1352

Рис. 8.3. Установка для nроиз-

водства эластичного ППУ f

(nроцесс «Максфоум:.):

1 - смесительная головка; 2- по·

ток; 3 - впускная труба; 4 - ·:ia·

кпонная ппита; 5 - устроiiспю д•lН подачи бумажной подложки; 6 - пеноппаст; 7 - ппита транспортера; 8 - пента транспортера.

8 7

мающуюся пену накладывают полосу бумаги, а на бумагу­

плавающие пластины, препятствующие образованию «выпукло­

го верха» [4]. Количество отходов пенапласта в этом случае снижается до 6% (ма·сс.). На рис. 8.2 приведела функциональ­

ная схема установки, работающей по технологии «Планиблою>.

Аналогичный принцип лежит в основе процесса фирмы «Хен­

метод изготовления плоских блоков, который был реализ.ован

швейцарской фирмой «Юнифоум» и широко известен как про­ цесс «Максфоум» (рис. 8.3). Реакционная композиция из сме­

сительной головки подается в донную часть металлического лотка, в котором начинается вспенивание. Затем жидкая под­ вспененная масса перетекает через край лотка и выливается на бумажную подложку, движущуюся вниз по наклонной плите. Соответственно вниз направлено и вспенивание полиуретано­

вой композиции. В результате не образуется «купола», как это

бывает, когда вспенивание направлено вверх, и готовые блоки

получаются плоскими. Вспениванне н отвержденне сформи.ро­ вавшей.ся полосы пенопла.ста завершаются на горизонтальном транспортере. При данном способе процесс вспеншзания проте­

кает медленнее, чем по стандартной технологии, поэтому соот­

ветственно и ниже производительность (при тех же размерах

блока). Поскольку транспортер горизонта.1ьный, общие габари­

ты установки меньше обычных. В первоначальном варианте ширина блока не изменяла-сь без остановки производства, но этот недостаток процесса «Максфоум» был устранен в его

модифицированном вариантепроцессе «Варимакс» [7].

Пер сп е к т и вы м е т о д а. Многие усовершенствования

в технологии получения блочного пенополиурстана, направлен­

ные на повышение производительности и снижение количества

отходов производства, уже принесли немалую экономию.

В дальнейшем необходимо продолжить не только эти работы,

но и создать оборудование, позволяющее варьировать в широ­

ких пределах размеры блоков и плотность эластичного ППУ

[10д].

203

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

МНОГОСЛОйНЫХ ПАНЕЛЕй С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ

ИЗ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА

ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ЛАМИНИРОВАННЕ

Многослойные элементы (сэндвич-пане"1и) с сердцевиной из жесткого ППУ производятся уже давно. Первым толчком к

раз·витию массового произво·дства сэндвич-паиелей послужила

разрабоп<а периодического процесса с использованием много­ этажных прессов. В начале 1960-х годов в Англии начались

работы по созданию непрерывного процесса производства. трех­ слойных элементов с наружными слоями (облицов.ка.мп) из

различных материалов [8]. Сего.,цня эта технология получила

широкое распро·странение во всем мире [ llд].

Прои:зводство сэндвич-паиелей непрерывным способом осу­ ществляет.ся следующим образом. Компоненты композицнн пе­

ремеши·вают в определенном соотношении и равномерно нано­

сят на движущуюся подложку. Когда композиция начинает

вспениват~:>ся, на нее накладывают верхнюю облицовку, после чего ла·минат подают на двухленточный транспортер. Транс­

портер может быть двух видов: с фИiксированным зазором и

сплавающими пла·стинами, давление которых на пену регу­

лируется пневмоцилиндрами (риi:. 8.4). Пла·вающие пластины

препятствуют уплотнению пены, которая к моменту входа в

транспортер поднимает.ся на 95% высоты подъема при сво­ бодном вспенивании. В противном случае на поверхно,сти пе­ ношшста, конта.ктирующей с верхней об"1ицовкой, обра·зуются

1

1

Рис. 8.4. Установi\а для непрерывного производства сэндвнч·панелей с ис­

ло.1ьзованием плавающих nластин:

/, 8 - ленты тр~нспортера; 2 - регутtрующие прижюtы п.1авающих пласпшt; З- гибкиn

лист для верхне!l облицонки; 4 - смесительная головка; 5 - траверса; б- вспенивающая· ся ~tacca; 7 - плита транспортера; 9 - подложка.

