聚氨酯高压混合头介绍

1．   绪言

高压发泡机上最关键的部份就是混合枪头。枪头的任务就是把两种 (或三种)原料均匀的混合。原料在混合室中只会停留一刹那，要在这么短促的时间内达到均匀混合的效果，原料就必须具有强大的动能经对方猛力冲击。为了要取得高动能，只好把喷嘴的孔径缩小，阻力增加，这当然也就把原料压力提高了。

第一代的混合枪头只有一个活塞,既要负责混合、清洗,亦要考虑不让原料高速吐出 (喷溅)。折衷之后，只好把活塞杆直径增大，造成开枪速度慢，导致初出原料经常出现混合不均匀的现象。

2．   混合室

L型枪头以两个活塞操作。小活塞尽量缩小，以便取得更好的混合均匀度。混合室其实就是小活塞后退所腾出的空间。如果太大了，原料在冲击时能量减少了就不能很好的混合了。混合好了的原料继续往前进，转过90°的弯进人大活塞腾出的空间 。大活塞尽量放大，让原料以较低的前进速度吐出藉此减低喷溅。

由于L型结构及大口径吐出口大大地削减了喷溅度，所以可以进行开模灌注，使生产工艺更加简单、更理想。尤其是一些形状古怪,或大体积的产品，更加需要开模,让枪头在灌注期中移动使原料更均匀的分布在模腔内。最新的汽车座垫是双密度的(两翼较硬，中垫较软) ，必须由多枪头同时在模腔内灌注，就更加需要开模灌注了。             

很多人都有一种错误的观点，那就是高压发泡机吐出的原料一定是很高压力,那模子岂不是要做的很牢固 ? 这个似是而非的观念是由普通聚乙烯、丙烯等挤塑机所造成的。 因为上述三机器也是以高压 ( 譬如说100—3000顿)，把处于熔塑状态的原料挤入模腔直至填满为止 。模于是全钢由机加工出来的，坚固无比。其实只要把 FPL 枪头仔细的看一看、想一想，就不难发现以下的事实：

     A． 原材料是液态的，并非熔塑状态。

B． 原材料的压力是因为喷射嘴孔径缩小所造成的，就在喷射嘴孔径处，静能(压力)完全转变为动能(速度)，原料的压力刹时间消失的无影无踪.原料在进入模腔时就像是打开水咙头让水流入那样。

      C． 原料只是填充部份模腔，剩余空间是较后发泡时填满的，所以模具在灌模时并没有承受到膨胀。过后在发泡时模具所承受的膨胀压力，就得看原料内含发泡剂的数量，但通常都在不大于l ㎏／c㎡，所以模具的设计承压都在1．5 - 2．0 ㎏／c㎡间。

3．   喷嘴设计

3．1．很多人都有一种错误的概念，那就是高压泵就应该是任何时候都是在高压状态下操作。其实高压泵是指它有能力克服较大的阻力，就像是一个武林高手，他平时一样可以文质彬彬，但一旦出现突发事件，他的武士精神就会发挥的淋漓尽致了。

3．2．压力就是流程管道中的阻力，那阻力又是从何处来的呢? 那就是喷嘴了。大体上说，喷嘴分为两大类——固定式与自调式。

3．3．顾名思义，固定式的喷嘴一旦设定后，孔径就不会再变动，原料流量有所变动时，压力就跟着波动，固定式喷嘴又分两类：

3．3．1．圆柱型。这是最早期的设计，喷嘴针成圆柱型，喷针稍为移动，原料喷出孔径变动大，碰上低粘度原料，就可能发觉压力波动很敏感。

3．3．2．圆锥型。为了减少压力波动的敏感度，喷针及喷嘴做成圆锥型，同样的喷针移动量所带来的孔径变动量相对的减少，这是好处。但它同时带来一个缺点,喷针与喷嘴间的锥型通道制造了阻力,为了取得同样的原料动能(同样的孔径切面积),压力就要大幅度提高了。

3．3．3．喷嘴材质

一般的硬泡、软泡,自结皮的原料，不含填充料，经过滤清器后,洁净度都比较好，对喷嘴的磨损不会很严重.喷嘴只要经过好好的热处理就能有较长的寿命.但近日在生产软泡座垫时有要求加入填充料( 某种塑料粉 malaminepowder ) 以提高座垫的阻燃性。这样对喷嘴很不利，因为这些粉状物是以 ＞100米／秒的速度冲出喷嘴，磨蚀性很强。

