发泡基础知识与生产工艺

发泡基础知识与生产工艺一、聚氨酯发泡概述及应用二、聚氨酯泡沫化学三、发泡在冰箱生产中位置四、冰箱发泡生产工艺五、发泡基本设备六、发泡生产中问题分析及解决方法七、发泡安全知识一、聚氨酯发泡概述及应用1、发泡定义冰箱发泡一般指聚氨酯（PU）发泡，黑料和白料在催化剂的作用下发生化学反应生成网状多孔的交联聚合物。聚氨酯：聚氨基甲酸酯，高分子主链上含有许多重复的-NHCOO-硬泡泡孔（如图）2聚氨酯泡沫的分类及应用通过改变配方和工艺，可以得到不同软硬度、不同密度和性能的泡沫塑料制品用途：绝热、防震、隔音、装饰、包装建材类分类：•硬质泡沫冷冻冷藏设备——如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等；工业设备保温——如储罐、管道等；交通运输业——如汽车顶篷、内饰件（方向盘、仪表盘）等；灌封材料——例如防水灌浆材料、堵漏材料、屋顶防水材料•软质泡沫垫材——如座椅、沙发、床垫等；吸音材料——开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能，可用作室内隔音材料•弹性体及其他聚氨酯胶粘剂、聚氨酯密封胶、聚氨酯涂料、聚氨酯纤维（氨纶，服装类）聚氨酯泡沫硬泡的应用---家电聚氨酯硬泡在冰箱工业上的应用有悠久的历史卖点:•聚氨酯是唯一一种既有保温性能，又有良好力学性能的工程材料；•优异的流动性能，即使内部的结构非常复杂；•保温性能意味着能源的节省。聚氨酯泡沫硬泡的应用---集装箱聚氨酯硬泡在冰箱工业上的应用有悠久的历史卖点:•聚氨酯是唯一一种既有保温性能，又有良好力学性能的工程材料；•对板材的优异的粘结性；•保温性能意味着能源的节省。聚氨酯泡沫硬泡的应用---建筑多变的聚氨酯发泡工艺能满足建筑工业的各种要求：•建筑工业是聚氨酯的最大用户；•从屋顶到地基，聚氨酯能满足建筑业的所有保温要求。产品包括：保温板，夹心板，专用的单组分密封剂和特殊的现场发泡工艺等等；•聚氨酯泡沫能粘着在其他建筑材料上。聚氨酯泡沫硬泡的应用---管道用聚氨酯硬泡做管道保温已经成功的在世界范围内应用了30多年。没有任何一种材料能够超越聚氨酯材料适应苛刻的绝热要求，多变的生产工艺以及流动性要求。聚氨酯泡沫硬泡的应用---最新的发展•新的配方使超高温保温成为可能；•新的配方使超低温保温成为可能；•以戊烷为发泡剂的低密度高阻燃等级的PIR泡沫。二、聚氨酯泡沫化学聚氨酯发展简史1930‘s至今1930’sOttoBayer合成聚氨酯，专利1940’sTDI/聚酯多元醇无隔热性能的泡沫1950’s低压发泡技术TDI预聚体聚醚多元醇CFC发泡剂开始发展隔热性能的泡沫1960’sPMDITDI被有限的应用于冰箱、冷藏柜高压发泡技术1970‘s臭氧层破坏理论开始设计壁厚减薄1980’sPMDI被应用于冰箱、冷柜等系列产品在蒙特利尔协议中提出了破坏臭氧层的实质1990‘sCFC替代发泡剂冰箱能耗减小要求人们开始考虑能够替代原有隔热技术的方法2000’s美国停止使用HCFC-141b发泡剂北美洲停止使用HCFC系列产品发展中国家逐渐停止使用CFC系列产品发泡体系组成黑料：异氰酸酯,英文isocyanate(代号I)白料：组合聚醚或聚醚多元醇,英文:polyol(代号P)发泡剂：全氟、半氟、141b、环戊烷（戊烷）等，美菱目前用环戊烷（CP）匀泡剂：又称泡沫稳定剂，通常为有机硅－氧化烯烃共聚物催化剂：硬泡配方中以叔胺为主，特殊场合可使用有机锡催化剂填料：碳酸钙、滑石粉、分子筛(粉末)和陶土等。聚氨酯化学如何发泡异氰酸酯多元醇＋添加剂聚氨酯泡沫多元醇特征■含有多羟基的高分子量化合物■对聚氨酯泡沫性能起主要作用的物质之一■主要的物理特点：◆OHv(羟值)◆官能度◆粘度◆结构■多元醇有很强的吸水性，所以必须保存在干燥环境下多元醇一般不会自身发生反应异氰酸酯特征■含有-N=C=O基团的有机化合物■对聚氨酯泡沫性能起主要作用的物质之一■主要物理性质：◆-NCO含量◆官能度◆结构■异氰酸酯必须保存在干燥的环境下。