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  • PU安全鞋生产技术工艺与原料及设备、问题集锦

    文/ 发布于2017-09-06 浏览次数:948

      一、什么是聚氨酯?

      是聚氨基甲酸酯的简称,是在高分子主链上含有许多重复的氨基团的高分子化合物,由异氰

      酸酯与多元醇化合物通过化学反应而成。

      二、什么是鞋底用聚氨酯?

      鞋底用聚氨酯是介于橡胶与塑料之间的微孔弹性体,是含开孔的微孔弹性结构,泡孔直径0.01~0.1mm,自由发泡密度0.25~0.35,(成型密度0.3~1),通常有1~2mm自结皮,具有优越的回弹性和很大的能量吸收能力。东方安全鞋采用热塑性发泡聚氨酯材料(简称PU),具有轻便、高耐磨、高弹性、加上进口添加剂/高端技术的运用,同时具有耐水解、耐中低浓度酸、碱、有机溶剂、抗老化等优良特性!

      三、为什么说聚氨酯是制造鞋底的理想材料?

      1、聚氨酯鞋底具有轻柔、保暖、耐油、耐曲挠、耐磨等特点,比橡胶耐磨6倍以上,可按使用要求在很宽范围调节它的密度与硬度,可制成双色(双密度)的双层鞋底,下底为微发泡的高耐磨工作表面,内底为穿着舒适的弹性泡沫。

      2、极轻,比重仅0.3~0.8,比常用的鞋底材料轻很多,对要求耐冲击、防穿孔的厚底鞋更合适,全世界安全防护鞋(劳保鞋)中15%采用聚氨酯(PU)鞋底。

      3、模具要求较低,制作方便投资节省(发泡时对模具压力较小,仅0.14~0.2Mpa)。

      4、成型方法简单可,既可生产鞋底亦可生产连帮鞋,(PU底和各种面料的粘接力特强)品种及产量变化灵活,适合于现代工业生产。

      四、生产工艺流程怎样?

      A、B组份原料在原料预热烘箱中完全熔化,按要求在A料中加入C料(催化剂)及色浆,分别加入鞋底成型机的原液罐中,按配方要求及浇注量分别调节好两个组份(A1与A2及B)的计量泵转速,两组原液在混合装置中经高速搅拌混合均匀而发生化学反应,将混合料浇注在鞋模中(由鞋模型腔大小来调节电脑程控器所设定的浇注时间),加盖后鞋模送到环形生产线烘道使之加热熟化(生产双色鞋底须固化后再浇第二次),固化后的PU鞋底经脱模、修边、整理和检验即为成品,鞋模喷脱模剂后再送去浇注,整个生产周期可按原液的熟化要求来调节生产线的速度。

      五、生产PU鞋底(连帮鞋)要准备什么条件?

      1、 生产场地:宽8m,长20m,约160m2,相应的原料、半成品及成品仓库,由于设备较轻,占地面积较大,故可安放在楼上(为了安装及移动方便,设备无地脚螺钉)。若生产PU鞋底应有喷漆场所;若生产连帮鞋,则应增加缝制鞋帮及定型的设备与场所。

      2、材料:原料应常备0.5~1吨左右,A料每桶18kg,B料每桶20kg,C料虽用量很少,因不易变质,可准备10kg左右。另需准备脱模剂50kg,清洗剂(二氯甲烷)一大桶及色浆若干。

      3、 电量约50kw左右,若生产线烘箱不用电加热,则需电量约20kw左右。

      4、 空气压缩机壹套(输气量0.6m3min,气压0.6~0.8MPa,功率5.5kw)作主机气源及喷脱模剂之用。

      六、成套的生产PU鞋底(连帮鞋)设备(飞龙20型)包括哪些部份?