3．4．自调式。 L’orangenozzle，以往通称桔子喷嘴。

3．4．1．这个喷嘴因弹簧把喷针往前推，弹簧能延伸、收缩、调节喷嘴的孔径。原料流量增加时，喷嘴需要增大切面积以维持相同的压力,于是喷针就只好往后退,挤压弹簧。喷针后退0．5mm就能扩大切面积不少，但弹簧后退0．5 mm ，应力却并增加太多。这就是为什么压力变动看起来比较稳定。

3．4．2．为了使原料混合的更好同时使喷嘴更靠近小活塞，我们把喷嘴的前面 A部份机加工成梯级形，喷嘴的定位座也同时作了一点修改(前端的间距套稍短)，这样一来，这两代的产品就不能对掉使用了。新的喷嘴除了前端机加工了之外，同时亦增加了通道，从原来的3通道增加到12通道。于是阻力减少了，更适合于高粘度的原料。

4．   意大利面条现象

L型枪头的小活塞的左右两面，原料有时是以150bar压力流动，而     这个小活塞与外套之间的有一个间隙，这个间隙不能太大也不能太小。太小了，摩擦力高，小活塞行动不灵敏   ；太大了，原料就互混发泡堵塞。

     是原料在小活塞旁槽办流过时的压力损耗，高粘度的多元醇的压力损耗可达20bar，而低粘度的黑料却不过是5 bar，这一来，小活塞的左右两面就产生一个15 bar   (20-5) 的压力差，于是较高压的白料就会有微量渗漏到较低压区的黑料。 在这里 ,黑白料就反应成PU，但发不起泡，因为这里的压力( 2bar—150bar) 是高过一般PU发泡时的压力(不超过lbar) , 这些反应后的 PU就随着黑料回流管回到原料桶内，最终将被自清过滤器所逮住。但在渗漏情况较为严重的情况下，反应后的 PU亦有可能沾附在管壁上逐渐延长，最后形成一条从小活塞旁槽直通桶内的面条，如有发现这个现象，就要定期松开黑料的回流管 ，把面条取出，并清理小活塞旁槽，要不然面条越长越大，把黑料管堵塞了，于是黑料压力增高，最后还会完全堵塞。

这个渗漏过程只不过是维持在高压循环的一小段时间内 (约3至4秒)。小活塞后退，灌注一开始，就不再渗漏了。别小看了这3秒钟的渗漏，经过数千数万次的3秒钟,点点滴滴的慢慢形成了面条。由于面条是由黑白料粘度差距大所造成，基本上是无法避免的，只有定期取面一法了。

     第二个造成意大利面条的可能是大小活塞的关闭动作不协调所造成的。早期的设备FPL枪是由单一油压换向阀所控制。开枪时，大活塞提升到顶后，推开另一个圆珠阀，把高压油导向小活塞，这个秩序是固定的，绝不出问题。但在收枪时 ，大小活塞是同时接受高压油，小活塞截面积小 ，冲程短 ；大活塞截面大 ，冲程长，所以很明显的 ，小活塞是应该关闭得比大活塞快 。事实上,小活塞只需0.01秒就关闭完毕,而大活塞则受到控制,必须1.00秒左右才完全关闭。 由于大小活塞同时启动，如果大活塞关得快 ，在小活塞还没有完全关闭之前就冲过了C距离 ，也就是唯一通向外界的通路封闭了，还留在小活塞前端的余料就无出路了。小活塞继续前走 ，这些走投无路的混合料就只好挤向大小活塞与套缸间的间隙 ，结果就流入黑白两料的回流管内 ，结果就是两边管子都产生面条。由于小活塞是一头大(200bar)，另一头小( P =200 x6．76倍 =1352 bar)，在这么高的压力下，原料是绝对有能力挤过间隙的。

为了永远解决这个问题，所以后期的设备都改为用两个方向阀，个别来控制大小活塞。在收枪的时刻，就可以做到确保小活塞完全关闭后才开始启动大活塞。

     要消除这个俗称意大利面条的现象,只好降低白料粘度,或尽量减少原料在小活塞侧槽内的压力损耗。

5、L枪头大活塞冲程调整

5．1．在 L枪头里 ，黑白两料在喷嘴以高速冲出互碰而混合。但如果原料粘度高，前进速度不足或流量太小而混合不均匀。离开了喷嘴前的一小段混合室，原料就进入层流状态，不会再有能量作二次混合.

5．2．为了制造二次混合的机会，就必须要调整大活塞冲程。这一来就缩小混合室的出口，强迫混合料以高速扰流进入层流室。经过这第二次混合原料就更均匀了。