Hướng dẫn sử dụng chất thổi: Các loại, tiêu chí lựa chọn và ứng dụng bọt Polyurethane

Khi tấm cách nhiệt polyurethane xuất xưởng với lõi xốp, mật độ không đồng đều và độ dẫn nhiệt vượt quá thông số kỹ thuật, công thức thường là nghi ngờ đầu tiên. Trong đó, biến có ảnh hưởng nhất là chất thổi. Nó xác định kích thước tế bào, mật độ, giá trị cách nhiệt, độ ổn định kích thước và hiệu suất lâu dài. Hướng dẫn này giải thích tác dụng của chất tạo bọt, các loại vật lý và hóa học khác nhau như thế nào, tại sao cyclopentane hiện chiếm ưu thế trong bọt thiết bị và những lựa chọn thiết bị sau đó.

Chất thổi là gì?

Chất tạo bọt là chất tạo ra khí trong ma trận polyme trong quá trình tạo bọt, tạo ra cấu trúc tế bào của bọt. Trong polyurethane cứng, khí đó bị giữ lại trong các ô kín và trở thành tác nhân chính tạo nên hiệu suất cách nhiệt. Chất thổi hoạt động theo hai cách:

• Chất thổi vật lý là những chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp bay hơi dưới nhiệt tỏa ra từ phản ứng isocyanate-polyol. Cyclopentan, n-pentane, HFC-245fa và HFO-1234ze(E) là những ví dụ phổ biến.
• Chất thổi hóa học tạo ra khí thông qua phản ứng hóa học hoặc phân hủy. Nước phản ứng với isocyanate để giải phóng carbon dioxide; các hợp chất azo phân hủy giải phóng nitơ và các khí khác.

Hầu hết bọt polyurethane cứng được sử dụng trong các tấm làm lạnh và xây dựng chủ yếu dựa vào chất thổi vật lý, với một lượng nhỏ CO2 được thổi bằng nước được sử dụng để tinh chỉnh hình thái tế bào.

Tác nhân thổi vật lý và hóa học: Những thay đổi nào trong thực tế

Sự lựa chọn giữa chất tạo bọt vật lý và chất tạo bọt hóa học không chỉ đơn thuần là chất hóa học. Nó xác định việc đo lường, trộn, xử lý và loại thiết bị mà dây chuyền cần. Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt quan trọng trên sàn sản xuất.

Khi một công thức cần một dòng chất thổi riêng biệt, hoặc khi phải kết hợp polyol, isocyanate và chất phụ gia thứ ba như chất chống cháy, thì máy phun áp suất cao ba thành phần là giải pháp dễ dự đoán nhất. Mỗi luồng được đo độc lập và chỉ đáp ứng trong buồng trộn tại thời điểm phun, giúp giảm thiểu phản ứng trước và cải thiện khả năng lặp lại từng lần phun.

Máy phun tạo bọt áp suất cao Polyurethane ba thành phần Máy này đo isocyanate và hai dòng polyol một cách độc lập bằng máy bơm có độ chính xác cao, cho phép tạo ra các sản phẩm có mật độ kép và tự động bổ sung các chất phụ gia nhỏ thông qua đầu trộn áp suất cao. Xem sản phẩm →

Những gì cần đánh giá khi lựa chọn một tác nhân thổi

Không có chất thổi nào phù hợp với mọi sản phẩm. Lựa chọn đúng đắn sẽ cân bằng giữa hiệu suất nhiệt, độ ổn định của quy trình, mức độ tiếp xúc với quy định và chi phí. Các tiêu chí này thường xuyên định hình các quyết định mua sắm:

