CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VẬT LIỆU NHẸ - FOAM PU
Hóa học về polyurethane dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz và Hofmann lần đầu tiên báo cáo về phản ứng giữa isocyanate và một hợp chất hydroxy. Nhưng mãi cho đến năm 1937 khi Otto Bayer và các cộng sự tại phòng thí nghiệm I.G. Farnen, Đức, tìm ra được ứng dụng thương mại dựa trên phản ứng giữa hexamethylene diisocyanate và butanediol, sản phẩm có tính chất cơ lý tương tự nylon (polyamides), ngày nay vẫn còn được sử dụng để làm các sợi cho bàn chải.
Sự thiếu trầm trọng nguyên vật liệu trong chiến tranh thế giới II (1937 – 1945) đã giúp đẩy mạnh sự phát triển nguyên liệu polyurethane cho ngành sợi, sơn và mút xốp. Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực này xảy ra vào những năm 1950 khi người ta tìm ra nguyên liệu mới Toluene diisocyanate (TDI) và polyester polyol để sản xuất mút mềm ở Đức. Sự nhảy vọt thực sự vào năm 1957 khi có nhiều loại polyether polyols (poly ete) được cho vào công thức mút xốp. Chúng không chỉ có giá cạnh tranh hơn mà mút tạo ra còn có tính chất cơ lý tốt hơn các sản phẩm từ polyester polyol (poly este). Sự phát triển mạnh mẽ hơn còn nhờ vào nhu cầu lớn mạnh từ thị trường Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản. Ngày nay polyurethane đứng hàng thứ 6 trong tổng lượng tiêu thụ các loại polymer, với khoảng 6% thị trường tiêu thụ. Phần ứng dụng lớn nhất của urethane là mút xốp mềm (khoảng 44%), mút cứng (khoảng 28%), còn lại 28% cho ứng dụng trong sơn, keo dán, gioăng phớt và dạng PU đàn hồi. (số liệu về thị phần ứng dụng có thể khác nhau tùy theo vùng, nước, khu vực).
Không giống như những polymer khác như là polyethylene, polystyrene hay polyvinyl chloride … được tạo nên từ các monomer ethylene, styrene hay vinyl chloride (vinyl clorua).., polyurethane không được tạo nên từ các đơn vị urethane theo cách thông thường mà dựa trên phản ứng từ các polyhydroxy như là polyether polyol với các isocyanate. Nói ngắn gọn polyurethane là những polymer chứa nhóm liên kết (-NH-CO-O-).
II. Vật liệu PU sản xuất Foam:
Foam PU là một loại vật liệu nhẹ được tạo bởi nhựa PU (Polyurethane) từ 2 thành phần dung dịch lỏng polyol và isocyanate. Hai thành phần này khi trộn với nhau tạo ra phản ứng hóa học, tuỳ theo từng loại nhựa mà có tốc độ phản ứng khác nhau. Loại phản ứng nhanh, khoảng 5-6 giây, loại phản ứng chậm có thể kéo dài từ 30-40 giây hoặc lâu hơn. Sau khi phản ứng xong, sản phẩm vật liệu Foam ( xốp) được tạo thành.
Đặc trưng sản xuất và sử dụng Foam PU là có thể tạo ra những loại mút từ rất mềm đến mềm hay mút cứng hoặc bán cứng và dạng đàn hồi. Chúng có thể tạo ra dạng khối lớn hay đổ vào các khuôn có hình dạng và kích thước khác nhau.
Tuỳ theo yêu cầu ứng dụng vào sản xuất mà tạo các loại foam khác nhau. VD: foam xốp cứng dùng làm tấm vách ngăn, panel xây dựng, buồng bảo ôn; Foam mềm làm yên xe đạp, xe máy, tay nắm, đồ chơi, ..Foam cứng (gỗ) làm các tấm vật liệu cứng, nhẹ, bền chắc như gỗ dùng trang trí nội, ngoại thất, không mối mọt, cong vênh.
III. Thiết bị và công nghệ sản xuất
Thiết bị sản xuất foam PU (xốp nhựa)có nhiều loại: công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn. Thiết bị loại công suất vừa và nhỏ, phù hợp với các công việc có tính chất cần phải di chuyển cơ động, linh hoạt trong sử dụng. Trong bài này chỉ xin giới thiệu một loại máy tạo foam tương đối phổ biến, có công suất trung bình, ký hiệu PT120M.
