聚氨酯空气滤清器滤芯用密封垫生产工艺及设备

一、概述：

空气滤清器滤芯是汽车、轮船、施工机械、发电机组等内燃机械必不可少的“三滤”之一。随着我国汽车工业的迅速发展，特别是轿车工业的发展，其需求量越来越大。聚醚型低密度聚氨酯微孔弹性体作为空气滤清器滤芯端盖的密封材料已成为世界汽车工业界广泛采用。本公司开发成功并已定型生产的滤芯用密封垫的设备，其主要性能已达到最先进的进口设备的水平，具有自动化程度高、性能可靠、操作简单、维修方便等特点。生产出高性能并满足市场需要的合格产品。

国产设备比进口设备具有下列优势：

1、   可按用户要求量体裁衣能满足各种工艺条件、高效、实用的设备，能为用户短期内创造丰厚的经济效益。

2、   有效的售前和售后服务，及时解决用户所遇到的各种各样的技术问题。

3、   长期提供廉价的优质配件，不会因使用进口设备配件高价而造成“买得起，养不起”。

4、   国产设备成本较低，选用与进口设备相当的国产设备时，投资及维修费用均可大大节约。

二、两个目的：

用户购置设备时都希望达到两个目的：正品率高（达到丰厚效益）和故障率低（保证正常生产）

1、   如何达到正品率最高：（就要注意：料、机、模、用四个要素）

（1）      “料”：合格的原料和合适的工艺：

对聚醚型低密度聚氨酯微孔弹性体滤芯密封芯的基本要求：

① 原料：采用表面自结皮，芯部密度稍低。具有较高强度和弹性的聚醚型低密度微孔弹性体组合料（青岛鹏达、洛阳黎明化工研究院、上海彼优、汕头南大化工、深圳吉泰实业均可供应）。

② 常采用两组份原液：料温22±2℃，模温40~50℃，混合比A：B=100：25~35

A料：羟值（mgKOH/g）~450±10   粘度（20℃）600~1000    密度（20℃）1.05

B料：-NCO（%）      ~31        粘度（20℃）50~150      密度（20℃）1.22

参考配方： （Pbw）

聚醚多元醇  100     低粘度耐水解、高活性、高分子量聚醚及接枝聚醚

扩链剂      2~5     降低粘度、提高互溶能力、改善物性，常用低分子二醇等

表面活性剂  1~2     硅泡沫稳定剂

催化剂     0.2~1.0   胺及有机锡、催化发泡及凝胶反应

水          ＜0.1   

液化MDI指数    ~1.05

③ 反应性：

乳白期（CT）：15~20S      起发期（RT）：150~180S

胶化期（GT）：90~120S     脱模期（DMT）：4~8min

④ 物性：

整体密度（kg/m3）：400±150      硬度（邵A）：40~50

抗拉强度（MPa）：≥0.7           抗压强度（MPa）：0.02~0.2

断裂伸长率（%）：≥100           40%压缩变定（%）：＜10

⑤ 为什么空气滤清器滤芯用密封垫采用聚醚型而不用聚酯型，采用微孔弹性体而不用一般软泡：

ⅰ、聚醚型比聚酯型优点：常温下为粘度较低的液体，操作方便、工艺简单；价格较低；原液及混合液流动性均较佳，容易生成出表面光洁的制品；虽强度稍低但耐水解性大为提高，电化学性及手感较好，耐低温性及对氧、酸和碱的稳定性亦较佳。

ⅱ、聚氨酯泡沫塑料的强度和密度成一定的正比关系，密度越大，强度越高，弹性亦佳，故采用密度较高的微孔弹性体。

⑥ 发泡浇注料粘度要小，流动性佳，在其发泡之前要流平、充满，采用的催化剂活性要缓和，泡沫上升要缓慢。

（2）         “机”：性能优越的设备能保证长期可靠运转：

①     生产过程：

根据生产要求，按模具的形状及尺寸输到浇注机的微机中，当微机屏幕上显示的图形（方形、圆形或其他图形）及尺寸和要求完全符合后，即表示工作台的运动轨迹已调节完成，就可进行下上步操作了。采用方形或圆形工作台的浇注机，将浇注料自动定时定量地浇注在方形、圆形或其他形状的模具内，即放上纸滤芯（如需要上下垫的滤芯，则需浇二次），将浇注后的滤芯放在生产线（或烘箱）中使其固化成型即为成品。

