDI           55

H₂O          5

硅油          1.2

氨催化剂      0.5

辛酸亚锡      0.2

调压发泡仓内参考气压值为：0.3-0.5个大气压。

4、一种在调压仓内生产聚氨酯泡沫块的专用设备，该设备结构中包括一个发泡仓(1)，伸入发泡仓的混合基料喷头(9)及与混合基料喷头相连通的混合基料自动配料装置(11)，其特征在于：

(a)该发泡仓(1)是一个密封的容器，

(b)该容器设有充(排)气口(1A),

(c)该充(排)气口(1A)与充(排)气装置相连通。

5、根据权利要求4所说的专用设备，其特征在于该调压发泡仓(1)是一个卧式密封容器，前后两端设有可开启的前后密封仓盖(2、3)，在密封仓盖(2、3)和仓体(1)上设置有观察窗(1B)和气压表(1C)，整个容器借助支架(4)定位在生产现场，在调压发泡仓(1)内设置有两条与容器轴向平行的轨道(1D)，喷头(9)及与其相贯通的基料混合装置(11)组装在一个可沿道轨(1D)在发泡仓(1)内前后位移的小车(10)上。

6、根据权利要求5所说的专用设备，其特征在于发泡仓(1)的横截面为圆形，也可以为矩形，等边六边形或多边形。

7、根据权利要求5所说的专用设备，其特征在于基料混合装置(11)包括3-6个贮料罐(11A)，每个贮料罐配套代有流量计和电机的计量泵(11B)，由输料管道(11C)通向高速搅拌混合器(11D)，从混合器(11D)出来的混合基料通过管路(11G)输至喷头(9)，以上全部结构组装定位在小车(10)的底板(10F)上。

8、根据权利要求5所说的专用设备，其特征在于可沿道轨(1D)前后滑移的小车(10)由小车底板(10F)，动力电机(10A)变速箱(10B)及通过链条(10C)连接的小车驱动轮(10D)，和从动轮(10E)组成，小车的前端设有由密封挡板(10G)、限位板(10H)、碗形轴(10I)组成的底衬塑膜纺锤，混合基料喷头(9)即借助穿过该装置的输料管(11G)定位在密封挡板(11G)的正前方，喷头(9)向下偏。

9、根据权利要求5所说的专用设备，其特征在于在后密封仓盖(3)上还设有监测控制配料装置送料速度和运行状态的仪表控制盘(6)，电源及信号电缆线通过自动收线机连接在小车(10)上的设备和仪表控制盘(6)之间。

10、根据权利要求4所说的专用设备，其特征在于充(排)气装置是由空压机(13)及真空泵(14)和中间气压调节柜组成，中间气压调节柜(15)通过开关(17)借助管路(16)与发泡仓充排气口(1A)相连通，中间气压调节柜(15)通过中间开关(20-22)与空压机(13)、真空泵(14)分别相连通，形成快速气压调节装置。

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