Các sản phẩm Foam PU do thiết bị PT-120M sản xuất là loại vật liệu nhẹ, có nhiều đặc tính tốt về cách âm, cách nhiệt, chống rung động... hiện đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm như trần nhà, vách, sàn nhà cách âm, cách nhiệt, các vật nổi, ống cách nhiệt.... hoặc được phun phủ trực tiếp lên bề mặt trần vỏ ô tô, tàu thuyền... Thiết bị cho phép thực hiện việc phun trộn đồng thời các thành phần nguyên liệu ở dạng lỏng đậm đặc theo tỷ lệ, liều lượng mong muốn, đảm bảo ổn định về chất lượng, năng suất. Khắc phục triệt để hiện tượng lãng phí nguyên liệu ở nhiều cơ sở sản xuất hiện nay, do trộn liệu bằng phương pháp thủ công, phản ứng hóa học xảy ra không hết, tỉ lệ lãng phí có thể lên đến 25-30% nguyên liệu.
* Một loại máy phun trôn Foam PU dùng để sản xuất panel tấm foam cứng ( foam gỗ):
Kĩ sư công nghệ Tên lửa-rađa Trần Minh Tiến, Phó GĐ kỹ thuật, đang kiểm tra kỹ thuật gia công tấm foam phẳng
1.1 Cấu hình cơ bản của máy:
- 02 thành phần nguyên liệu A và B được điều khiển bằng một mô tơ khí, đảm bảo tỉ lệ trộn A/B = 1:1 – 1: 1,2 đồng đều trong quá trình sản xuất.
- Lưu lượng phun trong chế độ phun luồng: 4,5 – 5,0kg/ phút. Trong chế độ phun tán hoa cải đạt 2,5 – 3,0kg/ phút ( phun gần – phun xa).
- 01 súng trộn phun nhanh hai thành phần, mở van trợ lực khí, + 5m đôi đường ống dẫn nguyên liệu.
- 01 hộp điều khiển.
- Hệ thống sấy 2 thành phần nguyên liệu A và B, đảm bảo độ nhớt ổn định khi nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời thay đổi.
- 01 bộ bơm tẩy rửa đầu trộn sau khi phun.
- 01 hộp linh kiện dự phòng thay thế sửa chữa và dụng cụ sửa chữa chuyên dụng.
- Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật.
- Theo yêu cầu sản xuất, một số máy được thiết kế thêm bộ phận đặt định lượng, liều lượng nguyên liệu phun.
- Toàn bộ hệ thống máy trên xe đẩy.
2.2 Tính năng kỹ thuật:
- Tỷ lệ trộn nguyên liệu A/B 1:1 - 1: 1,1.
- Tỷ số áp suất bơm nén: 1: 8.
- Kiểu trộn : Tia áp suất.
- Chế độ phun: Phun luồng và phun tán hoa cải gần hoặc phun xa.
- Lưu lượng hỗn hợp ra liên tục: 2,5- 3,0kh/ phút ( chế độ phun tán hoa cải) và 4,5-5,0 kg/phút ( chế độ phun luồng trong khuôn).
- Tầm hoạt động hiệu quả ( từ máy đến sản phẩm cần phun) : 5,0-5,5m.
- Áp suất nguồn khí làm việc : 8 - 9kg/cm2.
- Dung lượng nguồn khí đảm bảo: 250 lít /phút.
2.3 Mô tả thiết bị: Máy gồm các bộ phận thiết bị cơ bản sau:
1. Hệ thống bơm nén nguyên liệu đơn BPD - 55:
Cấu tạo kiểu Piston được điều khiển bằng Môtơ khí làm việc ở chế độ tự động bám theo áp suất nguyên liệu. BPD - 55 có chức năng hút nén nâng áp suất và duy trì áp suất các thành phần nguyên liệu đảm bảo cho việc trộn và phun hỗn hợp tại đầu súng phun.Hệ thống bơm bao gồm hai cụm riêng biệt tương ứng cho từng thành phần nguyên liệu A và B, lưu lượng, tỉ lệ trộn các thành phần nguyên liệu đầu ra có thể thay đổi dễ dàng bằng việc điều chỉnh áp suất làm việc của các bơm.