②     主要设备：

ⅰ、自动浇注式滤芯垫专用浇注机：将控制到一定温度的两组份原液，按配方要求准确计量和均匀混合后定时定量（由电脑程控自动控制）浇到按要求规律自动运行工作台上喷过脱模剂的模具中，如需清洗则浇注头会自动退回到清洗位置，自动进行液洗和气冲。它是保证制品正品率的关键设备。

主要技术参数：

总吐出量：5~20g/s        设计混合比A：B=100：28~33

若浇注时间为3~6秒，可生产制品重量为20~120g

混合头转速6000r.p.m     尺寸：φ28×60

浇注头移动距离为300

浇方形模具时可浇滤芯最大尺寸380×220     移动速度0~10m/min

浇圆形模具时可浇滤芯最大尺寸φ350         移动速度0~10m/min

ⅱ、模具承载线：要求批量生产时，常采用长圆形模具承载生产线，以能放较多模具流续进行熟化。

分为下列各段：

a、      熟化：将已浇注完成并安放垫纸的模具摆在生产线的小台车（400×400）上，进入烘道内在50~60℃下加热5~8分钟，使其固化定型（烘道长~10m）

b、     脱模和整理：制品经脱模、整理后即可入库。将模具清理干净后喷脱模剂，再去浇注。

（3）         “模”：设计合理、结构巧妙的模具

①     结构：常用开模浇注（必要时浇完成放上纸芯后加上盖子）

②     材料：常用薄铁皮冲制（可冲上滤清器型号及生产单位）

（4）         “用”：正确的操作方法：能按不同的模具，调节好工作台自动进行的轨迹和速度，采用与之适应的浇注时间和浇注量，发生不正常现象时，能具体分析，迅速排除。

2、   如何使设备的故障率最低：

所选用的设备能适应所使用的原料（能满足要求的工艺条件）

①     了解“罐”、“泵”、“头”、“台”、“控”的设备关键部份，就能掌握它的主要性能：

a、 “罐”：料罐及附属装置：为原液贮存、保持料温、均衡供料及准确计量所必需。如罐体常用耐酸不锈钢内胆（氩弧焊）加热（或冷却）夹套及外包聚氨酯硬泡绝热层的三层结构、料搅拌时应满足气密性要求（真空10mmHg能保持1小时以上）以防原液变质。液面显示及控制方法等。

低压机料罐一般在常压或真空下工作，仅当原液粘度过大（＞2000CPS）时，才加入稳定的低压N2或干燥的压缩空气，以利给计量泵充分供料。新型料罐常采用经机床加工的平盖，它比凸形盖提高了同心度，且搅拌轴较短，使搅拌更稳定、密封更可靠，由于降低了料罐上部的空间，减少罐内湿气使原料变质。

b、     “泵”：计量泵及其拖动、调节和显示装置：

低压机早年曾采用变量泵，虽结构简单（可用普通电机传动），但因使用寿命短（材质较软）计量精度低，发热不易解决等，目前已较少采用（仅为某些简易型的低价发泡机所使用）。计量泵目前大都选用定量泵（齿轮泵），对计量要求不高或原液粘度较高时，可用精度较低转速较高的普通齿轮泵，而计量精度要求较高者，拟选用低速高精度、耐高压、耐高温的齿轮泵。（泵转速很低时就要求泵的制造精度很高，否则因内泄漏过大而无输液和计量，如普通齿轮泵当转速＜50r.p.m时就无法正常工作）。转速较低时可延长使用寿命和改善密封。本浇注机采用低速高精度计量泵（转速26~130r.p.m，耐压100MPa，耐温450℃），而计量精度不仅决定于计量泵，且与整个系统设计（如供料及输料）有关。

