聚氨酯作為一種靈活的化學(xué)樹脂，具有橡膠般的柔軟觸感，并可按照實(shí)際用途塑造成各種形狀。
目前，聚氨酯的年總產(chǎn)量達(dá)1000萬噸，仍處于高速增長期，全年平均增長率是GDP的兩倍。在中國，聚氨酯維持著20%以上的增長速度，2010年中國的聚氨酯總產(chǎn)量達(dá)300多萬頓。
聚氨酯原料品種及組成的多樣性的特點(diǎn)可合成性能各異的高分子材料，從其本體材料（即不含溶劑）的外觀性嚴(yán)主講，可得到由柔軟至堅(jiān)硬的彈性體；泡沫材料，從其本體性質(zhì)（或者說其固化物)而言，基本上是彈性體性質(zhì)，它的一些物理化學(xué)性質(zhì)，如粘接強(qiáng)度、機(jī)械性能、耐久性、耐低溫性、耐藥品性，主要取決于所生成的聚氨酯固化物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。所以，需要要對聚氨酯合成物進(jìn)行不同的配方設(shè)計(jì)。
聚氨酯發(fā)泡機(jī)是將發(fā)泡原料聚氨酯配合一定比例的化學(xué)物質(zhì)混合成原液澆注到特定的模具在模具內(nèi)通過化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡，使其混合液體充滿整個(gè)模具腔體，冷凝一定的時(shí)間后生成富有彈性的模具腔形狀的成品對象。
1 控制系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng)：DVP40EH00R2 *1；驅(qū)動(dòng)部分：VFD015E43A *2；顯示控制系統(tǒng)：TP04G-BL-C *1。
2 聚氨酯原料的組成
聚氨酯原料的主要組成成分為：黑料和白料；聚氨酯硬泡為黑料與白料化學(xué)反應(yīng)而成。
白料：聚醚多元醇的俗稱，也稱組合料，顏色為白色，故稱“白料”；黑料：粗MDI的俗稱，也叫“聚合MDI”，化學(xué)名稱是“多亞甲基苯基多異氰酸酯”，顏色一般是黑色，故稱“黑料”。
3 制程核心工藝
在發(fā)泡成型過程中，原料溫度與環(huán)境溫度的高低及恒定的穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。
環(huán)境溫度以20～30℃為宜。原料溫度可控制在20～30℃范圍。溫度較低時(shí)，發(fā)泡反應(yīng)進(jìn)行緩慢，泡沫因化時(shí)間長；溫度高，則發(fā)泡反應(yīng)進(jìn)行快，泡沫因化時(shí)間短。溫度過高或過低，都不易得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
模具中黑料與白料的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，放出的熱量使發(fā)泡濟(jì)汽化而形成泡沫。模具溫度的高低直接影響反應(yīng)熱移走的速度。模具溫度低，反應(yīng)熱移走快，發(fā)泡倍數(shù)小，制品密度大，表皮厚。模具溫度控制40～45℃。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的溫度，并盡量予以恒定。
為了保證聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)的充分進(jìn)行，發(fā)泡前應(yīng)將外殼、內(nèi)膽、模具作預(yù)熱處理。保持箱體尺寸、外觀形狀不變形，從而保證成品的質(zhì)量，是一個(gè)需要特別注意的重要事項(xiàng)，模具是一個(gè)很重要的因素。
聚氨酯硬泡發(fā)泡原理是：反應(yīng)熱使發(fā)泡劑汽化，發(fā)泡體系體積膨脹。這種膨脹作用將導(dǎo)致泡沫體系的內(nèi)壓升高。聚氨酯在發(fā)泡過程中產(chǎn)生的壓力為0.5～0.1kg/cm²，箱體在承受發(fā)泡壓力時(shí)，易發(fā)生變形，這需要有內(nèi)外模具來承載壓力，模具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度。
聚氨酯發(fā)泡時(shí)，黑料和白料在發(fā)泡機(jī)混合室內(nèi)停留的時(shí)間很短，一般幾分之一秒至幾秒，混合效率是一個(gè)很重要的因素。黑料和白料混合均勻才能保證泡沫的泡孔細(xì)膩、均勻、并展現(xiàn)出良好的效果。
4 設(shè)備工藝流程
設(shè)備工藝流程圖，如圖1所示。
圖1 設(shè)備工藝流程圖
5 設(shè)備結(jié)構(gòu)及功能詳解
設(shè)備由澆注系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、壓力監(jiān)控系統(tǒng)、PLC中央單元處理系統(tǒng)、人機(jī)對話系統(tǒng)（狀態(tài)顯示及命令下達(dá)用文本顯示器）、計(jì)量泵總成、注料、清洗系統(tǒng)、料液儲罐循環(huán)系統(tǒng)、制冷冷卻系統(tǒng)等組成。
