경질 폴리우레탄폼 단열재 생산(23)-슬래브스톡 제조(1)
2) 핸드 믹서방법으로 슬래브스톡(slabstock) 경질 폴리우레탄 폼 제조
슬래브스톡 폼은 파이프의 절반의 피복처럼 적당한 크기의 조각 그리고 시트 폼으로 사용됩니다. 복합 요소의 매우 다양한 외장재에서 sticking에 의해 절단 시트에서 생산할 수 있습니다.
참고적으로 연질 폴리우레탄 폼은 생산방식에 따라 슬래브스톡 폼(slabstock foam)과 몰드 폼(mold foam)으로 구분되며, 몰드 폼은 경화방식에 따라 핫 큐어 폼(hot cure foam)과 콜드 큐어 폼(cold cure foam)으로 구분됩니다.
(1) 슬래브스톡 폼(slabstock foam)
원액을 금형(mold)에 주입하지 않고, 자유발포시켜 경화된 폼을 원하는 형태로 절단하여 사용하는 폼(foam)을 말하며, 원료는 저분자량 폴리올과 TDI를 사용합니다.
슬래브스톡 폼에 관한 동영상입니다. https://www.youtube.com/watch?v=RG1aJPv-Yfk
(2) 몰드 폼(mold foam)
일정한 형상의 금형에 원액을 주입하여 몰드(mold) 형상대로 제품을 성형하는 폼(foam)
➀ 핫 큐어 몰드 폼(hot cure mold foam) 제품은 경화를 위하여 고온의 경화온도가 필요하며(120~150℃), 원료는 저분자량(Mw 3000) 폴리올과 TDI를 사용합니다.
➁ 콜드 큐어 폼(cold cure foam) 제품은 낮은 온도에서 경화하며(경화온도: 50~65℃), 고분자량(Mw 4500~8000)의 폴리올과 TDI 또는 MDI가 사용됩니다.
“Handing foaming”은 작은 발포 폼을 생산하는 가장 간단한 방법입니다. 심지어 고점도 원료도 가공할 수 있으 며 고체 그리고 페이스트(안료 페이스트)도 간단하게 혼합합니다. 또한, 투자비용이 낮습니다. 핸드발포의 단 점은 노동집약적이고 원료 손실(혼합 용기에 잔류)입니다.
다음 장비는 약 50kg 배치(batch)에 필요합니다.
➀ 약 100리터 용량의 믹싱 용기
➁ 왕복 및 궤도운동을 하는 고속 교반기(예를 든다면, 교반장치와 핸드 드릴에 적합)
➂ 100kg까지 측정할 수 있는 전자저울
➃ 1~2kg 측정 범위의 저울과 1g의 정확한 소량을 측정할 수 있는 액량계
➄ 보안경과 보호 장갑
➅ 추출장치와 청소용품
ⓐ 배치의 총량 MA는 발포로 채워질 몰드(mold)의 부피 V로부터 유도
ⓑ 희망하는 밀도 RD
ⓒ 혼합 용기에 반응 혼합물이 남아있는 량 MV
ⓓ 액상 반응 혼합물과 완성된 발포 폼(배출된 공기의 무게 20℃에서 1.2kg/㎥) 사이의 부력 차 A
ⓔ 반응 혼합물의 발포와 혼합에 의한 발포제의 손실 MG
따라서 MA = V × RD + V × A + MV + MG —- [등식 5]
구성 성분의 양 MK은 다음과 같이 계산됩니다.
MK = 총 량 MA / ∑ 배합 당 중량
[경질 우레탄폼 단열재와 동일 단열성능에서 타 단열재 두께 비교]
이것은 사례는 아래와 같습니다.
ⓐ 몰드의 부피 V = 1.2㎥
ⓑ 희망하는 평균 밀도 RD = 35kg/㎥
ⓒ 부력 차 A = 1.2kg/㎥
ⓓ 혼합 용기에 남아있는 량 MV = 2kg
ⓔ 발포제의 손실 MG = 1kg
[등식 5]에서 주어진 배치의 양은:
MA = 1.2㎥× 35kg/㎥ + 1.2㎥ × 1.2kg/㎥ + 2kg + 1kg
= 42kg + 1.44kg + 2kg + 1kg
= 46.44kg
배합비:
100 폴리올 무게
20 발포제 무게
2 활성제 무게
120 폴리이소시아네이트 무게
242 총 무게
따라서 개별적인 양은
Baymer-polyol MPOLYOL = 46.44 / 242 × 100 = 19.190kg
Blowing agent MTM = 46.44 / 242 × 20 = 3.838kg
Activator MDesmorapidID = 46.44 / 242 × 2 = 0.384kg
Polyisocyanate MDesmodur = 46.44 / 242 × 120 = 23.023kg
가장 간단한 경우는 몰드에서 폼은 발포되고 나무상자에서 반응이 완료됩니다. 이것의 내부 면은 발포된 폼을 쉽게 제거하기 위해서 부드러워야합니다. 몰드에서 제거는 이형제(왁스) 또는 발포 전 몰드 안에 꼭 맞는 종이 (폴리에틸렌 코팅 크라프트지 또는 소다 크라프트지)를 부착해야 제거가 용이합니다. 후자의 경우, 그것은 멜라민 수지도장 시트 또는 알루미늄 시트와 같은 금속시트로 몰드 벽에 부착하는 것이 바람직합니다.