204

Рис. 8.5. Установка для производства сэндвич-паиелей методом обратного

ламинирования:

1 -регулятор положения смесительной головки; 2 - бумажный подслоll; 3 - смеситель­ llая головка; 4 - вспенивающаяся масса; 5 - нагретые плиты; 6 - нагреватель нижней

ленты транспортера; 7 - плавающая пластина; 8 - блок натяжения верхней ленты транс­

портера; 9 - инфракраоныi\ нагреватель; 10- жесткая облицовка; /1 - узел подачи бу­

мажной ленты-носителя; /2 - неподвижные пластины; /3- транспортер; 14- нагреватель ленты нижнего транспортера; 15- устройство для намотки бумаги-нос11теля; /6 - натяж-

ной ролик для бумажной ленты.

пузыри и раковины, уменьшающие адгезию пенапласта к обли­

цовке и ухудшающие механические свойства панеди. Таким об­

разом, применение плавающих пла.стин обеспечивает достиже­

ние ма·ксимальных прочностных характеристик конструкции

при минимальной плотности пенапластового заполнителя. На выходе из транспортера лами.нат обрезают с торцов и режут на паиели требуемой длины. Та·кие установки имеют произво­

дительность до 1О м/мин при толщине готовых паиелей до

J20 мм. Созданы установки и более высокой производительно­

сти (до 50 м/мин), работающие по принцилу свободного в-спе­ нивания; в ходе процесса верхний слой вспененной массы по­

стоянно снимают шаберным валиком.

Установки подобного типа предназначены для производства павелей с гибкими облицовка,ми, например из бумаги или ру­ бероида, но в на.стоящее время существует ряд модификаций

непрерывного метода, позволяющих получать сэнд:вич-панели

с жесткими облицовками [ 12д].

ОБРАТНОЕЛАМИНИРОВАНИЕ

На установках, работающих по этому принципу, можно из­

готавливать паиели с самыми разнообразными облицовками,

одна из которых может быть гибкой, а другаяжесткой. На

рис. 8.5 представлена принципиальная схема установки для

обратного ламинирования, предназначенной для производства

205

паиелей с гибкой и жесткой облицовками и заполнителем из

жесткого ППУ. Вспенивающуюся композицию равномерно на­

носят на движущуюся бумажную подложку, которая затем вместе со вспенивающейся на ней ма·ссой обвертывается вок­

руг разогретого полукруглого листа. Одновременно жеrсткие

листы с помощью пневмотранспорта автоматически подают (с­

некоторым зазором между ними) на бумажный конвейер, до­

ставляющий их к точке, в которой они сопрш<асаются с поло­ сой пенопласта, сходящей с изогнутого листа. Эта точ1ш рас­

положена у входа в двухленточный транспортер с плавающими

пластинами, при этом жесткие листы оказываются снизу, а

бумажная подложкасверху. На выходе из транспортера бу­

мажную полосу, несущую жесткие облицовки, сматывают, а

ламинат а•втоматически разрезают на отдельные паиели-по

зазорам между жесткими облицовками.

Метод обратного ламинирования получил дальнейшее раз­ витие с ра'Зработкой системы «дуплекс» двойного ламинирова­

ния, согла,сно которой реакционную смесь одновременно пода­

ют из второй смесительной головки на горизонтальный транс­

портер, несущий нижнюю подложку (рис. 8.6). Таi<ая комбина­

ция процес·сов обратного и обычного горизонтально•го ла.мини­

рования позволяет получать паиели большей толщины с пло­

скими обшивками при минимальном количестве отходов от об­

резки боковых граней ламината. Этим способом можно также

изготавливать сэндвич-паиели с двумя гибкими облицовками.

причем производительность установки увеличивае"Гся в 2 ра:За

[13д].

СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ С ДВУА,\Я МЕТАЛЛИЧЕСКИЛШ ОБЛИЦОВКАМИ

Применеине несущих стеновых пан~лей из жесткого ППУ

сметалличес.кими облицовками позволяет исключить столь

трудоемкую операцию, как непосредственное нзгото·вление пе­

нопласта на строящемся здании. Процесс производства пане­ лей, схематически представленный на рис. 8.7, включает следу­ ющие ста•дии: размотка металлических полос (облицовок) с­

рулона; изготовление :\tеталлических профилей; заливка реак­

ционной смеси; в•спенивание и отверждение полиуретановой

композиции между металлическшми облицов•ками в двухлев­ точном транспортере; поперечная резка ламината; штабелирава­

нне готовых паиелей посредством пневмоукладчика. Произво­

дительность одной технологической лпнии дости•гает 7 м/мин

при ширине паиели до 1250 мм. В качестве облицовок можно

использовать металлические листы и профили раз.1ичной кон­ фигурации; при необходи,мости облицовки скрепляют по бо­ кам паиели соединительными деталями. В особых случаях од­ ну из металлических облицовок можно заменять бумагой или

рубероидом.