澆注系統(tǒng)由澆注頭微電腦程控器PLC、澆注頭、攪拌電機(jī)等組成。采用針閥注料裝置，由計(jì)算機(jī)PLC控制澆注量，配有螺旋柵齒組合式攪拌頭，進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌，使聚氨酯料液混合均勻。
加熱系統(tǒng)通過高精度溫度控制器，控制整個(gè)系統(tǒng)溫度，使料液在整個(gè)循環(huán)過程中保持工藝所需的溫度范圍。
壓力監(jiān)控系統(tǒng)通過高精度數(shù)位壓力儀表，監(jiān)控管路料液壓力，并實(shí)行超壓自動(dòng)報(bào)警及保護(hù)處理。
PLC中央單元處理系統(tǒng)，控制料液澆注量、測定并顯示計(jì)量泵轉(zhuǎn)速、原料配比、自動(dòng)清洗時(shí)間、加工狀態(tài)處理、時(shí)時(shí)工位信息處理等參數(shù)。
人機(jī)對話系統(tǒng)，顯示及設(shè)置澆注量、澆注時(shí)間、報(bào)警信息顯示提示、實(shí)時(shí)工位信息顯示、加工各區(qū)段運(yùn)行狀態(tài)顯示等信息。
計(jì)量泵總成，采用特制的光機(jī)電裝置，將計(jì)量泵機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號變?yōu)殡娒}沖信號，通過微機(jī)處理，精確測出計(jì)量泵每轉(zhuǎn)排量，以“克”為計(jì)量單位，提高計(jì)量精度，每個(gè)料罐均由一套計(jì)量系統(tǒng)來精確控制其出料量。計(jì)量泵轉(zhuǎn)速采用機(jī)械無級變頻調(diào)速。
注料、清洗系統(tǒng)是由氣源三聯(lián)機(jī)、電磁閥、清洗罐、多種閥門、氣缸及用戶自行配套的壓縮機(jī)等組成。當(dāng)澆注頭中央程控器PLC發(fā)出指令時(shí)，通過各種電磁閥和氣缸控制澆注頭行使?jié)沧?dòng)作或?qū)沧㈩^進(jìn)行清洗（液洗、氣沖）。
料液儲罐循環(huán)系統(tǒng)，其儲罐由優(yōu)質(zhì)不銹鋼內(nèi)膽、PU 硬泡層及循環(huán)加熱導(dǎo)油夾層組成；循環(huán)加熱油經(jīng)油箱加熱后，經(jīng)泵輸入導(dǎo)油夾層進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，并由 PU 硬泡層對料液保溫，循環(huán)冷卻水可使料罐溫度迅速降低。
制冷冷卻系統(tǒng)采用高效的制冷機(jī)，提供冷卻液來冷卻混合頭的主軸及主軸與軸承之間由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的發(fā)熱，確保系統(tǒng)正常工作并延長澆注頭的清洗周期。
6 控制架構(gòu)及人性化的控制界面設(shè)計(jì)
部分畫面處理如圖2所示。
圖 2 部分顯示畫面
7 控制程序設(shè)計(jì)與規(guī)劃
部分程序處理如圖3所示。
圖3 部分程序處理
8 主要應(yīng)用市場
適用于汽車行業(yè)、工藝品行業(yè)、家用電器、PU家具行業(yè)、健身器材行業(yè)、填充材料、聚氨酯橡膠等行業(yè)。
適合生產(chǎn)聚氨酯枕頭、方向盤、保險(xiǎn)桿、汽車座墊、導(dǎo)流板、儀表板、遮日板、摩托車座墊、自行車座墊、保溫材、冰箱、扶手、自成皮、高回彈、慢回彈、玩具類、健身器材、保溫層、汽機(jī)車座墊、硬質(zhì)發(fā)泡、冷藏庫板材、醫(yī)療器材、彈性體、鞋底等。
9 結(jié)束語
隨著材料學(xué)的飛速發(fā)展，市場對聚氨酯的需求不斷的提升擴(kuò)大，相之配套的聚氨酯發(fā)泡機(jī)的功能和性能也在不斷的提升。結(jié)合臺達(dá)豐富的產(chǎn)品線和優(yōu)良的產(chǎn)品性能及完善的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，配合自動(dòng)化產(chǎn)品組成的整體解決方案，以經(jīng)濟(jì)的成本、較高的性價(jià)比完成客戶產(chǎn)品的自動(dòng)化控制需求。
作者簡介：
李得寧，男，出生于1984年9月，畢業(yè)于天津科技大學(xué)，電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司天津機(jī)電業(yè)務(wù)處應(yīng)用工程師，主要從事臺達(dá)TOP系列觸摸屏，DVP系列PLC，ASD系列伺服，VFD系列變頻器，GMC系列數(shù)控系統(tǒng)，臺達(dá)溫控器等全系列工業(yè)控制自動(dòng)化產(chǎn)品的市場拓展技術(shù)解決方案支持，制定與實(shí)施綜合自動(dòng)化解決方案，有著豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，積淀了不同行業(yè)間的特色功能拓展技巧與行業(yè)工藝。