■异氰酸酯可以与自身、醇类、多元醇和水发生反应。■对温度比较敏感，温度的变化会产生固体沉淀。表面活性剂特征■在发泡过程中，降低化学系统内的表面张力■在发泡过程中，稳定化学系统■控制泡孔的大小和形状■控制泡孔的闭孔率■影响泡沫的流动性■对泡沫的物理性能起重大的影响催化剂特征■影响反应的速度及产生特殊的性能。■不同类型或不同量的催化剂可能产生不同的性能。■催化剂的用量可以影响：◆反应速度◆脱模性能◆流动性◆脆性水特征■与异氰酸酯反应生成二氧化碳和尿素■过量的水导致过剩的流动性和泡沫的脆性■过少的水导致流动性过差，并影响泡沫性能发泡剂类型■二氧化碳◆水与异氰酸酯反应得到■液体发泡剂◆在环境温度下是液态◆在反应过程中被蒸发■低沸点发泡剂◆在环境温度下是气态发泡剂特征■过多的发泡剂导致过剩的流动性■过少的发泡剂导致过差的流动性■这些情况都会影响泡沫的密度和性能发泡基本原理聚氨酯发泡过程是一个复杂的物理化学过程，它分发泡反应和凝胶反应，一方面是化学反应，发泡初期分子链不断增长，主要是线型分子，粘度较小，泡沫流动性较好；一方面是发泡反应，出现凝胶时，大分子开始交联，物料粘度急剧增大，发泡流动性降低，初期链增长反应放热量较大，发泡剂气化快，使粘度较低的物料快速发泡，在凝胶出现之前充满模具，形成网状多孔的聚氨酯闭孔泡沫。三、发泡在冰箱生产中的位置“至关重要”，主要是保温、支撑的作用。1、关系到冰箱的制冷性能2、关系到冰箱的外观3、关系到冰箱的结构设计聚氨酯发泡层的保温性能：保温即隔绝热传递1、热传导：热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度低的部分。这里有气体、孔壁的热传导2、对流：靠气体或液体的流动来传热3、热辐射：高温物体直接往外发射热的现象1、发泡配料工艺流程黑白料输送及储存料液检查及调整配料及储存戊烷装卸、储料及供料供料箱发泡门发泡四、冰箱发泡生产工艺配料过程准备启动总电源、抽排风系统，检查检测(CP浓度探测)系统、氮气供应、接地系统、后备电源正常工作，详细检查各项安全指标达到要求；提前开启空调，使环温达到工艺要求；开启冷热水机组，使各储罐温度达到工艺要求。发泡配料发泡准备料液及空箱/门体输送固化及脱模检查及下线合格产品进入总装线发泡箱/门体返修不合格品2、箱/门发工艺流程图安全系统准备：提前启动抽排风系统，检查抽排风系统能否正常工作，检查环戊烷浓度探测报警系统是否正常运转，检查氮气供应系统是否正常工作。检查各项安全指标是否达到要求。发泡设备及模具准备：开启预热烘道，控制预热温度在工艺范围之内，开启模具加热、模具开合、箱体运载、模温机等相关设备的控制开关，调整并确认相关工艺参数。发泡参数控制：启动高压发泡机及冷热水机组，控制黑白料料温达到工艺值之后，调节高压循环压力，注意各部分运转正常，自检黑白料流量稳定。由品质部门进行配比检查控制，配比稳定后，机打发泡小样，自发泡效果，并送品质部门进行具体检测。发泡生产前发泡准备发泡配料工艺参数一览表：3、发泡工艺参数环境温度(℃)15～30℃，室内低于15℃，空调或暖气加热；高于25℃，空调降温气源压力(bar)6～8bar黑料/纯白料液位40%～70%混合白料液位40%～70%料罐料温17～27℃（20-24℃最佳）温度探头校准每月1次循环/间隔时间循环15min，间隔10min纯白料罐保压压力0.1～0.3MPa黑料/混合白料保压压力2～3bar输送压力5bar以上滤网低压2-4barC5/聚醚流量根据设备而定计量比11～14箱体发泡工艺参数一览表温度环境温度15～30℃黑/白料温17～27℃（冬季21～24℃最佳）预热烘道温度40～55℃(6、7、8、9月份不需进行加热)内外模温度35～50℃枪头压力13～14MPa滤网压力2-4bar时间预热时间不低于60S注料时间一般小于8S脱模时间≥300s(≤80mm)≥360s(81-90mm)≥420s(91-100mm)≥480s(≥101