      1、原液预热烘箱(F36型)

      可预热36小桶(18~20kg)原料,前后开门以便于按时配料,加热温度恒温自控,设有热风循环装置(外形尺寸:1250×1300×1800)。

      2、矩形生产线(HT60型)

      设有60个台车,烘道长10m,(加热温度自动控制)模具运行线速度无级可调。(外形尺寸:16200×1860×1300)。

      3、双色精密鞋底成型机(PU30F-X)

      可生产双色(双密度)鞋底(连帮鞋),是保证制品的高正品率和设备低故障率的关键。

      a、料罐:两组三罐(A1、A2和B),慢速搅拌与加热夹套的不锈钢料罐(加外保温层)使A、B原液保持恒温稳压。

      b、计量装置:是决定次品或废品的关键:混合比超过原料的配方要求可能产生废品;总浇注量误差过大可能造成次品。A、B两组分别由过滤器、低速高精度计量泵、调速电机、系统压力测定(压力表)、流量测定与调节(转速表)等组成。

      c、混合装置:是低压发泡机的关键部件,其要求是:使A、B原液在极短时间内混合均匀;保证在混合过程中混合比始终不变,不产生初喷差与终喷差;系统不漏气、不漏料;搅拌轴端密封可、不倒料;清洗可、稳定方便。“回流”←→“浇注”采用转轴式变换,清洗液从出料孔中同步进行,永不堵塞,因转轴与伐体采用高精度无密封件配合,既转动自如,又不漏料,故使用寿命特长,维修简单。由三位气缸控制A1、A2和B料的回流或浇注及清洗。因浇注或回流时,清洗处在关闭状态,可保证不漏液、不倒料。

      d、控制及电器:温度、压力、流量(计量泵转速)均选用高精度数字仪表,电器元件采用出口型西门子系列,精确可、性能稳定。新型的电脑程控器控制浇注量:可设定99种不同模具的浇注量,自动控制液洗和气冲,可大大节省清洗剂用量。

      七、为什么聚氨酯鞋底(连帮鞋)近几年国内才能大力发展?

      1、认识问题:聚氨酯是新颖材料,近年国外进口的中、高档鞋都用聚氨酯材料,生活实践中亦证明了它的卓越性能,才使大家认识到生产中、高档鞋应采用聚氨酯(PU)材料。

      2、原料问题:以前国内仅烟台可供应聚氨酯鞋底原液,价贵且供不应求,现因开放改革及市场经济的促进,国内已有很多家供PU鞋底原液,质量完全过关,售价比以前大为下降,温州华丰公司日产量即超过二百吨。

      3、设备问题:进口设备价格昂贵,结构复杂,操作及维修要求较高。国产设备经过近十年的不断创新与改进,已达到了生产结构先进,投资很少;可保证长期稳定生产。

      八、保证聚氨酯鞋底正品率有哪些因素:

      1、合格的原料;

      2、合适的设备;

      3、合理的模具;

      4、正确的操作。

      九、什么是合格的聚氨酯鞋底原料?

      为了保证制品的正品率,得到圆满的化学反应,要求两个组份粘度要相近(亦可由料温来调节)混合比接近1∶1。这样容易达到精确计量及混合均匀。为了达到以上要求,目前国内外PU鞋底原液都采用半预聚体工艺:A组份为聚酯多元醇、发泡剂、扩链剂、匀泡剂及催化剂(作为C组,在使用时加入A组份)等的混合物;B组份由部份聚酯多元醇和异氰酸酯先反应(预聚),控制异氰酸根,以求在反应发泡时速度较易控制。

      高质量的PU鞋底的主要性能指标:

      撕裂强度≥3.5Mpa 磨耗≤300毫克 屈挠疲劳30万次裂痕 脆化温度-25℃

      十、什么是合适的设备

      结构先进、性能稳定,计量精确、混合均匀;控制灵敏、清洗可;操作简单、维修方便;品种变化灵活、产量可大可小。

      十一、什么是合理的模具?

