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干冰清洗專(zhuān)家

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聚氨酯彈性體灌注機(jī)的干冰清洗技術(shù)……

摘要：介紹了聚氨酯彈性體灌注機(jī)的干冰清洗，并簡(jiǎn)要的分析了干冰清洗的發(fā)展趨勢(shì)。目前，聚氨酯彈性體產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于滾筒、傳送帶、軟管、汽車(chē)零件、鞋底、合成皮革、電線電纜和醫(yī)用人工臟器等方面，市場(chǎng)的需求量較大。聚氨酯彈性體灌注機(jī)在生產(chǎn)中，一般是間斷使用的。殘料在靜置時(shí)，會(huì)在生產(chǎn)設(shè)備的管道及}昆合頭內(nèi)結(jié)垢。如果不及時(shí)進(jìn)行清洗，將會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量、增大能源消耗、降低生產(chǎn)效率，進(jìn)而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而采用人工機(jī)械清洗和化學(xué)溶劑清洗都有一定的局限性，因此對(duì)聚氨酯彈性體產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，改進(jìn)與完善聚氨酯彈性體灌注機(jī)的清洗方法是一項(xiàng)十分重要的工作，尋求一種高效、省時(shí)、省力、環(huán)保的清洗方法，具有重大的實(shí)際意義。
1 結(jié)垢分析
在聚氨酯彈性體生產(chǎn)過(guò)程中易結(jié)垢的物質(zhì)有3種：多異氰酸酯、聚酯(聚醚)多元醇和兩者反應(yīng)生成物—聚氨酯彈性體。雙組分液體—多異氰酸酯和聚酯(聚醚)多元醇在一定溫度下流動(dòng)的粘度如表1所示。

雙組分液體通過(guò)計(jì)量設(shè)備按照生產(chǎn)要求計(jì)量后，在灌注機(jī)混合頭中充分混合后，再灌注到模具。當(dāng)完成一天的灌注工作之后，必須盡快將從送料管到混合頭的殘留物料清除。其中，送料管中是多異氰酸酯或聚酯(聚醚)多元醇，由于多異氰酸酯的特性，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)結(jié)晶，形成粘附力較強(qiáng)的污垢；而在混合頭中殘余的是雙組分液體充分混合后的反應(yīng)產(chǎn)物—不斷熟化的聚氨酯，它對(duì)混合頭內(nèi)壁附著力很強(qiáng)。根據(jù)以上的結(jié)垢特性分析可知，如果不及時(shí)清垢，會(huì)影響灌注工作的正常進(jìn)行。
2 清洗部位
制備聚氨酯的設(shè)備，只要是雙組分液體反應(yīng)成型的設(shè)備(澆注機(jī)、注射機(jī)、發(fā)泡劑、灌注機(jī))，都是用來(lái)完成凝膠和發(fā)泡兩項(xiàng)化學(xué)反應(yīng)的。灌注機(jī)按商品類(lèi)型分為高壓機(jī)、低壓機(jī)、軟泡機(jī)。高壓灌注機(jī)因其混合腔是氣缸活塞結(jié)構(gòu)，當(dāng)雙組分料在氣缸中混合完畢，活塞就自動(dòng)壓下清除殘料(當(dāng)然，這對(duì)氣缸活塞的配合精度和材質(zhì)要求較高)。因此，高壓灌注機(jī)的混合腔和混合頭可看作無(wú)殘料、無(wú)垢污，不用進(jìn)行清洗，只需清洗輸料管路。
低壓灌注機(jī)如圖1所示。

