聚脲彈性體噴涂設(shè)備
發(fā)布時間:
2018-01-29
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噴涂聚脲彈性體技術(shù)的關(guān)鍵除原料 體系外,就是噴涂所需要的專業(yè)化設(shè)備[1,2,3]。兩個化學(xué)活性極高的組分混合后快速反應(yīng)造成粘度迅速增大,如果沒有適當(dāng)?shù)妮斔?、計量、混合設(shè)備,這一 反應(yīng)是無法控制的。隨著RIM技術(shù)的不斷發(fā)展,供料、混合、注射、模塑等環(huán)節(jié)的不斷完善,也使得噴涂聚脲(PUA)彈性體投入了商業(yè)應(yīng)用。與噴涂聚氨酯 (PU)、聚氨酯(PU)-聚脲(PUA)彈性體相比,PUA彈性體的混合難度是最大的[3],一般能夠噴涂PUA彈性體的設(shè)備通常都能夠噴涂PU和 PU-PUA彈性體的,反之則不然。
鑒于噴涂設(shè)備在該技術(shù)中的重要性和PUA彈性體噴涂設(shè)備的通用性,本文結(jié)合作者在研制和開發(fā)該技術(shù)中的體會[4~7],以聚脲彈性體噴涂設(shè)備為重點對聚氨酯(脲)彈性體噴涂設(shè)備的分類和工作特點、進展、應(yīng)用實例等方面分別加以介紹。
1.彈性體噴涂設(shè)備概述
聚氨酯(脲)彈性體噴涂設(shè)備分為單組分和多組分兩種,前者由于在使用中較為少見,以下重點介紹多組分噴涂設(shè)備。作為PUA噴涂所需的專業(yè)化設(shè)備必須滿足如下要求:平穩(wěn)的物料輸送系統(tǒng),精確的物料計量系統(tǒng),均勻的物料混合系統(tǒng),良好的物料霧化系統(tǒng),方便的物料清洗系統(tǒng)。
彈性體噴涂設(shè)備主要包括(見圖1):物料輸送系統(tǒng)(抽料泵)、物料計量系統(tǒng)(主機)、物料混合系統(tǒng)(噴槍)等,A、R兩種物料分別經(jīng)各自的抽料泵從料桶輸送至主機進行計量、加壓、加溫,然后輸送至噴槍,在噴槍混合室混合后噴出。其中主機、噴槍是設(shè)備的關(guān)鍵部分。
圖1. 噴涂彈性體設(shè)備連接示意圖
1.1主機
主機主要由壓力驅(qū)動系統(tǒng)、比例泵、控溫系統(tǒng)等組成。
通常人們所說的“高壓機、低壓機”是按照主機工作壓力的高低來區(qū)分的。
低壓機,一般是電動或氣動,工作壓力范圍低,在PU彈性體及泡沫中應(yīng)用比較多,它具有體積小、重量輕、價格便宜等優(yōu)點,但是由于混合系統(tǒng)需要高壓空氣 [8,9]來實現(xiàn)混合分散,在材料內(nèi)部引入了較多氣孔,因而制得的彈性體力學(xué)性能及外觀較差,在應(yīng)用中已較少見,在此不作贅述。
高壓機,通常有氣 動、液壓驅(qū)動、電動等驅(qū)動方式。其工作壓力很高(通常大于11.2MPa),可以不必依靠高壓空氣,就足以把高粘度的物料混合均勻,因此,高壓噴涂往往被 稱為無氣噴涂(airless spray),但由于現(xiàn)在介紹的是無溶劑多組分噴涂,因此與一般的單組分高壓無氣噴涂截然不同,設(shè)備價格一般比較昂貴,重量體積都較大??梢詰?yīng)用于PU、 PU-PUA、PUA各種彈性體和各種PU泡沫的噴涂。與高壓機更適合于RIM一樣[10],高壓機噴涂成型的彈性體性能優(yōu)異,因此越來越多地為人們所采 用,以下重點敘述。
1.1.1比例泵
比例泵是主機中最主要的單元。在實際應(yīng)用中多組分噴涂機大多指雙組分噴涂,因此大多噴涂設(shè)備的主機有兩個比例泵。下面以雙組分彈性體噴涂設(shè)備的比例泵為重點加以介紹。
1.1.1.1比例泵的分類
按比例泵的運動方式可分為往復(fù)泵、齒輪泵等類型。按往復(fù)泵運動的方向,比例泵可分為臥式(水平運動)和立式(上下運動)兩種。往復(fù)、臥式比例泵是PUA噴涂 中最為常用的噴涂設(shè)備,較有代表性的有Gusmer公司的H-2000、H-3500、FF-3500、MARKSMAN,Glas-Craft公司的 MH等等。
1.1.1.2 高壓、往復(fù)、臥式比例泵的工作特點
通過改變比例泵泵缸的尺寸(一般出廠時已設(shè)定),壓力驅(qū)動系統(tǒng)能夠為比例泵提供11.2-24MPa的工作壓力,用以滿足不同體系的要求。為了敘述的方便抽料泵以及壓力驅(qū)動系統(tǒng)的工作情況在此一起加以介紹。
(1)間歇式物料輸送系統(tǒng)