Các tham số cơ bản của bơm :
- Tỷ số áp suất : 1 : 8
- Hành trình bơm : 75 mm
- Áp suất khí làm việc : 9.8 Kg/ cm2
- Môtơ khí : MTK - 100/75 D
2. Súng trộn phun hai thành phần SF2 - A:
Là loại súng cầm tay có chức năng trộn phun theo nguyên lý tia áp suất cao tại đầu trộn phun kết hợp ( Hình 1 - 5 ), Nhờ khả năng trộn phun nhanh SF2 - A cho phép mở rộng giới hạn trong sử dụng nguyên liệu có đặc tính phản ứng thành kem (Cream time), đóng cứng (Gel time ) nhanh hoặc chậm, từ vài giây đến hàng chục giây ....Điều này rất có ý nghĩa về năng suất và phạm vi ứng dụng trong sản xuất.
Quá trình trộn phun các thành phần nguyên liệu áp suất cao phụ thuộc vào vị trí đóng mở các van trục xoay và trục đẩy được điều khiển theo hành trình làm việc của cơ cấu cò súng. Nhờ cấu tạo đặc biệt của van trục xoay và góc quay trục nên ngoài chức năng đóng mở đường trộn phun nguyên liệu nó đồng thời còn thực hiện chức năng đóng mở đường khí, dung môi tẩy rửa làm sạch đầu trộn phun sau mỗi lần phun.
SF2 - A có hai chế độ phun, phun luồng được dùng cho phun các sản phẩm trong khuôn định hình và phun sương được dùng cho phun các sản phẩm lên bề mặt tự do, thay đổi chế độ phun được thực hiện đơn giản bằng cách thay đổi áp suất bơm nén và thay thế kiểu loại đầu phun thích hợp ( Hình 1 - 5 ) vào đầu trộn.
Trong chế độ phun luồng sau khi trộn nhờ áp suất nén hỗn hợp nguyên liệu được phun ra ở đầu phun hinh ống có dạng luồng đường thẳng với lưu lượng 5 - 5,5 kg/phút, trong chế độ phun sương thành phần hổn hợp nguyên liệu sau khi trộn và được làm tơi, nhờ có cơ cấu van trục đẩy mở đường khí bổ trợ đến đầu phun nên hỗn hợp nguyên liệu được phun ra ở đầu phun hình phễu có dạng bụi sương với lưu lượng 2.5 - 3 kg/phút.
Nguyên lí hoạt động của SF2 - A được diễn tả như sau:
2.3 Nguyên lý họat động:
Toàn bộ hoạt động của thiết bị được thực hiện khi mở khóa khí Kt, các công tắt : CTn, CTs ở vị trí "ON" và các tham số về thời gian phun, nhiệt độ sấy trên đồng hồ được đặt đúng theo hướng dẫn.Từ nguồn khí nén áp suất cao, qua van điều áp tổng VAT, khí nén được phân chia ( CK ) đến van phun Vlp và các Môtơ khí MT1, MT2 ở các cụm bơm nén. Các Môtơ khí MT1, MT2 thực hiện việc chuyển đổi năng lượng khí thành chuyển động của các Piston ở các Xi lanh bơm nén Xn1, Xn2. Các Xi lanh bơm nén Xn1, Xn 2 thực hiện đồng thời hai việc hút và nén nguyên liệu từ các bình chứa nguyên liệu vào các ống tích nén thứ cấp Kn1, Kn2 đến áp suất danh định. MT1, MT2 là các Mô tơ khí làm việc ở chế độ tự động cảm biến theo áp suất danh định đặt trước do đó chúng chỉ làm việc khi áp suất nén nguyên liệu đầu ra nhỏ hơn áp suất danh định.
Khi ấn cò súng N, đồng hồ đặt thời gian ( liều lượng ) phun T1 làm việc thực hiện việc đếm thời gian phun, đồng thời cấp điện điều khiển cho van khí điện từ điều khiển liều phun Vlp, Vlp làm việc, đưa khí đến đầu vào1 của Xilanh phun Xp, đẩy piston về phía trước làm quay van trục xoay Vp về vị trí tương ứng mở đồng thời hai đường nguyên liệu áp suất cao đến đầu trộn phun Tp , các thành phần nguyên liệu A và B sẽ được trộn với nhau và bị đẩy ra khỏi đầu phun tạo thành hỗn hợp foam. Khi đạt đến tham số thời gian phun đặt trước, T1 ngừng làm việc, cắt điện điều khiển đến van Vlp, đồng thời cắt khí đến đầu vào1 mở khí đến đầu 2 Xi lanh phun Xp, đẩy Piston về phía sau làm quay van trục xoay Vp về vị trí tương ứng đóng đường nguyên liệu đồng thời mở đường tẩy rửa khí, dung môi đến đầu trộn phun Tp.