c、         “头”：浇注头（两组份原液的混合装置）

要求在极短时间内将各组份原液混合均匀、且整个浇注过程中混合比稳定不变，并使混合料达到该种制品的特定要求：如自结皮微孔弹性体在搅拌混合时不能使制品表面产生气泡。为了做到当浇注开始或结束时的瞬时混合比不变（不发生超前或滞后），要求回流压力和浇注压力基本平衡，就要有能精密调节的回流调节阀及和其匹配的节流装置，即可避免次、废品的产生。混合头高速运转时要配备可靠有效的密封装置以防倒料，以保证轴承润滑正常且不发热。有效的清洗机构，使混合腔内清洗干净，永不堵塞。

为了操作自动化和浇注时更为稳定可靠。将浇注头安装在可灵活移动的滚珠导轨上，按操作要求，当自动清洗时能自动退到对准清洗废料容器的上方时即进行自动清洗，清洗完成后自动返回原位（浇注位置），以备下一生产周期浇注之用（一般应浇注一批滤芯垫后才清洗一次）

d、     “台”：为模具定位用的自动控制的工作台

万向工作台，纵横向在滚珠导轨上可灵活工作台，由两套电脑控制的微电机驱动，可按要求的形状和尺寸自动调节好纵向或横向行程及运行线速度。

e、      “控”：电气及控制：

经过几十年的开放改革，目前优质的国产电器与仪表已接近国际水平，控制或显示仪表大都采用全数字仪表[为提高控温精度，采用智能型温控仪及铂电阻探头（pt100）]，浇注量、浇注后清洗由电脑程控器自动控制（可设定60种不同的浇注量）工作台的运行按微机屏幕上显示的图形和尺寸进行自动控制，做到操作方便，维修简单。

②     对设备质量的要求指标“准”、“匀”、“稳”、“泡”：

a、      “准”：要求计量准确：在各种参数不变条件下，其计量误差＜±0.5%。做到混合比准确（决定制品质量、保证高正品率）和浇注量精确（决定制品重量、节约原材料）

b、     “匀”：要求浇注头吐出的混合料应混合均匀（反应完全）不发生超前或滞后（剖开制品时应均匀一致，无局部差异，和模具接触的表面清晰光洁，无针孔或气泡）。

c、      “稳”：原液料温稳定，达到设定要求，误差＜±2℃。因料温高低不仅影响化学反应的速度且影响原液的粘度和计量精度。

d、     “泡”：泡孔结构要符合制品要求，自结皮制品的表面密度较大且光洁无瑕，且尺寸稳定。

要达到以上四点指标就要求该设备：设计合理、结构先进、用材考究、加工严密、装配精巧、操作正确、应用自如。

三、微型发泡机的三种工艺结构：

1、     高压机：采用高压计量（15-25Mpa），冲撞混合，高压推杆式自洁型浇注头（每次浇注后不需用溶剂清洗混合腔），由于微型发泡机总浇注量很小（2-12g/s）两个组份的混合比及粘度相差较大，为达到高压冲撞混合，要求进入混合腔的原液流量＞150m/s，则液流孔极小（d<0.5mm）易造成料液堵塞无法保证正常生产，故国内外未见微型高压发泡机。

2、   高速机：采用中压计量、超高速螺杆混合（n＞15000r.p.m），由高速锥形螺杆的推进以刮净混合腔（不需溶剂清洗）自动化程度高（如欧洲生产的高速机）但结构复杂对材质及加工精度要求极高，对操作及维修人员的技术要求很高，按我国目前的基础工业水平（材料、热处理及加工精度），尚难批量生产出如此高精度又能保证长期可靠使用的设备。

3、   低压机：采用低压高精度计量泵计量，高速机械搅拌混合，溶剂自动清洗，能作到小流量精确计量，尤其当两组份粘度或混合比相差较大时，能较好地满足工艺要求，是比较适合于微型机的工艺结构，当批量生产小制品时，一般要浇注几十个制品后才清洗一次，故清洗剂用量较少。

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