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行业动态2024/10/29 11:16:55
迭代中跃升，新型混合头赋能聚氨酯发泡技术
来源：克劳斯玛菲2023/12/16 8:50:5373
导读
聚氨酯发泡材料具有良好的可塑性和可加工性、轻质且优异的绝缘性能，适用于汽车座椅、车身、隔音材料等方面，聚氨酯高压发泡技术为汽车的轻量化设计提供了重要的支持和保障。
随着全球汽车数量的不断增加和新能源汽车迅速发展及普及，材料轻量化也在加速进行中。聚氨酯发泡材料具有良好的可塑性和可加工性、轻质且优异的绝缘性能，适用于汽车座椅、车身、隔音材料等方面，聚氨酯高压发泡技术为汽车的轻量化设计提供了重要的支持和保障。
Grammer公司是知名的座椅生产商，其标志性棱纹靠背座椅广泛用于拖拉机、叉车或大型卡车。作为其长期合作伙伴，克劳斯玛菲开发的新型precisionMixhead 8/12-2K-40混合头率先应用于该公司的座椅生产，已助力其加工了40万个聚氨酯泡沫座椅，这也是precisionMixhead的首次批量化生产应用。
有时，当模具闭合时，混合头还需要精确地插入开口，因此混合头紧凑的设计显得非常重要。为了让混合头具备比之前版本更好的混合质量，升级后的混合头加宽了工艺窗口，这样有利于提高出产量和混合压力。在Grammer公司的批量化座椅生产中，precisionMixhead 8/12-2K-40混合头获得了客户积极反馈。
工厂使用克劳斯玛菲precisionMixhead 8/12-2K-40混合头操纵转台系统，用于生产拖拉机、大型卡车和叉车座椅。每个转台配备20多个模具。一个混合头首先移动到开模状态的模具处(已插入盖子并被真空吸住)，然后用软泡进行填充。
Grammer公司使用拥有24个工位的转台系统生产
带有标志性棱纹靠背的座椅
填充泡沫后，转台转动工位，让模具盖上另一个不同几何形状的盖子盖体，同时盖子盖体立即封闭。随后第二个混合头插入盖中，将致密的聚氨酯泡沫浇注到空腔中，作为固定座椅的支架(支撑)。6秒后，泡沫变得足够坚硬，盖子盖体可以被打开。稍等片刻后，盖子盖体打开，接近完成的泡沫坐垫转移到全自动的激光修剪装置。这就是每天数千个泡沫坐垫的生产流程，整个生产过程的废品率极低。
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每个模具都有两个不同几何形状的盖子(盖体)
因此也可以用硬泡生产支撑件
混合头是聚氨酯发泡系统的核心部件，直接决定多元醇和异氰酸酯组分是否能混合均匀并按预期比例混合。如果两组分不能混合均匀或未按预期比例混合，固化的泡沫可能有粘点(如果多元醇较异氰酸酯先喷出)，或者泡沫坐垫显得太硬或太软。
混合过程是如何进行的？
多元醇和异氰酸酯在一个闭环系统中从各自的密封罐流向混合头，然后再流回；它们通过喷嘴(通过针头节流)流入混合室。但这只有在带再循环槽的控制杆打开时才会进入混合腔，否则物料流会留在回路中。该系统可以确保组分的压力、数量、温度和流速在喷嘴口始终保持恒定。
在物料即将排出时，控制活塞就会打开通往混合室的通道，等待组分达到注射量。注射量用每秒的输出量乘以时间计算得出，例如200克乘以5秒得到1公斤聚氨酯的注射量。组分在混合室中被雾化并在100至200巴的压力下混合。开模浇注需使用一个L形混合头，如precisionMixhead混合头来进行泡沫填充。
克劳斯玛菲在L型发泡混合头领域拥有多项专利技术。产生的泡沫以90度角偏转到出口，并通过清洗活杆完全流出。如果使清洗杆稍突出以缩短从混合室到出口的行程，就会发生额外的后混合，且会停止流出(排料过程会相对平稳)。
这一混合过程非常复杂。因此，为了对现有的高压混合头进行优化，克劳斯玛菲研发团队通过流动模拟对混合过程进行分析。模拟发现当流速尽可能低时，组分混合效果最好。
通过对比60克组分混合物发现，使用precisionMixhead 8/12-2K-40的实际体验与克劳斯玛菲和开姆尼茨工业大学的合作团队在混合头开发过程中进行的流动模拟数据相吻合，泡沫的混合质量提高了三倍。
为了确保混合精度，多年来Grammer公司一直使用克劳斯玛菲的Vario喷嘴。与标准的弹簧加载喷嘴不同，这些喷嘴的气垫位于喷嘴后面的气腔。当气垫处于160巴压力下，压力会通过膜片传递到喷针上，因而喷针往复移动，来补偿组分流速波动时产生的压力变化。
座椅加热元件也可以集成到发泡系统中
克劳斯玛菲重新优化设计混合头的目的不仅是为了提高聚氨酯组分的混合质量，也是为了缩小新混合头的几何尺寸。多元醇和异氰酸酯流入混合腔的喷嘴的位置会直接影响混合效果和混合头尺寸。
如果两个喷嘴彼此直接相对，则一种组分可能进入到另一种组分的流道。因此必须让喷嘴的排列呈一定角度。通过适当结构优化，克劳斯玛菲成功地将传送混合头的两个L形支腿分别缩短到原来的92%和65%，从而将混合头的体积缩小达25%，重量也从13千克减轻到约10.5千克。
在浇注过程中，混合头决定泡沫的均匀性
从而决定了座椅的质量
precisionMixhead混合头首次实现混合腔、出口腔和控制杆磨损时可完全更换。其中，出口腔和控制杆已经从多件式变为单件式，有助于节省空间和减轻重量。为了使用更方便，直径25毫米的出口管的长度从32毫米延长到40毫米。
Grammer公司工程主管Martin Wiendl认为可靠耐用是克劳斯玛菲系统的主要优势。他说：“我们的转台系统从2001年以来一直在正常运行，它们非常可靠，系统和备件都方便易得，克劳斯玛菲的支持团队也随时会为我们提供服务。” Grammer公司和克劳斯玛菲已经成功合作了大约30年，未来还将继续保持密切合作。
聚氨酯高压发泡技术市场前景越来越广阔，克劳斯玛菲通过结合市场需求和企业实际情况不断升级和改进技术，提高产品质量和性能，为推动新材料产业发展提供重要力量。
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