冰箱发泡知识与生产工艺教程

作者:67体育直播  来源:  时间:2021-11-19 20:29  点击:

  冰箱发泡知识与生产工艺 工程院 2010.6.26 1 课程内容 一、发泡基础知识 二、冰箱发泡发展趋势 三、冰箱发泡生产工艺与设备 四、发泡生产中问题分析及解决方法 2 第一讲、发泡基础知识 1、聚氨酯分类及应用 2、聚氨酯泡沫化学 3、冰箱硬泡的特点 3 聚氨酯的分类及应用 4 5 6 聚氨酯泡沫化学 ? 聚氨酯是6大高分子合成材料之一 ? 是由多元醇与多异氰酸酯反应 生成网状结构高分子化合 物 ? 聚氨酯的分子量一般为数万到十几万 ? 有别于5大高分子材料的是现场合成高聚物----使用者则 是高分子材料的制造者 ? 加工制作的方法不同其他塑料加工 ? 给应用带来了许多方便 7 聚氨酯发泡概述 聚氨酯(PU)发泡是指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) 硬泡泡孔SEM图 8 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)、245fa 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。冰 箱发泡一般不用填料。 9 如何发泡 ? 通俗的讲,聚氨酯的形成就是将两组分的化学液体充分的 混合,两组分的单体化合物进行聚合反应,形成高聚物。 A组分 B组分 聚氨酯泡沫 10 手工发泡 11 化学反应 两个重要反应 发泡反应和凝胶反应通过不同的催化剂的量进行调节 12 聚醚多元醇 ? 聚醚多元醇是以OH为端基的聚合物 ? 主链上(-0-C-C-)醚键联接 ? 起始剂是低分子量的多元醇,多元胺 官能度(3-8个)不等 聚合物的分子量几百到几千 聚醚多元醇的品种众多 有不同的分类 一般以起始剂的的名称命名 如蔗糖聚醚 山梨醇聚醚 甘油聚醚 乙二胺 聚醚 乙二醇聚醚 13 聚醚多元醇 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 14 异氰酸酯 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。 15 16 17 二苯基甲烷二异氰酸酯MDI 苯胺+甲醛-----二苯胺基甲烷(MDA)+光气-----二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) 18 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 19 硅油表面活性剂 20 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 21 催化剂 22 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 23 1.0% 2.2% 3.0% 24 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 25 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 26 组合聚醚生产 将单体聚醚,催化剂,稳定剂,发泡剂等多种原料组 合、熟化一定时间而形成的混合物。 27 聚氨酯组合料的检测 ? ? ? ? ? 黏度 水分 反应时间 乳白时间 拉丝时间 不粘时间 自由发泡密度 物性参数 28 异氰酸酯的检测 ? ? ? ? 外观 黏度 NCO含量 水解氯 ? 酸度 29 冰箱硬泡特点 30 流动性 从原料到硬泡,体积增大30倍左右。料液从注料点到冰箱的远端, 需要流动很长一段距离,故原料应具有较高的流动性。 衡量流动性的方法 ◆兰芝模测试法 ◆倾斜模测试法 ◆软塑料流动性测试法 31 脱模性 冰箱发泡一般在4-6min能够完全固化成型。 影响脱模性因素 ◆过填充率 ◆泡沫厚度 ◆模具温度 ◆原料配方 32 33 硬泡导热系数 34 硬泡导热系数影响因素 ◆发泡剂 ◆泡沫老化 ◆泡沫密度 ◆温度 ◆水汽 ◆各项异性 35 硬泡压缩强度 泡沫强度取决于原料配方、密度、温度等因素。 36 硬泡尺寸稳定性 冰箱不同部位发泡层,其温度也不同,保持冰箱各部位良好的外观尺寸, 要求泡沫具有一定的耐低温和耐高温性。 