206

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИДЕНИИ

АВТОМОБИЛЕй

ГОРЯЧЕЕ ФОРМ.ОВАНИЕ

Как известно, в наrчале 60-х годов для формования эла·стич­

ного ППУ применяли дв,ухста'дийную «предполимерную» техно­ логию. Позднее благодаря усовершенствованию рецептур (при­ менение силиконовых ПАВ, октоата олова в качестве катализа­ тора и т. д.) удалось разработать одностадийный процесс фор­ мования эла~стиrчного ППУ. Соответственно изменилось и обо­

рудование для изготовления данных материалов. Появились

смесительно-дозирующие агрегаты, ра·ссчитанные на перера­

ботку многокомпонентных систем, и смесительные . головки,

имеющие мощные мешалки с регулируемой частотой враще­

ния. Одновременно стали использовать различные виды печей для отверждения вопенивающейся композиции: конвекционные

с циркуляцией воздуха, терморадиационные, высокочастотные

(последние не предназначены для крупномасшта<бно.го произ­ водства).

В 1971 г. фирма «Дженерал моторе» выпустила ряд моде­

лей легковых автомобилей с сиденьями принципиально новой

конструкции- с толстыми подушками целиком из пенопласта.

Такие сиденья со·стояли из гора·здо меньшего числа щеталей,

что упрощало сборку; их формовали из ППУ, полученного по

одностадийной технологии; для отверждения пенапласта приме­

няли мощные тер·морадиационные или конвекционные печи с

интенсивной циркуляцией горячего воздуха. Появление глу­

боких сидений стимулировало дальнейшее совершенствование технологии и оборудования, в результате чего удалось сократить

цикл формования. На современных автоматизированных высо­

копроизводительных установках можно изготавливать практи­

чески все виды формованных деталей, использующихся сегод­ ня в а~втомобилях. На таких установках объем заливК'И и со-

Рис. 8.8. Схема горячего формования эластичного ППУ:

1 - иэвпеченне нэдепия н чистка формы; 2 - автоматическое ,нанесение антиадrеэива: 3 - охпаждение; 4 - установка эакпадных детапей; 5 - пропускание через туннепьную

печь; 6 - запивка в формы; 7 - термостатираванне форм.

208

отношение компонентов регулируют автоматически в соответ­

ствии с заданными программами. Использование активирован­

г:ых полнолов с повышенным содержанием первичных гидрок­

сильных групп позволило сократить цикл формования с 24-

30 до 18--20 мин. На рис. 8.8 приведена схема расположения

основных узлов типовой установки горячего формования эла­

стичного ППУ.

ХОЛОДНОЕ ФОЮЮВАНИЕ

О б щ и е с в е д е н и я. Появление сидений из пенапласта потребовало как повышения их комфортности, в частности,

упругости материала, так и одновременно ужесточения требо­

ваний к их огнестойкости. Поэтому не случайно ППУ холодно­ го формования, или холодного отверждения, сразу привдек

внимание иэготовитедей пенопласта. Этот ППУ перера·баты­ вается при бодее низ-ких температурах и имеет бодее короткий цикл формования, по своим упругим свойствам он напоминает

пенорезину, и отсюда еще одно название этого пенапласта­

«высокоупругий». Другими преимуществами такого ППУ явля­

ются бодее высокий коэффициент комфорта, поиижеиная горю­

ванные полиоды с молекулярной ма•ссой 4500-6500 и содержа­ нием перв·ичных ги:дроксидов выше 50% (за счет концевых эти­

леноюсидных блоков). Первые образцы ППУ хододного формо­ вания были изготовлены на основе смеси подиизоцианата и

очищенного ТДИ в отношении от 60:40 до 20: 80 или же на одном неочище·нн'Ом ТДИ; -сеrодня таК'ие пенапласты проИ'з•ВО­ дят и на одном очищенном ТДИ.