采用低壓噴射進(jìn)入混合頭高速攪拌混合，然后灌注。這樣，就會(huì)在混合頭處留下反應(yīng)后的殘料。這些殘料對(duì)混合腔內(nèi)壁附著力很強(qiáng)，必須盡快清除。如果不及時(shí)清除，會(huì)影響灌注工作的正常進(jìn)行，同時(shí)輸料管路也會(huì)殘留A料和B料。因此低壓灌注機(jī)需要清洗的部位主要是混合頭和輸料管路。
3 清洗方法現(xiàn)狀
目前，各企業(yè)對(duì)聚氨酯彈性體灌注機(jī)的清洗方法一般采用：(1)機(jī)械清洗法，即由人工操作完成清洗；(2)采用化學(xué)清洗溶劑(常用的有相對(duì)低毒的清洗溶劑—丙酮、乙酸乙酯)和壓縮空氣進(jìn)行氣液混合，清洗殘料。
機(jī)械清洗是一種成熟的技術(shù)，已在生產(chǎn)實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用，具有簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備、工具和工人要求不高等優(yōu)點(diǎn)；但也有無(wú)法克服的缺陷：會(huì)對(duì)設(shè)備造成機(jī)械損傷，從而會(huì)縮短設(shè)備的壽命；清洗操作時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。
化學(xué)清洗采用相對(duì)低毒的清洗溶劑，丙酮和乙酸乙酯，利用相似相溶原理，在生產(chǎn)實(shí)際中能夠很好地去除結(jié)垢物。但需要對(duì)清洗后的廢液進(jìn)行二次處理。還需在操作時(shí)做好勞動(dòng)保護(hù)。
由于化學(xué)清洗方法中，其清洗劑和排污物污染環(huán)境、對(duì)人體有害，目前該方法的應(yīng)用業(yè)務(wù)在清洗行業(yè)中僅占約25％，大多數(shù)生產(chǎn)廠家愿意選擇無(wú)環(huán)境污染的物理清洗方法。
4 干冰清洗
干冰清洗技術(shù)自20世紀(jì)80年代就已經(jīng)商業(yè)化，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)／輪胎、橡膠／塑料模具、印刷、鑄造、食品加工、航空、電力、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域，用于模具(輪胎模、聚氨酯模、橡膠模、合金壓鑄模等)生產(chǎn)線上的除污。目前，許多國(guó)際著名的輪胎制造公司，如固特異、米其林，普利司通以及國(guó)內(nèi)的雙星、黃海、佳通、玲瓏等輪胎公司的每個(gè)工廠，均采用干冰清洗技術(shù)清洗輪胎模具。灌注機(jī)中的污垢成分主要為多異氰酸酯、聚酯(聚醚)多元醇和聚氨酯彈性體，其性質(zhì)和橡膠類(lèi)似，因此同樣可以使用干冰清洗，清除這些污垢。
4.1 干冰清洗的原理
干冰清洗又稱(chēng)冷噴，是以壓縮空氣作為動(dòng)力和載體，以干冰顆粒為加速粒子，通過(guò)專(zhuān)用的噴射清洗機(jī)噴射到被清洗物體表面，利用高速運(yùn)動(dòng)的固體干冰顆粒的動(dòng)量變化(△mv)、升華、熔化等能量轉(zhuǎn)換，使被清洗表面的污垢、殘留雜質(zhì)等迅速冷凍，從而凝結(jié)、脆化、被剝離，且同時(shí)隨氣流清除。不會(huì)對(duì)被清洗物體表面，特別是金屬表面造成任何傷害，也不會(huì)影響金屬表面的光潔度。清洗原理如圖2、圖3所示。

mv²
式中，E為動(dòng)能，J；m為干冰粒的質(zhì)量，kg；v為干冰粒在壓縮空氣作用下產(chǎn)生的速率，m／s。
F·t=m·△v,
△v =v1-v2。
式中，m為干冰質(zhì)量，kg，v1為干冰沖擊被清洗表面前速率，m／s；v2為干冰粒沖擊被清洗表面后速率，m／s；F為沖擊力，N；t為沖擊時(shí)間，s。
高速的干冰粒碰撞到增大了的污物表面時(shí)，將上述動(dòng)能傳遞給污物，克服已經(jīng)減小的粘附力，因而產(chǎn)生的剪切力使污物隨氣流卷走，達(dá)到了脫除污物的目的。
4.2 干冰清洗的優(yōu)點(diǎn)
利用干冰作為介質(zhì)來(lái)清潔污垢的清洗方法與其它的傳統(tǒng)清洗方法相比具有的優(yōu)點(diǎn)列于表2。