mm)配比黑/白料1.25～1.38（低密度料1.20-1.33）密度小样密度25～27.5（低密度料23-25.5）芯密度35～37(低密度料34-36)门体发泡工艺参数一览表温度环境温度15～30℃黑/白料温17～27℃（冬季21～24℃最佳）预热烘道温度40～55℃(6、7、8、9月份不需进行加热)内外模温度35～50℃枪头压力13～14MPa滤网压力2-4bar时间预热时间不低于15min(在发泡房预热）注料时间一般小于8S脱模时间≥420s(≤80mm)80mm以上，每每增加1mm，增加6s配比黑/白料1.20～1.33（1.25最佳）密度小样密度25～27.5芯密度35～37五、发泡设备/工艺发泡机介绍PTPTBPCDVPTPTBPCDV干燥空气压力调节进料过滤器输料泵热交换器循环控制阀白料回路冷却线路过滤器计量泵白料罐黑料罐循环控制阀输料泵热交换器过滤器进料干燥空气压力调节黑料回路计量泵过滤器混合头进料回料进料回料图例：BPC：回路压力控制阀DV：转向阀P：压力表T：温度表卸料卸料计量系统热交换系统的回流线混合头MXMQL-shapeL型混合头冰箱生产线环形线模具固定线箱体生产线顶部视图冰箱生产线旋转线门体生产线冰箱生产线转盘线门体生产线环形线顶部视图顶部视图模具转盘影响冰箱发泡的主要因素箱体/设计◆箱体尺寸/大小◆箱体结构◆保温层厚度◆内部预埋件◆箱体面材材料◆注料孔位置发泡设备与工艺◆混合头类型◆混合压力◆P/I温度◆P/I的比例◆流量◆模具温度◆箱体预热温度◆发泡方式◆固化时间◆注料量/过填充率◆排气孔影响冰箱发泡的主要因素冰箱发泡方式大型两室冰箱背朝上:背部两侧4点注入或2点注入小型单室冰箱背朝上:背部上侧或下侧1点注入各型号冰箱面朝上:背部1点注入(TopFlow)底部1点注入•箱体发泡方式有背注式和底注式冰箱发泡方式•门体发泡方式主要是敞开立式发泡一体成型优点：门胆与聚氨酯粘结牢固，承载强度高；缺点：模具通用性差。1、定点注射适用于小门体（长/宽比为1-1.5）或结构较为简单的门体，料一般打到中心位置。2、移动注射适用于大门体（长/宽比大于1.5）或结构较为复杂的门体，料一般打到中间段，并尽量控制枪头移动开始时开始打料，移动结束时打料结束。分体成型优点：模具通用性好；缺点：门胆与聚氨酯无结合，承载强度低；增加了工艺过程六、发泡生产中问题分析及解决方法泡沫表面气泡(导致内胆凹陷)可能的原因解决的方法发泡剂加入量过高校验发泡剂的加入量，保证加入量在规定值内。模具温度过高校验模具加温系统的温度设置和模具各部位的温度，使模具的各部位温度达到要求。排气孔位置不对或数量不够正确设置排气孔的位置和数量。注射压力过高校验发泡机的压力，保证压力的准确。料温过高校验发泡机的料温设置及实际料温。发泡混合不均匀校验发泡机的注射压力和料温等。内胆等的结构设计不合理(如直/锐角突变多、厚度突变及内部预埋体阻挡等)。合理设计内胆的结构，减少直/锐角、厚度的突变等，便于泡沫的填充。粘结性差(发泡分层)可能的原因解决的方法箱体预热温度太低校验预热温度设置，使箱体预热温度达到要求。模具温度太低校验模具加温系统的温度设置和模具各部位的温度，使模具的各部位温度达到要求。内胆/外壳表面脏、油等检查内胆/外壳的表面(尤其是粘结性差的部位)，保证表面清洁无油污、脏物等。黑料/白料比例太高校验发泡机的配比，保证配比的准确。发泡混合不均匀校验发泡机的注射压力、料温等。白料/黑料质量不符合要求检验料罐中黑/白料的质量，发泡剂的加入量等。泡沫收缩(导致箱体变形)可能的原因解决的方法注入量、过填充率太低校验发泡机流量及注射时间，保证注入量在规定值内，解剖测试泡沫密度。模具温度太低(导致芯密度偏低，低于最小保证密度)校验模具加温系统的温度设置和模具各部位的温度，使模具的各部位温度达到要求。黑料/白料比例太低校验发泡机的配比，保证配比的准确。白料/黑料质量不符合要求检验料罐中黑/白料的质量，发泡剂的加入量等。机械故障(使发泡料中混入水、油等)检查机械部件(枪头)有