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为各种特定应用而开发的计量混合技术 |
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newmaker 来源：AI汽车制造业 |
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在汽车制造业中，不同的应用对发泡计量系统和混合头的要求不尽相同。无论是像密封条和小部件这类的小流量应用，还是像汽车座椅之类的多密度发泡，或者是混合诸如玻璃纤维及填料这类的磨损性材料，都需要采用适合的计量系统及混合头。作为专注于为汽车行业提供反应注射成型方案的领先供应商，克劳斯玛菲又为这些不同的应用需求开发了新的技术。
为小流量应用而开发的高效率发泡设备
很多聚氨酯的应用场合都要求对材料进行小流量的计量和混合，典型的例子如PU密封条、粘接或小部件浇注，在有些情况下，甚至要求流量低于10g/s。以往这类小流量的加工除了采用低压发泡技术外别无选择。最近，克劳斯玛菲针对小流量的聚氨酯加工专门开发出了一系列高压混合头以及高压发泡计量系统，从而利用高压技术的特点给小流量聚氨酯发泡的应用带来了新的好处，如：提高生产效率。
图1：即使是极低的流量需求，TwinComet 发泡机仍能够产生精确一致的压力
通常，当使用低压发泡计量系统时，需要定时清洗混合室，为此就不得不中断生产，从而使生产效率低下。相反，高压混合头由于具有自清洁功能，因此在每一次注射后就能够立刻准备下一次的注射，从而极大地提高了生产系统的效率和灵活性。不仅如此，高压技术的另一个主要优势是可应用于快速反应的原料体系。一般，随着聚氨酯熟化速度的加快，熟化时间就会缩短，从而可以不必考虑通常在慢速反应体系应用时设置的熟化缓冲区域，这就意味着更低的设备初期投资，更紧凑的生产系统，从而有利于节省工厂的占地面积。
克劳斯玛菲新的小流量TwinComet 发泡系统采用了活塞式计量来取代原来的泵式计量，从而可以保证即使在非常低的流量条件下的精确计量和恒定的压力。该发泡机适用的材料粘度范围非常宽，同时还适合运行磨损性原料。TwinComet设备可配置微流量混合头MK 3.5/5UL-2KVV ,该微量混合头可实现小流量（低至5g/s）的高效、稳定且均匀的混合。
TwinComet设备也可与克劳斯玛菲其他的混合头配合使用，用于小流量的PUR喷涂，如PU表皮和模内涂层等的加工应用。
目前，克劳斯玛菲新的高压系统已被广泛应用于两个小流量的生产领域中，其中的一个应用是将金属型材粘接到玻璃窗上，另外一个应用是将EPDM密封条粘接到第二元件上。该高压微量系统的其他重要应用还包括PU密封条浇注（即现场浇注发泡密封条，FIPFG ）以及电子元件浇注。
微流量混合头
MK 3.5/5UL-2KVV
图2：MK 3.5/5UL-2KVV微流量混合头
MK 3.5/5UL-2KVV微流量混合头是一种自洁式混料头，不仅操作简单，而且设计紧凑，可以在以前无法想象的空间内完成小流量的高效、均匀混合。
PUR组分经过一个带有高压过滤装置的连接器挡块进入该混料头中。挡块设有旁路，如有必要，加热器和压力温度传感器也能够安装在连接器挡块中，以进一步确保生产的稳定性。此外，混合头中的注射管与混料室之间成90°角，这种设计有助于降低湍流，提高注射的精确性。通过对喷嘴口的分别调整，还能够改变不同材料的混合比率，而喷嘴中的VV喷嘴布置则确保了原料混合的均一性。
尽管尺寸微小，MK 3.5/5UL-2KVV微流量混合头仍然设有导流槽。其控制活塞（直径3.5mm）和清洁活塞（直径5mm）均采用高性能材料制成，而且其表明经过了特殊的处理。
这种新的混合头应用广泛，其中一个重要的应用是PU密封条、粘接或小部件浇注，它可用于生产超高表面质量的产品，如Clear Coat Molding或者SkinForm。