• Độ dẫn nhiệt pha khí. Độ dẫn điện thấp hơn trong khí bị mắc kẹt giúp cải thiện giá trị cách nhiệt. Hơi cyclopentane dẫn điện khoảng 0,013 W/mK, thấp hơn đáng kể so với không khí ở khoảng 0,026 W/mK.
• Độ hòa tan trong hỗn hợp polyol. Tác nhân phải được phân tán đồng đều từ thùng trộn trước đến đầu trộn. Độ hòa tan kém gây ra sự thay đổi kích thước tế bào và độ lệch mật độ.
• Điểm sôi. Một tác nhân vật lý sẽ bay hơi khi phản ứng tỏa nhiệt đạt đỉnh điểm, thường là 60-90 °C bên trong lõi bọt. Điểm sôi của Cyclopentane khoảng 49 °C rất phù hợp với cửa sổ này.
• Thông tin xác thực về môi trường. Khả năng suy giảm tầng ozone (ODP) và khả năng nóng lên toàn cầu (GWP) quyết định liệu bọt có thể được bán vào các thị trường có quy định nghiêm ngặt về môi trường hay không.
• Tích hợp an toàn. Các tác nhân dễ cháy yêu cầu thiết kế điện chống cháy nổ, giám sát khí, che phủ khí trơ và các quy trình xử lý cụ thể.
• Kinh tế. Các đại lý được so sánh không chỉ bằng giá mỗi kg mà bằng chi phí trên mỗi đơn vị thể tích bọt ở mật độ yêu cầu và mục tiêu cách nhiệt.

Trong sản xuất bọt công nghiệp, sự cân bằng thực tế thường phụ thuộc vào hiệu suất cách nhiệt so với sự tiện lợi trong quá trình xử lý và áp suất điều tiết.

Tại sao Cyclopentane trở thành mặc định cho bọt gia dụng

Việc loại bỏ dần chlorofluorocarbons theo Nghị định thư Montreal đã thúc đẩy ngành công nghiệp polyurethane trải qua nhiều thế hệ chất tạo xốp. HCFC-141b là chất thay thế chuyển tiếp, tiếp theo là HFC và thị trường hiện đang tập trung vào các hydrocacbon, chủ yếu là cyclopentane, cộng với hỗn hợp HFO. Theo Báo cáo đánh giá lần thứ năm của IPCC, tiềm năng nóng lên toàn cầu trong 100 năm của các tác nhân chính đã nói lên một câu chuyện rõ ràng:

Cyclopentane cung cấp GWP thường được trích dẫn là khoảng 11, ODP bằng 0, độ hòa tan tốt trong polyol và độ dẫn nhiệt ở pha hơi thấp. Sự kết hợp đó làm cho nó có hiệu quả cao trong các dòng tủ lạnh, tủ đông và tấm cách nhiệt. HFO-1234ze đạt GWP thậm chí còn thấp hơn, nhưng cho đến nay, sự khác biệt về giá thành và công thức đã giữ nó ở phân khúc cao cấp.

Chuyển sang cyclopentane không chỉ là thay đổi công thức. Vì cyclopentane dễ cháy, với giới hạn nổ thấp hơn khoảng 1,4% theo thể tích trong không khí nên toàn bộ hệ thống xử lý và tạo bọt phải được thiết kế để ngăn ngừa cháy nổ. Điều đó bao gồm các đầu trộn kín, kho chứa nitơ và phát hiện khí trên dây chuyền.

Máy phun tạo bọt áp suất cao Cyclopentane Polyurethane Được thiết kế cho bọt thổi cyclopentane, máy này bao gồm động cơ chống cháy nổ, nối đất chống tĩnh điện, phát hiện khí và thông gió để xử lý an toàn các chất thổi dễ cháy trong các ứng dụng thiết bị và cách nhiệt. Xem sản phẩm →

Các nhà sản xuất đang lên kế hoạch thay đổi hệ thống sẽ tìm thấy giải pháp thực tế so sánh năng lượng và an toàn của việc trộn trước cyclopentane so với tiêm trực tiếp hữu ích khi quyết định giữa các bố cục dòng.