37 冰箱硬泡性能测试项目 项目 芯密度 导热系数 压缩强度(∥) 压缩强度(⊥) 尺寸稳定性 单位 kg/m3 kg/m3 Mw/mK KPa KPa % % 低温-30℃ 24h 高温100℃ 24h 测试条件 箱体 门体 平均温度23℃ 标准值 33-35 33-35 ≤21 ≥150 ≥140 ≤1 ≤1 38 第二讲、冰箱发泡发展趋势 1、冰箱发泡发展趋势 2、冰箱发泡新技术 39 2000年大气臭氧层空洞照片 40 冰箱发泡发展趋势 ? ? ? ? 低导热——节能 低GWP值——环保 低密度——降成本 快速脱模——提高生产效率 41 发泡剂发展方向 第一代 第二代 第三代 第四代 HBA-2 CP/245fa/365 HCFC-141b CFC-11 强调 ODP值 强调 GWP值 持续减少对环境的影响 42 使用状况: ? 发展中国家使用HC,有的仍在使用HCFC141b ? USA:HC>HFC245fa=134a ? EU:HC >365mfc >134a >245fa 43 发泡剂最新研究进展 第四代发泡剂HBA-2是由Honeywell公司研制出来,目前已通过小试,预 计年底或明年初进行中试,2年后可进行商业化。 HBA-2 Boiling Point (°F/°C) Molecular Weight Flammability GWP (100 yr horizon) PUR Foam k-factor @ 75°F (BTU in / ft2 hr °F) HFC-245fa HBA-2 HCFC-141b HFC-245fa No 15 0.13 HFC-245fa 59.5 / 15.3 134 No 1000 0.13 cyclopentane 120.7 / 49.3 72 Yes 15 0.14 44 冰箱发泡新技术 CP与245fa混合发泡,如海信科龙 CP体系中添加3M助剂发泡,如韩国三星 245fa发泡,如美国 CP与365mfc混合发泡 CP与245fa、365mfc等混合发泡,添加3M助剂,如美的 (在试验阶段) ? 真空发泡技术,如海尔(在试验阶段) ? ? ? ? ? 45 课间休息 46 第三讲、冰箱发泡生产工艺与设备 47 冰箱发泡的基本过程 发泡料混合注入保温腔体或壳体夹层,在未固化前须流经相当长的距离才能充 满,充满后整个泡沫的密度、孔结构、强度及导热系数的分布有显著差异,存在明显 的梯度。流动性就是表征发泡体系在发泡过程中克服阻力均匀充满各种复杂保温腔体 或壳体夹层的能力。从本质讲,聚氨酯发泡是一个复杂的物理和化学过程,几乎同时 发生着链增长、发泡及交链三类基本反应。反应初期(乳白期)主要是线形分子的链 增长,反应热少,有少量发泡气体的产生或汽化,此时料液起发产生微小膨胀,同时 由于粘度较小料液产生物理流动,故表现出一定程度的流动性,但不十分显著;随着 反应的继续,放热量进一步增大,大量发泡剂的汽化引起泡沫体的急剧膨胀(发泡 期),此时泡沫的膨胀所引发流动充满大部分腔体;当出现凝胶也就是大分子开始交 链(固化期)时,发泡体系粘度的陡然增加使泡沫与腔壁摩擦增大,虽然在内压的作 用下轻微膨胀,但边界效应使得泡沫体的泡孔拉伸变形,呈现强烈的各向异性,这一 段泡沫体因此也极易收缩变形。 48 冰箱发泡的作用 主要是保温、支撑的作用 ? 关系到冰箱的制冷性能 ? 关系到冰箱的外观 ? 关系到冰箱的结构设计 49 发泡配料工艺流程 戊烷装卸、 储料及供料 黑白料输 送及储存 料液检查 及调整 箱发泡 供料 门发泡 配料 及储存 50 箱/门发工艺流程图 发泡配料 发泡准备 料液及空 箱/门体 输送 不合格品 固化及脱模 发泡箱/门 体返修 检查及 下线 合格产品进 入总装线 发泡工艺参数 发泡配料工艺参数一览表 环境温度(℃) 气源压力(bar) 混合白料液位 料罐料温 温度探头校准 纯白料罐保压压力 黑料/混合白料 保压压力 输送压力 滤网低压 C5/聚醚流量 计量比 15~30℃,室内低于15℃,空调或暖气加热; 高于25℃,空调降温 6~8 bar 30%~80% 18~26℃(20-24 ℃最佳) 每月1次 0.1~0.3MPa 2~3 bar 5 bar以上 大于2 bar 根据设备而定 11~14 52 箱体发泡工艺参数一览表 环境温度 温度 黑/白料温 预热烘道温度 内外模温度 枪头压力 滤网压力 预热时间 注料时间 时间 脱模时间 15~30℃ 18~26℃(20~24℃最佳) 40~55℃(6、7、8、9月份不需进行加热) 35~50℃ 13~14MPa 大于2 bar 不低于60S 一般小于7S ≥240s(≤80mm) 80mm以上,每每增加1mm,增加6s 