■克勞斯瑪菲
前言
隨著全球汽車數量的不斷增加和新能源汽車迅速發展及普及，材料輕量化也在加速進行中。聚氨酯發泡材料具有良好的可塑性和可加工性、輕質且優異的絕緣性能，適用於汽車座椅、車身、隔音材料等方面，聚氨酯高壓發泡技術為汽車的輕量化設計提供了重要的支持和保障。
Grammer公司是知名座椅生產商，其標誌性棱紋靠背座椅廣泛用於拖拉機、叉車或大型卡車。作為其長期合作夥伴，克勞斯瑪菲開發的新型precisionMixhead 8/12-2K-40混合頭率先應用於該公司的座椅生產，已助力其加工了40萬個聚氨酯泡沫座椅，這也是precisionMixhead的首次批量化生產應用。
precisionMixhead 8/12-2K-40混合頭獲得客戶積極反饋
在大多數情况下，混合頭與一個快速移動的機械手連接，機械手將混合頭在不同模具間移動完成開模澆注。
有時，當模具閉合時，混合頭還需要精確地插入開口，因此混合頭緊湊的設計顯得非常重要。為了讓混合頭具備比之前版本更好的混合質量，升級後的混合頭加寬了工藝窗口，這樣有利於提高出產量和混合壓力。在Grammer公司的批量化座椅生產中，precisionMixhead 8/12-2K-40混合頭獲得了客戶積極反饋。「經過升級後的precisionMixhead 8/12-2K-40混合頭在諸多細節方面進行了改進，我們對它的生產表現非常滿意。」Grammer公司工藝工程部門主管 Heinrich Hammer 如此說道。
工廠使用克勞斯瑪菲precisionMixhead 8/12-2K-40混合頭操縱轉檯系統，用於生產拖拉機、大型卡車和叉車座椅。每個轉檯配備20多個模具。一個混合頭首先移動到開模狀態的模具處（已插入蓋子並被真空吸住)，然後用軟泡進行填充。
填充泡沫後，轉檯轉動工位，讓模具蓋上另一個不同幾何形狀的蓋子蓋體，同時蓋子蓋體立即封閉。隨後第二個混合頭插入蓋中，將緻密的聚氨酯泡沫澆注到空腔中，作為固定座椅的支架（支撐）。6秒後，泡沫變得足夠堅硬，蓋子蓋體可以被打開。稍等片刻後，蓋子蓋體打開，接近完成的泡沫坐墊轉移到全自動的雷射修剪裝置。這就是每天數千個泡沫坐墊的生產流程，整個生產過程的廢品率極低。
混合頭是聚氨酯發泡系統的核心部件，直接決定多元醇和異氰酸酯組分是否能混合均勻並按預期比例混合。如果兩組分不能混合均勻或未按預期比例混合，固化的泡沫可能有黏點（如果多元醇較異氰酸酯先噴出），或者泡沫坐墊顯得太硬或太軟。
混合過程是如何進行的？
多元醇和異氰酸酯在一個閉環系統中從各自的密封罐流向混合頭，然後再流回；它們通過噴嘴（通過針頭節流）流入混合室。但這只有在帶再循環槽的控制桿打開時才會進入混合腔，否則物料流會留在回路中。該系統可以確保組分的壓力、數量、溫度和流速在噴嘴口始終保持恆定。
在物料即將排出時，控制活塞就會打開通往混合室的通道，等待組分達到注射量。注射量用每秒的輸出量乘以時間計算得出，例如200克乘以5秒得到1公斤聚氨酯的注射量。組分在混合室中被霧化並在100至200巴的壓力下混合。開模澆注需使用一個L形混合頭，如precisionMixhead混合頭來進行泡沫填充。
克勞斯瑪菲在L型發泡混合頭領域擁有多項專利技術。產生的泡沫以90度角偏轉到出口，並通過清洗活桿完全流出。如果使清洗桿稍突出以縮短從混合室到出口的行程，就會發生額外的後混合，且會停止流出（排料過程會相對平穩）。
這一混合過程非常複雜。因此，為了對現有的高壓混合頭進行優化，克勞斯瑪菲研發團隊通過流動模擬對混合過程進行分析。模擬發現當流速盡可能低時，組分混合效果最好。「在連續生產時，組分的流速為每秒220到250克。為了測試新混合頭的極限性能，我們將流速降低到每秒60克。一般情況下這種流速有時會導致泡沫出現不均勻區域，使得區域左右兩邊硬度不同。但在使用新混合頭時，我們發現泡沫仍然保持非常好的均勻性和一致性。」Grammer公司工藝工程部門主管 Heinrich Hammer 如此說道。
通過對比60克組分混合物發現，使用precisionMixhead 8/12-2K-40的實際體驗與克勞斯瑪菲和開姆尼茨工業大學的合作團隊在混合頭開發過程中進行的流動模擬數據相吻合，泡沫的混合質量提高了三倍。
為了確保混合精度，多年來Grammer公司一直使用克勞斯瑪菲的Vario噴嘴。與標準的彈簧加載噴嘴不同，這些噴嘴的氣墊位於噴嘴後面的氣腔。當氣墊處於160巴壓力下，壓力會通過膜片傳遞到噴針上，因而噴針往復移動，來補償組分流速波動時產生的壓力變化。
克勞斯瑪菲重新優化設計混合頭的目的不僅是為了提高聚氨酯組分的混合質量，也是為了縮小新混合頭的幾何尺寸。多元醇和異氰酸酯流入混合腔的噴嘴的位置會直接影響混合效果和混合頭尺寸。
如果兩個噴嘴彼此直接相對，則一種組分可能進入到另一種組分的流道。因此必須讓噴嘴的排列呈一定角度。通過適當結構優化，克勞斯瑪菲成功地將傳送混合頭的兩個L形支腿分別縮短到原來的92%和65%，從而將混合頭的體積縮小達25%，重量也從13千克減輕到約10.5千克。
precisionMixhead混合頭首次實現混合腔、出口腔和控制桿磨損時可完全更換。其中，出口腔和控制桿已經從多件式變為單件式，有助於節省空間和減輕重量。為了使用更方便，直徑25毫米的出口管的長度從32毫米延長到40毫米。
結語
Grammer公司工程主管Martin Wiendl認為可靠耐用是克勞斯瑪菲系統的主要優勢。他說：「我們的轉檯系統從2001年以來一直在正常運行，它們非常可靠，系統和備件都方便易得，克勞斯瑪菲的支持團隊也隨時會為我們提供服務。」Grammer公司和克勞斯瑪菲已經成功合作了大約30年，未來還將繼續保持密切合作。
聚氨酯高壓發泡技術市場前景越來越廣闊，克勞斯瑪菲通過結合市場需求和企業實際情况不斷升級和改進技術，提高產品質量和性能，為推動新材料產業發展提供重要力量。
資料來源
- 本文經克勞斯瑪菲授權後刊登，引自https://mp.weixin.qq.com/s/wM5wQJhQHRvrEEESjgBKpA
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