CN111729599B - 一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺 - Google Patents

Abstract

一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，包括采用配料罐进行配料，搅拌后输送到贮料罐，搅拌后送入POLY单元储存；将储存在ISO单元的异氰酸酯送入第一工作罐，搅拌完成后通过计量泵送入布料混合器；将储存在POLY单元的含有膨胀石墨的多元醇组合料送入第二工作罐，搅拌后送入布料混合器；混有膨胀石墨的多元醇组合料和异氰酸酯通过布料混合器混合后进行发泡产生。本发明在聚氨酯双面彩钢保温板连续线双履带机的生产设备上建立一套适合在多元醇原料中添加膨胀石墨的生产工艺，包含添加膨胀石墨的装置，石墨通过配料单元加入到原物料中并搅拌，再通过恒温单元的搅拌、混合单元的混合，保证了石墨在原物料中的均匀混合，保证产品质量。

Description

一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺

技术领域

本发明属于彩钢板生产领域，具体涉及一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺。

背景技术

彩钢夹芯板是当前建筑材料中常见的一种产品，不仅能够很好的阻燃、隔音，而且环保高效。彩钢夹芯板由上下两层金属面板和中层高分子隔热内芯压制而成，具有安装简便，质量轻环保高效的特点，而且填充***使用的闭泡分子结构，可以杜绝水汽的凝结。彩钢夹芯板既具有钢铁材料机械强度高，易成型的性能，又兼有涂层材料良好的装饰性和耐腐蚀性。彩钢夹芯板是当今世界推崇的新兴材料。随着科技的进步、环境意识的增强，人民生活水平的提高，彩钢夹芯板活动房越来越显示出强大的生命力和广阔的市场前景，受到建筑、家电、机电、交通运输、室内装饰、办公器具以及其它行业的青睐。膨胀石墨在碰到火的时候，会形成结碳并显著膨胀，从而阻挡火焰与泡沫的继续接触，起到防火的效果。膨胀石墨的加入可以显著提高防火性能，由于膨胀石墨导电性能可使双面彩钢保温板产品具有防静电功能，同时对泡沫其他性能影响较少。

目前，用于聚氨酯彩钢保温板的原料通常使用两个组份：一个组分是异氰酸酯，另一个组分是多元醇、阻燃剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂等混合而成的多元醇组合料。

膨胀石墨作为一种新型的固体阻燃剂受到聚氨酯板材行业的青睐，膨胀石墨在碰到火的时候，会形成结碳并显著膨胀，从而阻挡火焰与泡沫的继续接触，起到防火的效果。

目前，行业中还没有专门在聚氨酯彩钢保温板的原料中添加石墨的工艺，因此，设计了一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺来提高产品质量。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，该工艺包括用于在原料中添加及混合膨胀石墨的设备，该设备包括依次连接的配料单元、恒温单元和混合单元；所述配料单元包括用于配制多元醇组合料的配料罐，所述配料罐的进料端连接有储存膨胀石墨的投料箱，所述配料罐内设置有第一搅拌器；所述恒温单元包括一贮料罐，所述贮料罐内设置有第二搅拌器，所述贮料罐的进料端与所述配料罐的出料端相连，所述配料罐的出料端与所述贮料罐的进料端之间设置有第一换热器，所述贮料罐的出料端连接有用于储存含有膨胀石墨的多元醇组合料的POLY单元；所述混合单元包括第一工作罐、第二工作罐和布料混合器，所述第一工作罐内设置有第三搅拌器，所述第二工作罐内设置有第四搅拌器，所述第一工作罐的进料端连接有储存异氰酸酯的ISO单元，所述第一工作罐的出料端经过一计量泵与所述布料混合器连接，所述第二工作罐的进料端与所述POLY单元连接，所述第二工作罐的出料端经过一计量泵与所述布料混合器连接；

该工艺包括添加及混合膨胀石墨的步骤：

第一步：采用配料单元的配料罐进行配料；先通过计量泵将由多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂混合成的多元醇组合料送入所述配料罐，上料完成后，采用负压将计量后的膨胀石墨从投料箱输送到配料罐中；

第二步：经第一搅拌器在配料罐内充分搅拌后输送到贮料罐，在贮料罐中经第二搅拌器充分搅拌后，送入混合单元的POLY单元储存；

第三步：将储存在ISO单元的异氰酸酯送入第一工作罐，在第一工作罐中搅拌完成后通过计量泵送入所述布料混合器；将储存在POLY单元的含有膨胀石墨的多元醇组合料送入第二工作罐，通过第四搅拌器搅拌后送入所述布料混合器；