配比 密度 黑/白料 小样密度 芯密度 1.20~1.28(1.23最佳) 23.5~25 33~35 53 门体发泡工艺参数一览表 环境温度 黑/白料温 温度 预热温度 内外模温度 枪头压力 滤网压力 预热时间 时间 注料时间 脱模时间 配比 密度 黑/白料 小样密度 芯密度 15~30℃ 17~27℃(20~24℃最佳) 35~45℃(6、7、8、9月份不需进行加热) 35~50℃ 13~14MPa 大于2 bar 不低于15min (在发泡房预热) 一般小于7S ≥330s(≤80mm) 80mm以上,每每增加1mm,增加6s 1.20~1.30(1.25最佳) 25~26.5 34~36 54 发泡设备/工艺 55 发泡机介绍 干燥空气 进料 压力调节 白料回路 循环控制阀 冷 却 线 路 T P T 图例: BPC:回路压力控制阀 白料罐 过滤器 热交换器 过滤器 P 卸料 计量泵 DV:转向阀 P:压力表 T:温度表 输料泵 干燥空气 进料 循环控制阀 黑料罐 P T 压力调节 黑料回路 BPC DV BPC DV 过滤器 热交换器 过滤器 P 卸料 T 计量泵 输料泵 回 料 进 料 进 料 回 料 混合头 56 混合头 MX MQ L-shape 57 L型混合头 58 混合头 MX MQ L-shape Straight Head +baffle pin 59 箱体生产线 冰箱生产线 顶部视图 模具固定线 门体生产线 门体生产线 顶部视图 顶部视图 模具 转盘 转盘线 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 63 影响冰箱发泡的主要因素 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 64 冰箱发泡方式 ? 箱体发泡方式 有背注式和底注式 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 65 66 门体发泡方式 ? 主要是敞开立式发泡 一体成型 1、定点注射 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。 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1.2)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。 67 门体发泡方式 一体水平发泡 一体垂直发泡 68 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 69 提高泡沫流动性的建议 透气孔的考虑 不理想 透气孔太小 理想 大透气孔 备注 大的透气孔更容易让气体 排出而不会阻碍泡沫的流 动。 除了使用大透气孔,也可 以增加透气孔来促进排 气。 恰当的透气孔分布将能避 免由残存气体造成的空 洞。 透气孔太少 增加透气孔 残存空气 合理布局 70 提高泡沫流动性的建议 透气孔的考虑 不理想 理想 备注 在易出现残存气体的空洞 部位增加小透气孔,便于 气体的排出。 透气孔 空洞 71 提高泡沫流动性的建议 减少阻碍 不理想 T1 T2 T3 理想 T2 备注 尽量减少泡沫厚度的变 化。 改变支撑架的设计来避免 支撑架阻碍流道。 支撑架 支撑架 72 提高泡沫流动性的建议 减少阻碍 不理想 内胆 理想 内胆 备注 尽量减少泡沫流动过程中 的阻碍物的数量。 外壳 外壳 内胆 内胆 尽量减小阻碍物的尺寸, 并将其移向板壁。 外壳 外壳 73 提高泡沫流动性的建议 减少阻碍 不理想 内胆 理想 内胆 备注 优化设计阻碍物的形状来 促进流动性。 外壳 空洞 外壳 内胆 内胆 平滑的表面或内胆能提高 流动性。 外壳 外壳 74 提高泡沫流动性的建议 减少尖锐的转弯 不理想 理想 备注 尽量减少尖锐的转弯,可 以提高泡沫的流动性。 