慢回弹海绵发泡设备与工艺杂谈

(一)谈谈设备 慢回弹海绵发泡设备与普通绵发泡设备基本一样。 国内现在采用两种发泡方式:手工发泡和流水线发泡。一般小型海绵厂用手工设备发,规模大、资金雄厚的厂家用流水线设备发。 海绵刚进入...

(一)谈谈设备

慢回弹海绵发泡设备与普通绵发泡设备基本一样。

国内现在采用两种发泡方式:手工发泡和流水线发泡。一般小型海绵厂用手工设备发,规模大、资金雄厚的厂家用流水线设备发。

海绵刚进入我国时,生产设备大都是由国外引进的,手工泡设备也不例外。影响比较大的如德国Hennecke公司制造的半自动发泡机。(2012年,笔者在印尼看到一台1983年出厂的机器仍在正常使用,内心相当震撼!)

半自动发泡机的工作方式如下:聚醚及小料通过计量泵泵入一个悬空的贮料桶中,TDI 通过计量泵泵入另一个悬在搅拌桶上的贮料桶中。准备好模具后,搅拌桶下到模具中央,聚醚及小料卸到搅拌桶中,降下搅拌杆,在低速下将料搅匀,然后快速卸入TDI,高速搅拌3-5秒钟,迅速提起搅拌杆和桶,让料均匀铺展到模具中开始乳白、起发、凝胶,5分钟后即可拆除模具,接着把海绵移至熟化区熟化。这种设备的优点是:称料、上料、卸料全由机器完成,准确度高,省人工,料液铺展均匀;缺点是:相对来说,设备投资较大;另外,每发完一个泡,要清理一次搅拌桶,工作效率不高。

随国内海绵发泡技术的进步,国内的手工发泡机制造技术也日趋成熟。现在许多海绵厂都采用分体发泡机。这种发泡机,搅拌桶直连电机,电机配有大一号的变频器,保证搅拌速度在0.5秒之内由0提到1000rpm或者以上。

操作方式如下:各种料由人工称量,聚醚和小料依次加入搅拌桶,低速搅匀后,暂停搅拌一分钟左右,投入TDI, 高速搅拌3-5秒,扳倒搅拌桶,让混合料流入模具,铺展、乳白、起发、凝胶,5分钟左右拆除模具,将海绵移至熟化区熟化。这种设备的优点是操作简单,通过更换不同型号的搅拌桶,大密度、小密度、大单、小单都可以做。缺点是料液铺展不均匀,工艺条件难控制,所得产品质量均一性,稳定性不强,损耗大。

最近走了一些地方,发现半自动发泡机又有重新登台的趋势,这也显示出国内海绵行业的发展形势向好。 流水线发泡机已经比较普及,国内生产厂家众多,各家产品大同小异,主要区别在混合头和控制操作方式,有的用液晶显示器,有的用数显,可以说各有千秋。不再详述了。

(二)谈谈工艺

有了配方,还要靠好的设备和通过控制严格的工艺条件来完成生产。

一、搅拌头型式

流水线发泡机搅拌头大多是狼牙棒型,产生的剪切力足以满足搅拌需要,不再细述。手工发泡机搅拌头,笔者建议用吸盘式的,就是按照搅拌桶型号,在适合的圆型钢板上,对称的钻4-5个3-5cm的圆孔,这种型式的搅拌头旋转起来,不容易卷进空气,TDI加入后也不易被摔出(螺旋桨式搅拌会出现这样的情况)。

二、搅拌速度

手工发泡机在未加TDI以前搅拌速度控制在300rpm左右,加TDI之后,要在0.5秒内提速到900rpm左右,不要偏离这个速度太多。速度太低或者太高,发出的绵孔径都比较粗糙。 流水线发泡机混合头搅拌速度控制在4500-5000rpm即可。有的师傅非要用6、7千转的速度来发泡,效果不一定好。因为慢回弹配方中的慢回弹聚醚分子量比较小,料的粘度并不大,不需要太高剪切力。非要用这样的速度,只能是过度搅拌,对泡孔结构无益。

三、料温

手工泡料温控制在25±1℃,流水线泡料温控制在22±1℃。在南方,料温要相对低些,因为环境温度比较高的时间长;在北方,料温要适度高点,因为环境温度比较低的时间长。尤其是手工泡,料温一定要控制好,因为手工泡发泡过程中不可控制因素太多了。假如操作人员配合不好,拉长操作周期,料液在搅拌桶里长时间停留,因搅拌摩擦生热,料温与室温一样时,料温继续上升;环境温度低于料温时,如摩擦产生的热量不足以补偿因环境温度低引起的散热损失,料温会自然下降。环境温度高于料温时,料温会大幅度上升。不管料温上升或者下降,如果偏离预定温度较大,对发泡都有影响。因为配方是在预设温度下定型的。