Пер-воначально ППУ холодного формования применяли в

производстве мягкой мебели, где учитывалась не только вы­ сокая, как у пенорезины, упругость, но и способность перера­ батываться в холодных формах без дополнитедыюга доотверж­ дения. Последнее достигалось за счет добавления в рецептуры

(на основе смесей ПИЦ и ТДИ) триэтанолами.на или жидких

ароматических аминов, увеличивающих реа·кционную способ­

ность композиции и, следовательно, экзотермический эффект ре­ акции. Эти же преимущества высокоупругих ППУ побудили ав­ томобилестроителей использовать данный м·атериал для изго­ товления глубоких сидений. Однако для удо-в.11•етворения специ­ фических требований автомобильного производства (nроизво­

дительностьнесколько тысяч из:делий в сутки, минимальный брак) поиадабилось существенно улучшить констру;ктивные ха­

рактери.сти.ки установок и повысить уровень автоматизации про­

изводства.

Т е м пер а т урны й р е ж и м. Теоретически технология

холодного форм·ова·ния эла·сти•ч.ного ППУ проще по сравнению с

стичного ППУ:

1 - термостатираванне форм;

2 - извлече~ис юделиН н

чистка фQрмы; 3 - нанесение

антиадrезива; 4 - установка

закладных деталей; 5 - zалнвка в формы.

традиционным горячим формованием. В ·са1мом деле, сам цикл

формования короче: готовое изделие извлекают из формы всего через 10 мин; при этом для отверждения не требуе'Гся подвода

тепла извне. Процесс формования можно проводить в формах

из различных материалов: алюминия, стали, эпоксидного стек­

лопластика и даже из жесткого интеграJ1ьного ППУ, хотя ча­

ще всего используют алюминиевые формы. В действительности,

хотя термин «холодное формование» и предпола.гает, что вспе­

нивание и отверждение происходят при комнатной температу­

ре; при изготов,лении ППУ данного типа применяют печи для

предупре:ж,дения потерь экзотер·миче'ского тепла и термостатиро­

вания форм, что гарантирует воспр·оиз·водимость технологии и низкий процент брака. Та·кие печи, которые сегодня и•опользу­

ют практически на всех предприятиях, производящих сиденья

для автомобилей (рис. 8.9), занимают окоJю двух третей дли­ ны линии холодного формования. Температура, которую долж­ на Иlметь форма перед залив-кой, зависит от рецептуры пено­ пла·ста и составляет 40-45 ос для ППУ на основе смеси ПИЦ

и ТДИ и около 50 осдля рецептур на основе ТДИ. В от­

дельных случаях требует.ся разогревать формы еще вышедо

55-60 °С. Соотве"Гственно, ·в термостатирующей печи поддер­ живают температуру 60-80 °С. Повышенная ВЯЗ•КОСТЬ рецеп­ тур холодного формования (длина пути течения в форме не

превышает 100 мм) требует особой точности при заливке, по­

этому эта операция автоматwзирована.

При отсутствии на установ-ках термостатирующих печей ис­ пользуют формы с автономной системой тер:мостатирования,

например алюминиевые с водяным обогревом. Их применение nозволяет, во-пер:вых, точнее ВЬllдерживать заданный темпера­

турный режим заливки, а во-вторых, при смене рецептуры опе­

ративнее изменять темлературу форм. Обычно термостати.руе­

мые формы используют на небольших установках, когда число

форм не превышает 20, или при производстве изделий боль­

шого размера, например кресел.

А в т о м а т из а ц и я. Для снижения трудоемкости произ­ водства и повышения качества формованных изделий ряд от­ ветственных операций был автоматизирован: за·крыв-ание и

открывание форм; залив.ка с программированием пути течения

в форме в зависимости от рецептуры; нанесение антиадгезион-

210

ной смазки. Для выполнения последней операции на некоторых

)"СОвершенствованных установ•ках применяют роботы, функцио­

нирующие по данным п.рограммам, составленным с учетом елее.

цифики каждой формы [ 14д]. Роботы необычайно равномерно

наносят с:ма31ку на всю поверхность полости формы, строго вы­

став смазки, быст.ро улетучиваются, что существенно сокраща­ ет цикл формования. При нанесении водных антиадгезионных смазок формы нео-бходимо дополнительно сушить, направляя

струи горнчего воздуха. в различные точки смазанной поверхно­

сти [ 15].

С 1М е с и т е ль н о-д о з и р у ю щи е у с т р ой с т ва. На пер­

вых у·становках холодного формования эла·стичных ППУ ис­

пользовались «двухкомпонентные» смесительно-дози·рующие

у·стройства. Впоследствии появились агрегаты, способные пере­

рабатывать композиции, состоящие из трех-пяти компонентов.