Hàm lượng chất thổi ảnh hưởng như thế nào đến mật độ và cấu trúc bọt

Mối quan hệ trực tiếp nhất trong công thức tạo bọt là giữa hàm lượng chất tạo bọt và mật độ bọt. Nhiều tác nhân tạo ra nhiều khí hơn, làm giãn nở polyme hơn nữa trước khi nó đóng rắn. Mật độ ban đầu giảm nhanh, sau đó giảm dần khi cấu trúc tế bào trở thành yếu tố hạn chế.

Ngoài một nồng độ nhất định, thường ở khoảng 25-30 phần trên 100 phần polyol, chất tạo bọt bổ sung không còn làm giảm mật độ nữa. Thay vào đó, nó có thể phóng to các tế bào không đồng đều, làm suy yếu thành tế bào và tăng độ dẫn nhiệt. Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất điều chỉnh công thức theo mật độ mục tiêu thay vì chỉ đơn giản thêm nhiều tác nhân hơn.

Cấu trúc bên trong quyết định chất lượng cách nhiệt. Trong hình cắt bỏ bên dưới, mỗi thành tế bào polyurethane bao quanh một túi hơi chất thổi. Nếu khí đó khuếch tán ra khỏi bọt thành phẩm và không khí khuếch tán vào trong thì giá trị cách nhiệt sẽ giảm dần, hiện tượng này được gọi là lão hóa độ dẫn nhiệt.

Do đó, sự đều đặn của tế bào tốt không phải là mỹ phẩm. Nó giữ cho độ dẫn nhiệt bị lão hóa chậm và có thể dự đoán được, đó là điều mà khách hàng thực sự đo lường được trong suốt vòng đời của thiết bị hoặc bảng điều khiển.

Những cân nhắc về thiết bị để xử lý chất thổi

Chất tạo bọt tham gia vào quá trình tạo bọt hoặc được trộn trước vào polyol hoặc được định lượng thành dòng riêng biệt ở đầu trộn. Đối với cyclopentane, trộn trước là phương pháp phổ biến nhất vì nó giữ cho tác nhân được phân tán đồng đều và đơn giản hóa công việc định lượng tại bộ phận phun. Hệ thống trộn sẵn cyclopentane chuyên dụng trộn hydrocarbon với polyol dưới lớp màng nitơ, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ chính xác và cung cấp nồng độ ổn định cho máy tạo bọt.

Hệ thống trộn sẵn Cyclopentane Hệ thống này trộn cyclopentane và polyol dưới lớp phủ nitơ thông qua quá trình trộn theo giai đoạn, cung cấp hỗn hợp trộn sẵn ổn định cho thùng chứa polyol của máy tạo bọt để có mật độ và kích thước nhất quán. Xem sản phẩm →

Máy tạo bọt áp suất cao hoạt động với chất thổi hydrocacbon phải được đánh giá là có khả năng làm việc dễ cháy. Đầu trộn kín, vỏ điện chống cháy nổ, liên kết và nối đất thích hợp cũng như tự động tắt khi phát hiện khí là những yêu cầu cơ bản. Các máy tương tự cũng cần kiểm soát tỷ lệ chính xác, bởi vì sự thay đổi liều lượng cyclopentane lớn hơn một phần mười của một bộ phận sẽ trực tiếp thay đổi mật độ và kích thước.

Đối với những nhà sản xuất muốn tách chất tạo bọt khỏi polyol cho đến giây phút cuối cùng có thể hoặc cần bơm thành phần thứ ba như chất chống cháy, máy cao áp ba thành phần là lựa chọn thiết thực. Các máy bơm và vòng điều khiển độc lập cho phép mỗi luồng được hiệu chuẩn và điều chỉnh mà không làm ảnh hưởng đến các luồng khác.

Ngoài chất tạo bọt, các thông số quy trình ảnh hưởng nhiều nhất đến độ đặc của bọt là nhiệt độ vật liệu, áp suất trộn và tỷ lệ polyol-to-isocyanate. Đây là nơi chất lượng thiết bị thể hiện trong quá trình sản xuất hàng ngày.

Câu hỏi về đại lý thổi mà người mua thực sự hỏi