一般情况下,料温越低,所发泡孔径越好,海绵各项性能指标越好;料温越高,所发泡孔径越散乱、粗糙,成品各项性能指标越差。有的师傅说,我在30多度照样发泡。殊不知,温度每上升10℃,化学反应速度加快2倍,大家想想这样操作的可控性如何了。

笔者曾监测过流水线泡沫喷头料温,进料温度都是22℃,在混合头里停留时间1秒钟,混合头转速5000rpm,料液刚出喷头,其温度已经达到32℃了,而当时的室温才只有25℃左右。由此可见搅拌对料温的影响有多大了。

四、助剂配制

手工泡不需要配制助剂,只要按投料系数准确称量好加入搅拌桶就行。

流水线泡需要把部分助剂用聚醚稀释,以符合泵的工作特性。 助剂浓度要合适。

胺用聚醚配成30%浓度就可以,D22配成1%浓度。开孔剂配成浓度为50%的即可。

发泡过程如需要调整助剂用量, 假若浓度过高,会让调整幅度变大,这样的结果往往是矫枉过正;过低会使调整产生严重滞后,以上做法都不利于生产。有师傅把锡配成1/400浓度,需要调整锡量时,不停加加减减,就是不能马上达到希望的调整效果。

五、链速

手工泡不存在链速问题。流水线泡链速要控制好。

总的来说,慢回弹流水线泡链速要低于普通泡。过快会把泡拉倒。因为慢回弹海绵用水量少,起发慢,生热慢,热量少,泡的凝胶速度远远低于普通绵,因此,链速一般控制在3.8米/分钟左右就可以。当然,经验丰富的师傅可以任意采用自己能掌控的链速。

六、注气

为确保慢回弹海绵开孔,必要时要给混合头里注气。当然,手工泡不存在注气问题。流水线泡必须要考虑注气。密度越小,注气量也要小,密度越大,注气量也要大。有时限于设备上安装的气体流量计量程范围,想加大注气量却做不到,这就要在设计配方,确定发泡工艺前考虑到这个问题,譬如通过加大开孔剂用量,降低锡用量,降低硅油用量,提高料温来实现。

(三)谈谈现场判断与控制

再好的配方,只有通过生产,制造出高品质的产品,才能体现出配方本身蕴含的价值。因此,只有做到了对生产环节出现的问题的准确判断与从容掌控,才能实现配方设计所要达到的目标。

大多数情况下,生产条件与小试条件有较大差别。许多配方,小试没问题,一上机生产,问题来了一大堆。

慢回弹海绵制备过程中最容易出现的问题有闭孔、开裂、塌泡、下沉、粗孔、压筋、内部出现局部烂芯等,这时就不能死抱配方,而是要立即做出判断,找到原因,做出调整。

A、 有没有闭孔,手工泡容易发现,就是拆除模具后,用手捏海绵的四角,如果闭孔,就有捏不动或者胀气十足的感觉,这种情况大多是因为配方中开孔剂少了或者锡多了的缘故。如果海绵表干比较快,继续生产时,就按3%-5%的量递减锡;如果表干比较慢,再做时就按3%-10%的量递增开孔剂。流水线泡只有出了烘道才可以检查,出现闭孔,处理方法同上。

B、开裂有横向平面开裂和纵向线开裂。横向开裂大多是锡量不够,这时可以看到海绵开孔性相当好,补加5%左右锡就可以解决;纵向开裂与搅拌强度不够,搅拌时间不足有关,适当调整即可。有时候TDI量不足也可能导致开裂,要注意这个问题。

塌泡原因有二:一是忘加硅油或者硅油量严重不足;二是忘加锡或者锡量严重不足。

C、出现下沉一般是用的硅油不好或者用量刚好在一个临界点上:仅能支撑住不塌,但又不足以保持体系最初的稳定性。

D、 海绵切开后,才可以发现的问题有:粗孔、压筋、烂芯:

1)出现粗孔一是与开孔剂的质量与用量有关,已经在前几篇有提到。二是TDI量不足。三是料温过高,四是搅拌速度过低或者过高。

2)慢回弹里的压筋大多与搅拌不到位有关,也与乳白太快有关。

3)海绵内部出现烂芯,并且这个芯好长时间了还发黏,是因为搅拌不均匀造成的。

E、慢回弹海绵如果出现闭孔收缩,自出模具30-40分钟就可以看出,这个时候就要做后处理了。一般可用的方法是人工踩踏、木板击打、剥皮放气、高压注气。最简单有效的还是人工踩踏,不容易伤海绵,可以夺势而定。天冷的时候,一次不行,多来几次,晒晒踩踩,踩踩晒晒,只要开孔剂质量好,就完全可以恢复。

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