4.3 干冰清洗系統(tǒng)
壓縮空氣供給裝置和沖洗單元組成干冰噴射系統(tǒng)；可以根據(jù)用戶需要，將干冰制備系統(tǒng)與噴射系統(tǒng)分開(kāi)，干冰制備系統(tǒng)只是作為提供原料的生產(chǎn)設(shè)備，干冰噴射系統(tǒng)單獨(dú)用于清洗過(guò)程。清洗裝置如圖4所示。

4.4 干冰清洗工藝過(guò)程
清洗流程見(jiàn)圖5。

由干冰制造機(jī)生產(chǎn)出干冰顆粒(大小由污染情況決定)，經(jīng)貯罐輸送到干冰清洗機(jī)，與壓縮空氣(壓強(qiáng)在0.5 MPa以上，流量2m／min以上)混合，隨壓縮空氣通過(guò)噴槍沖擊被清洗基體表面，干冰隨即發(fā)生氣化，其體積瞬間膨脹近800倍，在沖擊點(diǎn)造成“微型爆炸”，從而把污物帶離基體表面。被清洗下來(lái)的污物由于處于低溫固化狀態(tài)，是干垃圾。由于氣壓的作用，清洗下來(lái)的污物具有流動(dòng)性，會(huì)隨著氣流噴出設(shè)備，因此污物不會(huì)堵塞噴料混合頭。將清洗下來(lái)的污垢轉(zhuǎn)移到桶里或其它容器中處理，不會(huì)產(chǎn)生其它需清除的污垢。在噴射表面的過(guò)程中，干冰迅速氣化，進(jìn)人大氣，無(wú)需進(jìn)一步處理。
通常，在噴射清洗時(shí)不使用防護(hù)罩，因此清洗工作可直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，不會(huì)影響設(shè)備生產(chǎn)。同時(shí)，清洗過(guò)程中不需要進(jìn)行拆除或拆卸，故清洗設(shè)備前的準(zhǔn)備時(shí)間很短。正是由于干冰清洗的自身特性，使得這一清洗過(guò)程可以保證在一些人們無(wú)法夠及之處進(jìn)行快速且完全的清洗。
4.5 干冰清洗實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：干冰儲(chǔ)存箱、空氣壓縮機(jī)、干冰清洗機(jī)（干冰噴射器）。
清洗對(duì)象：送料管(管長(zhǎng)1m)、灌注機(jī)混合頭。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)混合頭和送料管(選管長(zhǎng)為lm)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得到了兩組數(shù)據(jù)：見(jiàn)表3和表4。
表3表4

對(duì)于生產(chǎn)部門(mén)來(lái)說(shuō)，較少的資金投入換得較高的利潤(rùn)回收是再好不過(guò)的舉措。由于干冰制造機(jī)（干冰造粒機(jī)）價(jià)格(20萬(wàn)元左右)對(duì)于一般用戶是很難接受的，而干冰顆�？梢詮母杀圃鞆S購(gòu)買(mǎi)，可用干冰儲(chǔ)存箱儲(chǔ)存，價(jià)格低廉。一般情況下，每天干冰儲(chǔ)存箱內(nèi)的干冰氣化損失為4％，可以保存5～10天，可以滿足清洗的需要。因此，生產(chǎn)廠家只需配備空壓機(jī)、干冰清洗機(jī)(12萬(wàn)元左右)和干冰儲(chǔ)存箱，而不用購(gòu)買(mǎi)價(jià)格較高的干冰制造機(jī)。
5 總結(jié)
為了滿足聚氨酯彈性體生產(chǎn)的需要以及克服傳統(tǒng)清洗方法的缺點(diǎn)，可根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇干冰清洗。干冰清洗技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)顯示，它可以逐步取代傳統(tǒng)清洗工藝。雖然初期投資比傳統(tǒng)清洗要高，但是企業(yè)一旦采用此方法，投入實(shí)際生產(chǎn)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：聚氨酯彈性體灌注機(jī)使用干冰清洗是完全可以的，并且效果明顯，經(jīng)濟(jì)節(jié)能，有環(huán)保清洗的優(yōu)勢(shì)，符合2l世紀(jì)所倡導(dǎo)的綠色環(huán)保生產(chǎn)的主題。

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