      1、尺寸:鞋底成型后基本上无收缩,加工模具时可不放余量。

      2、强度:发泡压力不大,模具强度可按0.4Mpa计算。

      3、花纹:不能太深,要求圆角过渡不能有锐角,不得与鞋底折弯方向一致,要求便于排气。

      4、结构:一般应采用开模浇注,合模面或几层模板的组合面要考虑排气顺畅而基本不漏料,锁模迅速。

      十二、什么是正确的操作?

      根据原料及模具,在深入了解设备性能和结构的基础上,参照操作说明书要求,制订出相应的工艺条件和操作规程。当原料、模具、原液压力、料温及混合比变化时能熟练调整,出现不正常现象能正确分析与及时处理。

      十三、鞋底成型主机为什么有二罐机?三罐机和四罐机?

      因为聚氨酯鞋底是两组原液通过化学反应而成的,为了生产两种颜色(或密度)的鞋底(连帮鞋)就要求有两种不同颜色(不同成份)的A料(A1或A2)与B料反应而成,就需要A1与A2等两套料罐、计量泵和能变换双色的混合装置,这就是三罐机。同理生产三种颜色(或密度)的鞋底(连帮鞋)就需三套A组份,就称为四罐机。目前以三罐机最实用,因A组份增多而混合装置仅只一个,每增加一个A组份即要增加两条料管(进料管与回流管),则使机构复杂、操作不便、维修困难,故目前只能生产出三个A组份的四罐,再增加组份就不实用了。

      十四、为什么要求较高的聚氨酯设备都采用“回流——浇注”流程,而不采用“直通”流程?

      “直通”流程:由料罐经过过滤后的A、B原液分别由计量泵按配方要求输入混合装置,混合均匀即可浇注。其优点是流程简单、不需要回流管,常用于要求不高的场合,如聚氨酯硬泡喷涂。

      “全回流——浇注”流程:由A、B计量泵输至混合装置中,由同步切换开关控制,浇注时使A、B料全量进入混合腔,在高速搅拌的混合头作用下混合均匀后即可浇注;若停止浇注则切断A、B料进入混合腔,而全部回流到原来料罐。通过调节进料压力与回流电压力,可使浇注时保持恒定的混合比,不会造成刚开始混合或混合结束时混合比(瞬间配比)变化,而产生次、废品,可大大提高制品的正品率。

      十五、飞龙机:双色精密鞋底成型机(PU30F-X)有何特点?

      1、料罐结构先进:目前都使用聚酯型聚氨酯鞋底原料,常温下为半固体,必须要加热熔化后才能正常使用,故原液在料罐中应保持在40~50℃,大大高于室内温度,在不锈钢内胆与加热夹套外面增加了保温绝热层,起恒温节能作用。罐盖经机床加工,提高了搅拌装置的同心度,改短了搅拌轴,保证了搅拌平稳与轴封密封可,以防停机时水气侵入使原液变质。

      2、提高了计量泵的精度:选用低速超精密计量泵,(转速30~130转分、耐压10Mpa、耐温300 ℃),由于泵的转速愈低,其内泄漏就愈大,要达到要求的计量精度(误差 <±0.5%=就要求泵的加工精度很高,超精密计量泵由高级合金钢在恒温条件下精密加工而成,所以当原液的压力、温度或粘度波动时,两组份的计量及混合比极小变动,就可使制品正品率大为提高,且因转速较慢,可延长泵的使用寿命,改善泵的密封及润滑条件。

      3、混合装置结构紧凑、功能完善、简单实用、维护简便,由三位气缸及转轴式开关来切换“浇注”、回流与清洗及瞬间切换不同颜色,性能可、工作稳定,采用特殊的密封元件可防止搅拌轴端倒料。采用经过不断改进又长期实践的新型混合头高速搅拌,达到混合均匀,费料最省。

      4、控制灵敏、使用方便:料温数显自控,原液压力及计量泵转速数字显示,采用新型的进口原件电脑程控器,可控制99种浇注量及自动清洗。

      十六、各种聚氨酯鞋底主机情况如何?