第四步：混有膨胀石墨的多元醇组合料和氰酸酯通过中压式布料混合器混合后进行发泡产生。

优选的技术方案为：在第二工作罐的下端连接过滤装置和加气装置，所述第三步中，在第四搅拌器搅拌时，在第二工作罐中通入过滤后的气体来增加物料的乳化作用。

优选的技术方案为：布料混合器内设置具有剪切功能的螺旋状搅拌棒，所述第四步中，通过电动机驱动搅拌棒，分级调节混合搅拌速度，转动速度设置在3000～6000r/min。

优选的技术方案为：所述第四步中，在布料混合器的进料端通入微量空气。

优选的技术方案为：选择目数在80~100之间的膨胀石墨。

优选的技术方案为：选择脱酸处理的膨胀石墨。

优选的技术方案为：所述第一工作罐与所述布料混合器之间设置有第二换热器，所述第二工作罐与所述布料混合器之间设置有第三换热器。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：

本发明在聚氨酯双面彩钢保温板连续线双履带机的生产设备上建立了一套适合在多元醇原料中添加膨胀石墨的生产工艺，工艺中包含添加膨胀石墨的装置，石墨通过配料单元加入到原物料中并搅拌，再通过恒温单元的搅拌、混合单元的混合，保证了石墨在原物料中的均匀混合，保证了产品质量；还通过加气装置增加物料的乳化，加快物料的熟化速度，促进泡沫发泡，保证了效率；膨胀石墨的加入可以显著提高防火性能，膨胀石墨的导电性能可使双面彩钢保温板产品具有防静电功能，同时对泡沫其他性能影响较少。

附图说明

图1为添加及混合膨胀石墨的设备示意图。

图2为混合单元结构示意图。

图3为布料混合器示意图。

以上附图中，配料罐1，投料箱2，第一搅拌器3，贮料罐4，第二搅拌器5，第一换热器6，POLY单元7，第一工作罐8，第二工作罐9，布料混合器10，第三搅拌器11，第四搅拌器12，ISO单元13，计量泵14，加气装置15，第二换热器16，第三换热器17。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1~图3。须知，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1 ~图3所示，一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，该工艺包括用于在原料中添加及混合膨胀石墨的设备，该设备包括依次连接的配料单元、恒温单元和混合单元；配料单元包括用于配制多元醇组合料的配料罐1，配料罐1的进料端连接有储存膨胀石墨的投料箱2，配料罐1内设置有第一搅拌器3；恒温单元包括一贮料罐4，贮料罐4内设置有第二搅拌器5，贮料罐4的进料端与配料罐1的出料端相连，配料罐1的出料端与贮料罐4的进料端之间设置有第一换热器6，贮料罐4的出料端连接有用于储存含有膨胀石墨的多元醇组合料的POLY单元7；混合单元包括第一工作罐8、第二工作罐9和布料混合器10，第一工作罐8内设置有第三搅拌器11，第二工作罐9内设置有第四搅拌器12，第一工作罐8的进料端连接有储存异氰酸酯的ISO单元13，第一工作罐8的出料端经过一计量泵14与布料混合器10连接，第二工作罐9的进料端与POLY单元7连接，第二工作罐9的出料端经过一计量泵14与布料混合器10连接；第一工作罐8与布料混合器10之间设置有第二换热器16，第二工作罐9与布料混合器10之间设置有第三换热器17。

该工艺包括添加及混合膨胀石墨的步骤：

第一步：采用配料单元的配料罐1进行配料；先通过计量泵14将由多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂混合成的多元醇组合料送入配料罐1，上料完成后，采用负压将计量后的膨胀石墨从投料箱2输送到配料罐1中；膨胀石墨选择目数在80~100之间且经过脱酸处理的。

第二步：经第一搅拌器3在配料罐1内充分搅拌后输送到贮料罐4，在贮料罐4中经第二搅拌器5充分搅拌后，送入混合单元的POLY单元7储存；

第三步：将储存在ISO单元13的异氰酸酯送入第一工作罐8，在第一工作罐8中搅拌完成后通过计量泵14送入布料混合器10；将储存在POLY单元7的含有膨胀石墨的多元醇组合料送入第二工作罐9，通过第四搅拌器12搅拌后送入布料混合器10；在第二工作罐9的下端连接过滤装置和加气装置15，在第四搅拌器12搅拌时，在第二工作罐9中通入过滤后的气体来增加物料的乳化作用。