电动喷针扩大了混合头的工作范围
如果混合头的注射量在一枪与下一枪之间能够变化的话，就能实现生产的最大柔性化。能够调节混合头的注射量，发泡系统的灵活性也能够得到提高。在此方面，一个典型的例子是汽车座椅的多密度发泡。根据座椅的技术要求，其不同的区域通常具有不同的硬度，这就要求PUR的浇注量要随时发生改变。为了满足这一要求，同时确保获得出色一致的混合质量，就必须随着浇注量的变化在线改变混合头中的喷针喷嘴间隙。通常情况下，对喷嘴间隙的调整是借助于可移动喷针来实现的。
现在克劳斯玛菲开发出了具有灵活性和精确性的新的可移动喷针喷嘴系统，这一新系统带来的最大好处是扩大了混合头的工作范围。
在传统的喷嘴设计中, 喷嘴间隙的调整是借助于弹簧预紧的喷针。这种喷针的缺点是，一旦原料组分的压力超出了容许的极限，喷嘴的操作范围就会受到限制。另外还有可能出现的问题是，弹簧喷针系统会在某种特定情况下出现震动。
现在，克劳斯玛菲的工程师们已经开发出了一种新的系统，这一系统在调整喷针位置的过程中避免了上述问题的出现。这一新的发明特别适用于对灵活性和精确性有着极高要求的应用中。
在这项新的设计中，喷针是由马达驱动的。在此，采用了一种特殊的设计方法，它可以确保驱动喷针的力尽可能的小。由于喷针在移动的过程中需要克服来自原料的压力，因而通常需要很高的推动力以及相对强的驱动力。该新的喷嘴设计成功地克服了来自原料组分的压力，从而使得作用在喷针上的力得到了平衡。这就意味着采用一种相对小的步进马达来驱动喷针成为可能。
这种电动可调喷嘴具有与弹簧喷嘴同样的尺寸规格，这使得克劳斯玛菲现有的多组分混合头能够通过更新来采用这些新的喷针喷嘴系统。
以这种方式来调整喷针，可确保原料组分在任何流量情况下，其压力的一致性。电动喷针的应用，使喷嘴注射量范围扩大到单一混合头的流量范围。要实现对压力的精确控制，就需要一个基本的校准过程。作为决定喷针正确位置的基础，每一个希望的注射量与喷针正确位置会被绘制成一条系统特性曲线。喷针位置的调整时间被很好地控制在半秒钟之内。在喷针实现2.5mm这样一个最小移动量的情况下，就可以非常精确地设置注射流量，此时各原料组分就能够得到连续均匀的混合。
用于磨损料的Tandem Hybrid 计量系统
填料、阻燃剂和增强纤维可以改善聚氨酯材料的性能，使之满足某些特殊的应用需求。与此同时，这些填料、添加剂和增强纤维等也给计量混合系统带来了磨损问题。通常，采用传统的泵式计量系统对PUR原料组分和磨损材料进行混合是不可行的，会导致对泵的剧烈磨损。
图3：Tandem Hybrid PUR 计量系统采用两个活塞将磨损性组分输送至混合头中
采用活塞式计量系统则避免了磨损问题。但是，单活塞计量系统的一大缺点是，物料的输送是不连续的，这对于高产率的生产而言，显然不能满足要求，因为高产率的生产要求计量系统能够同时向几个混合头供料，这时物料的连续流动十分重要。
现在，克劳斯玛菲的Tandem Hybrid 计量系统解决了这一难题。在该系统中，磨损材料由两个交互运动的活塞进行供料。两个活塞循环运动，当一个活塞送料的时候，另一个活塞补料。复杂的控制系统则保证了两个活塞在转换的过程中能够保持物料流的稳定性。
图4：活塞由伺服电机主轴驱动，确保了高精度的运动
活塞由伺服电机主轴驱动。与液压驱动相比，电动驱动的优势是，它使活塞的运动非常精确，从而确保了物料能以高度均匀的速度流向混合头，以保持恒定的多元醇/异氰酸酯的混合比率，最终提高了产品的质量。正因如此，Tandem Hybrid 计量系统可用于多种磨损性材料的混合——从玻纤、研磨性阻燃剂到各种填料，如碳酸钙、重晶石和白垩等。(end)
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(投稿)
(9/26/2008) |
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