다음과 같이 폼이 생산됩니다.
몰드를 설치하고 내부 벽에 이형제를 바릅니다. 혼합 용기에 폴리올, 발포제 및 활성제를 계량하고 부어 혼합합니다. 붓는 순서는 다량의 제품 그리고 소량이고 점도가 낮은 제품 그리고 고점도 제품을 붓습니다. 마지막으로 폴리이소시아네이트 구성 요소의 무게 또는 정량으로 나누어 붓습니다.
구성 요소는 완전히 혼합하고 때로는 매우 짧은 시간(약 10~40초)의 크림타임(cream time) 내에 몰드에 주입되어야 합니다.
[몰드 상자의 끝 단부]
개방된 몰드에서 발포는 간단합니다. 반응 혼합물은 발포 폼을 형성하기 위해서 팽창하기 위한 개방된 나무상자 안으로 붓습니다. 측벽에 가해지는 압력은 상대적으로 낮지만, 그것은 관련된 큰 영역의 관점에서 몰드의 설계 에서 고려되어야합니다.
폴리우레탄 슬래브 스톡(slabstock)의 약 0.1 바(bar) 압력은 개략 35kg/㎥의 밀도로 측정되고, 약 0.15 바(bar) 압력은 60kg/㎥fh 측정됩니다. 폴리이소시아누레이트 폼은 상당히 높은 압력에서 발포합니다. 압력의 축적은 발포 후 빠르면 5~15분에 몰드를 개방하여 없앨 수 있으며, 발포가 자유롭게 확장하도록 할 수 있습니다.
이를 위해 몰드의 두 개의 인접한 벽은 개방됩니다. 폼은 몰드의 가장자리를 넘어 방해받지 않고 발포되도록 허용하고 몰드의 치수를 넘어 확장합니다. 몰드가 이러한 짧은 시간에 개방되지 않으면, 발포 폼은 심지어 찢 어지고 뚜렷한 팽창을 방지하기 위해 몇 시간 대기하고 있어야합니다. 몰드에서 압력이 충분히 낮아질 때 발포 폼을 탈형해야 합니다. 탈형 시기는 실험실에서 결정되어야합니다.
[몰드 박스의 측면 및 투시도]
자유롭게 발포한 폼은 왕관 형상을 하고 그 셀(cells)은 주로 수직(이방성)을 지향합니다. 발포 폼이 유동적으로 상승하여 상부에 왕관 형상으로 개발되면 규격된 크기로 절단할 때 폐기물의 발생으로 감소될 수 있습니다. 반응 혼합물을 몰드에 부우면 몰드 바닥에 걸쳐 퍼지면서 확장이 시작되고 뚜껑은 반응 혼합물은 상부에 배치 되고 폼에 의해 밀려 올라갑니다.
몰드는 이 경우 단순히 구성될 수 있지만 뚜껑은 꽉 조이지 않도록 하고 내벽은 부드러워야합니다. 뚜껑의 상승은 손으로 약간 유도할 수 있습니다. 뚜껑의 단위 면적당 중량은 통상 약 40kg/㎡입니다. 뚜껑을 반대로 밀어 멈추면 발포 폼은 약간 압축되고, 완전히 찬 사각형의 발포 폼을 얻을 수 있습니다.
[혼합 반응]
[유동적인 뚜껑]
[발포 중단]
일부 적용에서, 발포체는 아주 약간 셀 방향(cell orientation)을 가질 수 있습니다. 이것은 발포 폼을 더 압축하고 모든 측면에서 폐쇄하여 몰드 안으로 반응 혼합물이 유입하여 달성할 수 있습니다. 몰드에 가해지는 압력은 상응하여 높습니다. (“경질 폴리우레탄 폼의 제조 원칙” 섹션 3 참조)긴 몰드에 체류하는 시간은 분할하지 않으면 빵과 같이 압력 아래에서 발포를 허용해야합니다.