Необходимость в смесительно-дозирующем оборудовании, спо­

собном перерабатыватЪ многокомпонентные композиции, опре­

деляется тем, что только на основе таких J<Омпоз1щий можно

изготавливать пенопла·сты с широким интервалом физико-меха­ нических характеристик. Так, для варьирования только одного

из свойствтвердости при вдавливаниидостаточно «трех­

компонентной» установки. Если же необходимо изготавливать

пенопла·сты, различающиеся по двум упругим показателям,

нужно уже иметь «пятикомпонентную» установку. Более высо­

кая вязкость композиций для изготовления ПП~' холодного

формования потребовала увеличения мощности дозирующих

а.грегатов. Стандартная «трехкомпонентная» машина для за­

ливки композиции в открытые формы имеет производительность до 200 кг/мин; соотношение кюм:понентов регулируется в преде­

лах от 1: 1 до 10: 1 автоматически с помощью программ, зада­ ющих режим подачи на·сосов, работающих от двигатеJiсй по­ стоянного тока. Программирование осуществляется ·С помощью перфtжарт, обеспечивающих высокий уровень надежностн.

Вкачестве трех компонентов используют обычно следую­

щие: 1) смесь полиала с водой, сшивающими агентами, ПАВ

и катализаторами отверждения; 2) изоцианат или смесь изо­ цианатов, позволяющие регулировать изоцианатный индекс ·си­ стемы в интервале 85-115; 3) вспенивающий агент фреон-11,.

содер·жание которого в рецептуре м·ожно изменять в пределах

от О до 20 ч. на; 100 ч. полиолынаго ком!Понента. Реакционную смесь можно заливать и в закрытые формычерез отверстие

диаметром 50 мм в центре крышки, которое автоматически за­

крывает·ся после заливки.

В последнее время все «большее распространение получили

«двух»- или «трехкомпонентные» смесительно-дозирующие аг-

регаты высокого давления с самоочищающимися смесительны­

IV!И головками, не требующими промывки растворителем [lбд,

17д].

О ·С н а с т к а. За последние годы была значитеJ1ьно измене­

на конструкция формующей осна·стки. При формовании ППУ

в обычных формах (с горизонтальной поверхностью разъема и без отверстий в крышке) часть ком·позиции вследствие высоко­

го давления в форме выдавливалась наружу, образуя обJюй.

В начале 1970-х годов для устранения этого недостатка ж.поль­

зовали тя·желые формы с мощными зажимными устройствами.

Сегодня в крышках форм проделывают небольшие (диаме1ром 2-3 мм) отверстия- «воздушки» для выпу.ска воздуха при

заполнении формы. Кроме того, поверхность разъема формы

делают с наклоном, что также препятствует образо.ванию облоя.

С разработкой быстроотверждающихся рецептур с цю<лом

формования (время выдержки .в форме) менее 2 мин [9] по­

явились стационарные у<:тановки, в ·которых форму устанав•ли­

вают не на транспорте, а между плита.ми пресса-формодержа­

теля, снабженного зажимным устройством. Композицию впры­

скивают в закрытую термостатираванную форму предпочтите.пь­

но при помощи машины высокого давления с самоочищающей­

ся смесительной головкой [ 18д].

И з д е л и я. В связи с появлением материалов холодного

формования отпала необходимость в высокотемпературном от­

верждении и появилась возможность заливать вспени·вающую­

ся полиуретановую композицию непосредственно в оболочку

сиденья из ткани или вакуум-формованного пластю<а, которая

при этом не деформировала.сь. Этот метод и<:пользовали в

1970-х годах для изготовления опытных образцов сидений, а

также сидений для малосерийных марок автом·обилей. Значи­

тельных усилий потребовала разработка процесса формования

сиденья из высокоупругого ППУ непосредственно на жестком пластмассовом каркасе. В ближайшем будущем автомобильные

сиденья будут изготавливать в одну стадию вместе с жестким

каркасом, мягкой набивкой и покрытием: во всяком случае,

технология холодного формования эластичного ППУ дает та­

кую возможность [ 19д, 20д] о

Наряду с ра-зработкой новых типов сидений для автомоби­

лей высокоупругий ППУ стали применять в производстве I<ОН­ торской мебели. В частности, появилось несколько процессов формования сидений совместно с покрытием. В этом случае в

форму, соединенную с вакуумной камерой, закладывают мате­

риал покрытия, проводят вакуум-формование, а затем залива­

ют в форму полиуретановую композицию, которая, вспенwваясь,

прочно соединяется с покрытием. В качестве материала покры­ тия можно использовать ПВХ, который подвергают вю<уум­

формованию при нагревании (процесс «Контраформ») ['10],

212