Trong chế độ phun liều lượng không xác định, ( công tắc chế độ phun Ctp đặt về " MIST" ), T1 không làm việc, việc đóng mở van phun Vp hoàn toàn phụ thuộc vào thời gian ấn, nhả cò súng N.
Khi đặt nhiệt độ sấy trên đồng hồ Ts và công tắc sấy Cts về "ON" , nguồn điện 220v qua tiếp điểm rơ le Rs đến các vòng dây điện trở sấy trên vỏ ống tích nén làm nóng nguyên liệu phía trong. Nhiệt độ sấy nóng được theo dõi bằng một Sensor nhiệt nối về Ts. Khi đạt đến nhiệt độ sấy đã đặt, Ts sẽ điều khiển rơle Rs cắt nguồn điện sấy và ngược lại tự động mở khi nhiệt độ sấy thấp hơn nhiệt độ đặt.
IV. HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN PHUN SẢN PHẨM
1. Lựa chọn loại nguyên liệu: phù hợp với sản phẩm cần sản xuất trong đó đặc biệt chú ý đến các đặc tính về tỉ lệ trộn, độ nở, thời gian phản ứng thành kem, đông cứng...Vì nó có ý nghĩa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế. Thực tế khi phun các sản phẩm trong khuôn cần phải chọn loại nguyên liệu có thời gian phản ứng chậm, ngược lại khi phun tự do trên các bề mặt cần phải chọn loại có thời gian phản ứng nhanh.
2. Vị trí phun: phải thoáng, điều kiện môi trường khô ráo, để đảm bảo chất lượng foam không nên thực hiện phun khi môi trường có độ ẩm > 65% hoặc có nhiệt độ <100C.
3. Phun sản phẩm trong khuôn, trong vỏ bọc kín...
a. Yêu cầu vỏ khuôn, vỏ bọc phải có kết cấu đủ chắc không bị biến dạng trong quá trình xảy ra phản ứng tạo foam đồng thời lỗ phun phải đủ lớn đảm bảo cho việc thoát khí. Để đạt được độ điền đầy đồng đều cao cho sản phẩm và thuận lợi trong thao tác phun cần thiết khuôn phải có cơ cấu gá lắp bổ trợ có thể điều chỉnh được các góc phun khác nhau...
b. Tính thể tích hình học của sản phẩm đồng thời căn cứ vào khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu - foam nở tự do ( Kg/ m3) được biết của loại sử dụng và từ yêu cầu về độ nở foam trong khuôn để xác định khối lượng riêng cần thiết cho sản phẩm.
c. Thứ tự đặt chế độ và tham số làm việc cho thiết bị :
+ Đặt Chế độ phun về “ luồng - JET "
+ Đầu phun phun luồng hình trụ
+ Đặt áp suất Môtơ khí Pvb = 7Kg/cm2, Pva = 8.8 - 9 Kg/cm2
+ Đặt nhiệt độ sấy Ns từ 35- 450
+ Đặt thời gian phun Tp theo công thức:
Tp ( Phút ) = ( Vsp x Msp ) : ( Lp x Mnl )
Trong đó :
- Vsp thể tích của sản phẩm - m3
- Msp khối lượng riêng của sản phẩm - Kg/m3
- Lp lưu lượng phun của thiết bị - Kg/phút
- Mnl khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu - Kg/m3
- Lp : phụ thuộc vào trị số áp suất bơm nén và độ nhớt của từng loại nguyên liệu vì vậy để xác định Lp tương ứng với từng trị số áp suất bơm hoặc loại nguyên liệu khác nhau cần phải tiến hành thực hiện việc phun lấy mẫu trong một đơn vị thời gian. Với thiết bị PT... trị số của Lp là 5.5 Kg/ phút.
- Mở đồng thời hai khoá nguyên liệu trên thân súng, đưa đầu súng phun vào lỗ phun trên khuôn, ấn và giữ công tắc cò súng đến khi đồng hồ đếm thời gian phun tự ngắt quá trình phun, đóng kín lỗ phun, tiến hành kiểm tra chất lượng foam sau khi phun. Để đạt được yêu cầu chất lượng, có thể lặp lại các bước hiệu chỉnh Pva, Pvb, Ns và Tp.