      1、进口机与国产机比较:

      进口机性能较佳,结构复杂、售价较高、对操作人员的要求亦较高。国产机经过近十年的改进基本上达到了经济实用的要求。

      2、几种温产机的比较:

      几年来温州生产的PU鞋底机产量占全国90%以上,性能基本相似,主要都由料罐、计量混合及控制等四部份组成,以仿制者居多,创新者较少。

      现比较如下:

      (1)料罐:

      a、 外保温层:大部分厂家为制造方便,省工省料在料罐的加热夹套外面不加保温层,造成能源浪费,迫用户自己要加上保温层。

      b、液面及罐内观察:大部分厂家在料罐侧面设有视镜或玻璃板液面计,以了解液面及罐内情况,但聚氨酯原液会粘接和结皮,生产一段时间玻璃不透明了就造成使用不便,较理想的办法是盖上设灯镜与视镜,使罐内情况及液面看清楚。

      c、罐盖采用凸盖或平盖;聚氨酯生产的早期,因原料的粘度较高,必须要往罐内加氮气才能保证计量泵的正常供料,当时的料罐为受压容器,故必须设计成凸盖。现在因原料粘度降低及生产工艺的改进(可由升高料温来降低粘度),故目前生产时料罐可与大气相通,仅要求停车时密封性能较佳,不使大气中水分进入罐内使原液变质,现用的料罐为常压容器,可采用平盖(目前国内外较先进设备亦采用平盖),其优点是可将搅拌的轴封装置,焊后整体上机床加工,提高了同心度、保证了密封性,且搅拌轴改短后其运转更平稳。

      d、料罐加热夹套内导热油循环:采用油泵强制循环或采用自然循环,其目的都是使料温误差较小,加热平稳。早期的进口或国产设备都曾采用加热油循环系统,设了油箱、油泵、热交换器及制冷机。而生产实践中发现系统复杂后以致故障大大提高,且对调温精度提高并不显著,因生产工艺及原料的改进,对料±1℃即能满足要求,故应采用简单实用的方法,以保证正常生产。

      (2) 计量部份:各厂流程大同小异,计量泵选用各不相同。

      ①、计量泵:

      a、 高速计量泵,常用BB-B型摆线齿轮油泵,转速为200~1000转分或130~660 转分,这种泵精度较低,价格便宜,提高转速来减少泵内泄漏,只能达到较低的计量精度,当原液的温度、压力或粘度波动时,对计量影响较大,可能影响混合比而造成次品或废品。

      b、中速计量泵:比高速泵精度大为提高,转速为60~300转分,计量精度亦有所提高。

      c、 低速计量泵:转速为30~130转分或40~200转分,由于转速较低,为减少泵的内泄漏量,必须要提高材质及加工精度(用高级合金钢在恒温车间加工而成),实践证明对提高制品的正品率有利。可延长使用寿命,改善轴密封。

      ②、传动装置:都选用MB系列行星摩擦式机械无级变速机,对低速泵需再加一级齿轮传动,由于计量泵不需经常调速,一般都采用手动调速,如为用户需要亦可配置闭环控制的电动调速。

      ③、转速表(数码显示测速仪)各厂基本相同。

      (3) 混合装置:型式:目前国内外主要有三种型式:

      a、 高压冲撞式:利用高压高速液流冲撞混合,由推杆刮净混合腔,不需清洗剂,只能用于浇注量较大的聚氨酯设备,尚不能在鞋机上应用。

      b、高速螺杆式:由高速(15000转分)锯齿形螺栓使A、B原液混合,推动高速锥形螺杆刮净混合腔,不需清洗剂,目前进口连帮机普遍采用,对材料、热处理及加工精度要求极高。国内虽已仿制,但性能无法达到,尚不能长期稳定生产。

      c、低压搅拌型:来自计量泵的A、B两组原液经过切换伐及节流片进入混合腔,在混合头的高速搅拌下,使其混合均匀后在出料口排出。主要有下列部分组成:

      ⅰ、切换伐:变换浇注、回流或清洗状态。

      (a)、转轴式:目前温州各厂较多采用,结构简单、性能可、要求制造精度较高、清洗剂由出料孔同步清洗、不易堵塞、由三位气缸控制它的不同状态。

      (b)、针伐式:仿制德国连帮鞋机,结构稍复杂,对操作要求稍高。

      ⅱ、节流片或节流螺钉:以其钻孔大小来调节浇注压力与回流压力平衡,以消除初喷差与终喷差,使A、B原液均以高速射入混合腔,为均匀混合创造条件。各厂大同小异。

      ⅲ、混合头:各厂均采用低炭钢制叶片式,只是长短各不相同。

      (4) 控制及电器部分,各厂均大同小异,各有其优。

      总之:以结构简单、方便实用之宜。

      十七、对清洗剂有那些要求?

      1、能溶解聚氨酯。

      2、能挥发(清洗后表面不残留)。

      3、对人体无毒,对环境不污染。

      4、不易燃,以前曾以丙酮作清洗剂,因易燃而发生多次火灾。

      5、对氟橡胶不太腐蚀,(以防破坏密封件)。

      十八、如何防止断底?

      1、 原料方面原因:国内或国外都因聚氨酯原料不佳,大批量的断底造成退货。不但赔底还要赔 鞋,而造成几百万元的损失,八十年代上海曾因断底而禁止采用聚氨酯鞋底。经过这些年的不断改进与实践,目前国产原料技术已完全过关,因原料而产生的断底事件已很少发生。如原选用不对,硬度过硬,使用气温过低等。若原液的可调范围太宽或太窄,不易找到中心配方(最佳配方)亦易断底。

      2、 模具方面原因:如锐角或沿折弯方向花纹过深等。

      3、 设备或操作方面原因:

      (1) 模温:预热和熟化时模温以35~40℃为宜,过高则反应过快,易溢出,底面易产生裂纹,成型时会产生“窝”;模温过低,则反应不良,不能充分发泡,表皮变厚。

      (2) 总浇注量不合适,一般原料乳白期约8~10秒,浇注时间以不超过5秒,否则影响混合料在模腔内的充满和反应。

      (3) 供料不足而影响混合比的变化:供料充份是计量准确的前提。造成供料不足的原因:原液粘度过高,影响计量泵吸入,可由提高料温来降低粘度或料罐内加干燥的压缩空气(0.5kgcm2)以便于计量泵吸入;计量泵的进口管路不通畅,由于进口管中原液流速较慢v=0.5~1ms,故较易结壁,应适时清理;过滤器堵塞,使过滤面积减少,应经常清洗(要求每天或每班一次)。

      (4) 混合比误差:未调到中心配方的最佳位置,当计量泵输送或混合装置变换等造成计量误差,就可能超出了中心配方的允许范围。

      (5) 料温变化过大:尤其当二组份不同时加料,新加原液温度较高,因料温相差过大,造成配比误差。

      (6) 脱模时间过早或C料(催化剂)不足:混合料在模具中尚未完全反应和初步固化,此时脱模就可能产生裂纹或断底。

      (7) 瞬间配比与要求的配比不符:由于A、B两组原液的粘度和流量各不相同,当由回流转为浇注(或由浇注转为回流)两组压力不同造成流速不同,使其配比变化,常用调换注入孔大小不同的节流片,使得瞬间配比与要求的配比基本相同。

      (8) 为杜绝断底,操作时因注意:记录并观察各仪表上参数(如压力、温度及转速等)的变化;分析其变化的原因及可能产生的后果;经常检查鞋底飞边的强度,如变酥则可能配比有误,应即停机检查原因;定期浇注试杯,“长杯”浇3秒,(看总量的配比与混合情况),“短杯”浇0.3秒(看瞬间配比与混合)。

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