圆角可以提高泡沫的流动 性 内胆 外壳 内胆 外壳 75 新料验证试验 新料试验测试项目: ◆脱模性:在工艺芯密度上限,满足质量前提下,试验箱体或门体最短 脱模时间 ◆粘结性:解剖箱体或门体,观察其与冰箱外壳和内胆粘结性 ◆密度分布:解剖箱体或门体,观察化验泡沫的密度分布 ◆高低温试验:发泡箱体或门体在-30℃48h/50℃24h下测试3个循环,观 察其有无变形或脱粘等情况 ◆老化试验:在工艺芯密度下限情况下,进行箱体或门体老化,通电老 化15天以上 ◆压缩强度:测试工艺下限芯密度的泡沫压缩强度 ◆尺寸稳定性:测试工艺下限芯密度的泡沫尺寸稳定性 ◆导热系数:测试泡沫导热系数 76 发泡质量监控体系 监控图 原材料入厂检测 生产过程质量控制 品质部 工艺标准规范编制 工程院 生产线 泡沫性能检测 出厂产品质量反馈 销售公司 77 职责划分 品质部:检验标准制定、原材料检验、车间现场质量问题控 制、泡沫性能检测 工程院:标准工艺指导书、技术标准、材料手册编制修订、重 大技术质量问题处理 生产线:现场生产 销售公司:出厂产品质量反馈 形成四级质量质量监控保证体系 78 第四讲、发泡生产中问题分析及解决方法 1、发泡常见问题分析 2、应用实例分析 79 泡沫表面气泡(导致内胆凹陷) 可能的原因 发泡剂加入量过高 模具温度过高 排气孔位置不对或数量不够 注射压力过高 料温过高 发泡混合不均匀 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)。 解决的方法 校验发泡剂的加入量,保证加入量在规定值 内。 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。 正确设置排气孔的位置和数量。 校验发泡机的压力,保证压力的准确。 校验发泡机的料温设置及实际料温。 校验发泡机的注射压力和料温等。 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。 80 粘结性差(发泡分层) 可能的原因 箱体预热温度太低 模具温度太低 内胆/外壳表面脏、油等 黑料/白料比例太高 发泡混合不均匀 白料/黑料质量不符合要求 解决的方法 校验预热温度设置,使箱体预热温度达到要 求。 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。 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。 校验发泡机的配比,保证配比的准确。 校验发泡机的注射压力、料温等。 检验料罐中黑/白料的质量,发泡剂的加入量 等。 81 泡沫收缩(导致箱体变形) 可能的原因 注入量、过填充率太低 模具温度太低(导致芯密度 偏低,低于最小保证密度) 黑料/白料比例太低 白料/黑料质量不符合要求 机械故障(使发泡料中混入 水、油等) 解决的方法 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。 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。 校验发泡机的配比,保证配比的准确。 检验料罐中黑/白料的质量,发泡剂的加入量 等。 检查机械部件(枪头)有无漏油、水等。 82 漏液 可能的原因 注入量、过填充率太高 模具温度太高 黑料/白料比例太低 原料温度太高 发泡剂加入量太高 箱体预装密封太差 解决的方法 校验发泡机流量及注射时间,保证注入量 在规定值内。 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。 校验发泡机的配比,保证配比的准确。 校验发泡机料温设置和实际温度。 校验发泡剂的加入量,保证加入量在规定 值内。 检查箱体预装和密封工艺。 83 泡沫空洞(未填充满)-1 箱体预热温度太低 模具温度太低 排气孔位置不对或数量不够 黑料/白料比例太高 料温过高 发泡混合不均匀 校验箱体预热系统,使箱体预热温度达到规定 要求。 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。 正确设置排气孔的位置和数量。 校验发泡机的比例,保证比例的准确。 校验发泡机的料温设置及实际料温。 校验发泡机的注射压力和料温等。 84 泡沫空洞(未填充满)-2 可能的原因 注入量、过填充量太低 发泡剂加入量太低 解决的方法 校验发泡机流量及注射时间,保证注入量在规 定值内。 校验发泡剂的加入量,保证加入量在规定值 内。 内胆等的结构设计不合理(如 合理设计内胆的结构,减少直/锐角、厚度的 直/锐角突变多、厚度突变及 突变和预埋体的阻挡等,便于泡沫的填充。 内部预埋体阻挡等)。 85 应用实例分析 泡沫表面气泡 86 PS后背脱粘 87 门饰条收缩 88 门胆裹气 89 胆腐蚀、吸坑 90 顶部胆口料空 91 枪头漏油后小样泡沫 92 桶装黑料结块 93 Thanks! 94

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