4. Phun bề mặt, trần, vách, sàn...
+ Yêu cầu trên bề mặt cần phun không được ẩm ướt
+ Đặt chế độ phun về “ sương - MIST "
+ Đầu phun sương hình phễu.
+ Đặt áp suất Môtơ khí: Pvb = 3 Kg/cm2, Pva = 4.5 Kg/ cm2.
+ Đặt nhiệt độ sấy Ns từ 32 - 38o C
+ Mở đồng thời hai khoá nguyên liệu trên thân súng, hướng đầu súng phun về bề mặt cần phun. Quá trình phun hoàn toàn phụ thuộc vào việc ấn và giữ cò súng. Để có độ dầy cần thiết cần phải tiến hành phun nhiều lớp lên nhau.
5. Một vài ứng dụng trong sản xuất sản phẩm công nghiêp:
* Chế độ phun điền đầy có nén hổn hợp Polyurethane ( foam ) bên trong các bề mặt phẳng để có được các SP cách nhiệt, âm, kết cấu cứng….
- SX tấm Panel phẳng 3 lớp ( Tôn + foam + Tôn ) cho các loại Cabin, nhà trạm lắp ghép…
- SX tấm ốp, trần, vách sàn….có bề mặt ngoài bằng các chất liệu khác nhau…
- Điền đầy kết cấu cứng trong SX cửa đi…
- Năng suất N: Được tính bằng số lượng SP được phun điền đầy lấy ra bàn ép trong 1 giờ:
N = 60 x Ksp : ( Ksp x Tp + Tn + Tg +Tt )
Trong đó:
+ Ksp : số lượng SP có cùng độ dày bố trí được trên mặt bàn.
+ Tp : Thời gian phun hổn hợp.
+ Tn : thời gian luân chuyển phun ( SP kế tiếp trên mặt bàn ).
+ Tg : Thời gian ổn định nhiệt của SP.
+ Tt : Thời gian thao tác ra vào khuôn SP.
Các vấn đề kỹ thuật khác như: Quy tắc vận hành thiết bị trong sản xuất, qui tắc an toàn, hiệu chỉnh máy, bảo dưỡng sửa chữa máy,... xin xem chi tiết trong Tài liệu kỹ thuật hướng dẫn sử dụng hoặc liên hệ trực tiếp theo số ĐT: 096.281.2061.
Kĩ sư công nghệ Tên lửa-rađa Trần Minh Tiến, Phó GĐ kỹ thuật, đang kiểm tra kỹ thuật vận hành máy phun trộn Foam.
Chi tiết về máy xin xem trong nội dung giới thiệu sản phẩm, mục " Thiết bị kỹ thuật, công nghệ mới".
Quý khách có nhu cầu tư vấn, chế tạo máy đáp ứng đủ yêu cầu sản xuất sản phẩm theo hệ thống sản xuất sản phẩm đơn chiếc hoặc sản xuất trên qui mô công nghiệp, xin liên hệ ĐT: Mr. Minh 096.281.2061.
Dưới đây là một số hình ảnh về các loại máy Foam PU do Công ty ABC chế tạo:
1. Máy phun trộn Foam PU , kiểu PT-120MS, công suất nhỏ:
2. Máy phun trộn Foam PU , kiểu PT-120M, công suất trung bình:
3. Máy phun trộn Foam PU , kiểu PT-120MT, công suất lớn:
4. Máy phun trộn Foam PU , kiểu PT-120MT, công suất lớn đang bơm foam làm bể bảo ôn tại nhà máy bia:
5. Máy phun trộn foam kết hợp bàn ép tấm lớn, loại MT2000K-DSC00025:
6. Máy phun trộn foam PU kiểu bàn ép quay:
7.Sản xuất các tấm foam phẳng:
7. Sản xuất Nhà trạm viễn thông sử dụng Foam PU:
8. Sản xuất tấm Panel PU cứng dùng trong xây dựng và trang trí nội thất:
9. Sản xuất phao quân sự, phao cho nhà nổi, phao chống chìm thuyền:
10. Phun lớp foam chống nóng, chống rung cơ khí trần, vách ô tô, tàu thủy, bể ướp lạnh cá trên tàu thuyền đánh bắt cá xa bờ,...:
11. Phun lớp cao su PU - elastomer lên bề mặt nhựa
12. Và nhiều ứng dụng công nghệ khác.
