聚氨酯弹性体灌注机的干冰清洗技术

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聚氨酯弹性体灌注机的干冰清洗技术……

摘要：介绍了聚氨酯弹性体灌注机的干冰清洗，并简要的分析了干冰清洗的发展趋势。目前，聚氨酯弹性体产品已经广泛用于滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆和医用人工脏器等方面，市场的需求量较大。聚氨酯弹性体灌注机在生产中，一般是间断使用的。残料在静置时，会在生产设备的管道及}昆合头内结垢。如果不及时进行清洗，将会影响产品质量、增大能源消耗、降低生产效率，进而影响企业的经济效益。而采用人工机械清洗和化学溶剂清洗都有一定的局限性，因此对聚氨酯弹性体产品生产企业来说，改进与完善聚氨酯弹性体灌注机的清洗方法是一项十分重要的工作，寻求一种高效、省时、省力、环保的清洗方法，具有重大的实际意义。
1 结垢分析
在聚氨酯弹性体生产过程中易结垢的物质有3种：多异氰酸酯、聚酯(聚醚)多元醇和两者反应生成物—聚氨酯弹性体。双组分液体—多异氰酸酯和聚酯(聚醚)多元醇在一定温度下流动的粘度如表1所示。

双组分液体通过计量设备按照生产要求计量后，在灌注机混合头中充分混合后，再灌注到模具。当完成一天的灌注工作之后，必须尽快将从送料管到混合头的残留物料清除。其中，送料管中是多异氰酸酯或聚酯(聚醚)多元醇，由于多异氰酸酯的特性，在短时间内就会结晶，形成粘附力较强的污垢；而在混合头中残余的是双组分液体充分混合后的反应产物—不断熟化的聚氨酯，它对混合头内壁附着力很强。根据以上的结垢特性分析可知，如果不及时清垢，会影响灌注工作的正常进行。
2 清洗部位
制备聚氨酯的设备，只要是双组分液体反应成型的设备(浇注机、注射机、发泡剂、灌注机)，都是用来完成凝胶和发泡两项化学反应的。灌注机按商品类型分为高压机、低压机、软泡机。高压灌注机因其混合腔是气缸活塞结构，当双组分料在气缸中混合完毕，活塞就自动压下清除残料(当然，这对气缸活塞的配合精度和材质要求较高)。因此，高压灌注机的混合腔和混合头可看作无残料、无垢污，不用进行清洗，只需清洗输料管路。
低压灌注机如图1所示。

采用低压喷射进入混合头高速搅拌混合，然后灌注。这样，就会在混合头处留下反应后的残料。这些残料对混合腔内壁附着力很强，必须尽快清除。如果不及时清除，会影响灌注工作的正常进行，同时输料管路也会残留A料和B料。因此低压灌注机需要清洗的部位主要是混合头和输料管路。
3 清洗方法现状
目前，各企业对聚氨酯弹性体灌注机的清洗方法一般采用：(1)机械清洗法，即由人工操作完成清洗；(2)采用化学清洗溶剂(常用的有相对低毒的清洗溶剂—丙酮、乙酸乙酯)和压缩空气进行气液混合，清洗残料。
机械清洗是一种成熟的技术，已在生产实践中被广泛应用，具有简单易行，对设备、工具和工人要求不高等优点；但也有无法克服的缺陷：会对设备造成机械损伤，从而会缩短设备的寿命；清洗操作时间长，劳动强度大，严重影响生产效率。
化学清洗采用相对低毒的清洗溶剂，丙酮和乙酸乙酯，利用相似相溶原理，在生产实际中能够很好地去除结垢物。但需要对清洗后的废液进行二次处理。还需在操作时做好劳动保护。
由于化学清洗方法中，其清洗剂和排污物污染环境、对人体有害，目前该方法的应用业务在清洗行业中仅占约25％，大多数生产厂家愿意选择无环境污染的物理清洗方法。
4 干冰清洗
干冰清洗技术自20世纪80年代就已经商业化，广泛应用于汽车／轮胎、橡胶／塑料模具、印刷、铸造、食品加工、航空、电力、医药等多个领域，用于模具(轮胎模、聚氨酯模、橡胶模、合金压铸模等)生产线上的除污。目前，许多国际著名的轮胎制造公司，如固特异、米其林，普利司通以及国内的双星、黄海、佳通、玲珑等轮胎公司的每个工厂，均采用干冰清洗技术清洗轮胎模具。灌注机中的污垢成分主要为多异氰酸酯、聚酯(聚醚)多元醇和聚氨酯弹性体，其性质和橡胶类似，因此同样可以使用干冰清洗，清除这些污垢。
4.1 干冰清洗的原理
干冰清洗又称冷喷，是以压缩空气作为动力和载体，以干冰颗粒为加速粒子，通过专用的喷射清洗机喷射到被清洗物体表面，利用高速运动的固体干冰颗粒的动量变化(△mv)、升华、熔化等能量转换，使被清洗表面的污垢、残留杂质等迅速冷冻，从而凝结、脆化、被剥离，且同时随气流清除。不会对被清洗物体表面，特别是金属表面造成任何伤害，也不会影响金属表面的光洁度。清洗原理如图2、图3所示。