從原料桶抽料的A、R抽料泵是間歇工作的。舉例來說,當(dāng)A比例泵處于供料沖程的時候, R比例泵是處于卸料沖程,此時只有A抽料泵是工作的,從高壓氣源輸送來的高壓氣體就全部施加在了A抽料泵上面,而R抽料泵則不工作;同樣的道理,在R抽料 泵工作時,A抽料泵是不工作的。這一特點是通過后文介紹的獨特回流支路來實現(xiàn)的,后面詳細加以介紹。因此,在任何情況下A、R抽料泵的工作壓力是完全一樣 的,而不受A、R料粘度的影響。這就為比例泵準確、穩(wěn)定、連續(xù)地計量物料提供了必要條件。間歇工作反而能保證連續(xù)供料,為什么?這是靠下面介紹的獨特回流 設(shè)計來實現(xiàn)的。
(2)獨特回流支路設(shè)計
盡管有些設(shè)備配備了比例尺,調(diào)節(jié)后可通過改變其中一個泵的沖程來改變兩組分的比例,但是由于A、R體積比為1:1時混合效果最佳,因此很多設(shè)備在出廠時, 比例就固定在1:1,這也就是所謂的“雙動泵”或“連動泵”,即兩個比例泵在位于同一條水平線上的壓力驅(qū)動系統(tǒng)的帶動下,同步工作。兩個比例泵活塞位于同 一條水平線上,由于兩個比例泵缸體內(nèi)徑相同,在相同的時間內(nèi),活塞的行程相同是輸出相同體積物料的前提,高壓、往復(fù)、臥式比例泵的獨特回流支路設(shè)計滿足了 這一要求。也正是這一設(shè)計使得往返兩個行程上能保證輸出量相同。
前文提過,兩個抽料泵由于該獨特的回流支路實現(xiàn)了間歇工作,這里似乎與主機的供料的連續(xù)性相互矛盾。其實不然,下圖(圖2)是該類比例泵的工作原理圖:
圖2 . 比例泵工作原理圖
比例泵的活塞向右移動時,Pump Base中的左面的球密封因有負壓打開,右面的球密封關(guān)閉,處于待機狀態(tài)抽料泵立即開始工作(此時抽料泵處于工作狀態(tài),有物料抽進主機,所以稱之為進料沖 程),如圖所示,物料按箭頭方向進入了比例泵活塞左面的腔室,而比例泵活塞右面的物料由于Pump Base中的球密封關(guān)閉,只有進入Outlet管路進入槍體。
比例泵的活塞向左移動時,Pump Base中的左面的球密封因受高壓關(guān)閉,右面的球密封則由于如箭頭所示的高壓液流沖開(此時抽料泵處于非工作狀態(tài),沒有物料進入主機,所以稱之為卸料沖程),如圖所示,物料按箭頭方向通過特殊的回流支路進入了Outlet管路進入槍體。
在比例泵的活塞換向時(即往返換向),該類高壓比例泵是通過液壓系統(tǒng)的接觸式反向開關(guān)來保證來保證的,當(dāng)與比例泵活塞同軸同步運動的部位接觸到反向開關(guān)時, 該反向開關(guān)會立即反饋給液壓驅(qū)動系統(tǒng),從而改變活塞的運動方向。值得說明的是:與其他所有往復(fù)泵一樣[11],在此類設(shè)備中也同樣存在壓力的不平穩(wěn)的問 題,具體表現(xiàn)為在反向的一瞬間料缸里出現(xiàn)極短暫的真空,因而就出現(xiàn)了壓力的輕微波動。
綜上所述,可看出該系列設(shè)備具有平穩(wěn)的物料輸送系統(tǒng),精確的物料計量系統(tǒng)。
1.1.2主機的加熱系統(tǒng)
比例泵一般配備有主加熱器和軟管加熱器。多組分噴涂設(shè)備的加熱效率對混合有很大的影響,每一個組分必須具有6-8KW的加熱能力,否則會因物料粘度太高很難 保證理想的混合。由于實際應(yīng)用中料管較長(最長達93m),因此也必須具有一定的加熱能力,但料管加熱通常只是用于保溫。一般來說,設(shè)備加熱功率、加熱效 率越高,物料初始粘度就可以越高,配方選擇的余地就越大,因此就越受歡迎。Gusmer公司的成套噴涂設(shè)備只有物料的粘度在3000 mPa.s之下時才能保證均勻的混合。從表1可以看出:MH主機的加熱功率和最高加熱溫度均高于H-2000,這說明該設(shè)備可噴物料粘度高于后者。
1.1.3主機的安全性能
比例泵的過壓保護和過熱保護,充分保證了在高溫、高壓下工作的安全。當(dāng)噴槍混合室等部位有堵塞時,物料的壓力會突然上升,在高過設(shè)備設(shè)定的壓力值時,比例泵 會自動關(guān)閉,避免出現(xiàn)壓力過大,導(dǎo)致?lián)p害設(shè)備和傷害施工人員。同樣的,當(dāng)加熱溫度高于安全值時,加熱系統(tǒng)會自動關(guān)閉。在這兩種情況下,熟練的操作人員都可 以明顯的憑經(jīng)驗感覺到設(shè)備異常,以便停止噴涂,進行檢修。
Gusmer公司的H-2000、Glas-Craft公司的MH的主要技術(shù)參數(shù)見下表(表1):
表1. H-2000與MH技術(shù)參數(shù)比較
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