mv²
式中，E为动能，J；m为干冰粒的质量，kg；v为干冰粒在压缩空气作用下产生的速率，m／s。
F·t=m·△v,
△v =v1-v2。
式中，m为干冰质量，kg，v1为干冰冲击被清洗表面前速率，m／s；v2为干冰粒冲击被清洗表面后速率，m／s；F为冲击力，N；t为冲击时间，s。
高速的干冰粒碰撞到增大了的污物表面时，将上述动能传递给污物，克服已经减小的粘附力，因而产生的剪切力使污物随气流卷走，达到了脱除污物的目的。
4.2 干冰清洗的优点
利用干冰作为介质来清洁污垢的清洗方法与其它的传统清洗方法相比具有的优点列于表2。

4.3 干冰清洗系统
压缩空气供给装置和冲洗单元组成干冰喷射系统；可以根据用户需要，将干冰制备系统与喷射系统分开，干冰制备系统只是作为提供原料的生产设备，干冰喷射系统单独用于清洗过程。清洗装置如图4所示。

4.4 干冰清洗工艺过程
清洗流程见图5。

由干冰制造机生产出干冰颗粒(大小由污染情况决定)，经贮罐输送到干冰清洗机，与压缩空气(压强在0.5 MPa以上，流量2m／min以上)混合，随压缩空气通过喷枪冲击被清洗基体表面，干冰随即发生气化，其体积瞬间膨胀近800倍，在冲击点造成“微型爆炸”，从而把污物带离基体表面。被清洗下来的污物由于处于低温固化状态，是干垃圾。由于气压的作用，清洗下来的污物具有流动性，会随着气流喷出设备，因此污物不会堵塞喷料混合头。将清洗下来的污垢转移到桶里或其它容器中处理，不会产生其它需清除的污垢。在喷射表面的过程中，干冰迅速气化，进人大气，无需进一步处理。
通常，在喷射清洗时不使用防护罩，因此清洗工作可直接在现场进行，不会影响设备生产。同时，清洗过程中不需要进行拆除或拆卸，故清洗设备前的准备时间很短。正是由于干冰清洗的自身特性，使得这一清洗过程可以保证在一些人们无法够及之处进行快速且完全的清洗。
4.5 干冰清洗实验
实验设备：干冰储存箱、空气压缩机、干冰清洗机（干冰喷射器）。
清洗对象：送料管(管长1m)、灌注机混合头。
根据实验条件对混合头和送料管(选管长为lm)进行了实验，得到了两组数据：见表3和表4。
表3表4

对于生产部门来说，较少的资金投入换得较高的利润回收是再好不过的举措。由于干冰制造机（干冰造粒机）价格(20万元左右)对于一般用户是很难接受的，而干冰颗粒可以从干冰制造厂购买，可用干冰储存箱储存，价格低廉。一般情况下，每天干冰储存箱内的干冰气化损失为4％，可以保存5～10天，可以满足清洗的需要。因此，生产厂家只需配备空压机、干冰清洗机(12万元左右)和干冰储存箱，而不用购买价格较高的干冰制造机。
5 总结
为了满足聚氨酯弹性体生产的需要以及克服传统清洗方法的缺点，可根据自身的实际情况选择干冰清洗。干冰清洗技术的许多优点显示，它可以逐步取代传统清洗工艺。虽然初期投资比传统清洗要高，但是企业一旦采用此方法，投入实际生产，将会发现其经济效益是非常可观的。
通过实验得出的结论是：聚氨酯弹性体灌注机使用干冰清洗是完全可以的，并且效果明显，经济节能，有环保清洗的优势，符合2l世纪所倡导的绿色环保生产的主题。

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