第四步：混有膨胀石墨的多元醇组合料和氰酸酯通过中压式布料混合器10混合后进行发泡产生。布料混合器10内设置具有剪切功能的螺旋状搅拌棒，通过电动机驱动搅拌棒，分级调节混合搅拌速度，转动速度设置在3000～6000r/min。第四步中，在布料混合器10的进料端通入微量空气。

优选的实施方式为：计量泵14为齿轮泵，齿轮泵使混有膨胀石墨的多元醇组合料和异氰酸酯分别增压进入布料混合器10，使得混有膨胀石墨的多元醇组合料和异氰酸酯在进入布料混合器10入口至混合后的混合料到达布料混合器10出口的时间间隔小于1s。添加膨胀石墨后的多元醇组合料以及布料混合器10内的组合料粘度较大，采用齿轮泵增压可以保证物料顺利压出。

本发明在聚氨酯双面彩钢保温板连续线双履带机的生产设备上建立了一套适合在多元醇原料中添加膨胀石墨的生产工艺。由于膨胀石墨烯是颗粒状，添加到多元醇组合料中粘度增大，需要采用中压发泡机设备，还需要建立一套适合聚氨酯组合料中添加膨胀石墨在双履带连续线的生产工艺条件：

聚氨酯多元醇组合料中添加膨胀石墨的双履带连续线的生产工艺与正常生产的区别在于多了一道添加膨胀石墨的工序，膨胀石墨添加在聚氨酯多元醇组合料中，带有搅拌功能的储料罐中，现用现混，效果最好。然后将刚混好的聚氨酯多元醇组合料中添加膨胀石墨打入工作罐中进行生产前的标定测试。

计算投料量时膨胀石墨不折算成添加聚氨酯多元醇组合料中，只填充在添加聚氨酯多元醇组合料里。

贮料罐和管路应注意将存气部分降低至最低点，计量泵入口管道直径要稍大，而出口则要稍小一些为宜。

物料的计量是通过各组分计量泵完成的。原料使用两个组份：异氰酸酯作为一个组份，多元醇、膨胀石墨、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂等混合成组合料作为另一个组份。这样，不仅装备得以简化，同时也极大地提高了计量精度。

经过精确计量的原料组份被送入布料混合器进行中压混合，并连续将混合均匀的物料吐出到下钢板上。

混有膨胀石墨的多元醇组合料和氰酸酯通过中压式布料混合器装置混合后进行发泡产生。布料混合器内采用高剪切力的螺旋状搅拌棒。搅拌棒由电动机驱动，转动速度通常为3000～6000r/min，并可进行分级调节混合搅拌速度。物料在布料混合器中的停留时间少于1s。在连续生产添加膨胀石墨聚氨酯芯材双面彩钢保温板生产过程中，中压计量混合发泡设备，可以根据需要调整布料混合器的搅拌形式、流速、喷嘴大小等，从机械角度保证生产泡沫体的质量。通过降低背压、加大出口直径有利于细密孔型结构的产生；在中压机中，在布料混合器进料端设置微量空气输入装置，对形成气核、产生细密泡沫结构也具有一定效果。

混合好的物料在一定压力下输送到布料混合器，此时应防止物料飞溅，以避免物料夹带大量空气，造成泡沫体内部产生大的洞穴。为此，在布料混合器吐出口前部安装特殊设计的挡板、喇叭状或鸭嘴状导流管以及金属网等，使物料在直径逐渐扩大，流道中的冲击能量降低，同时物料吐出口与钢板之间的距离控制在1±0.2cm，以防止物料飞溅，影响产品质量。为使已混合好的物料在下钢板上流动均匀，布料混合器应配合下钢板移动速度作左右移动，使物料进入与下钢板运动方向横向排列的分配流出，使物料能极其均匀地分布在下钢板上。

聚氨酯多元醇组合料中添加膨胀石墨，在双履带连续线的生产工艺与正常纯聚氨酯生产工艺的区别在于多了添加石墨这道工序，在以往的生产经验来看膨胀石墨全部添加在聚氨酯多元醇组合料中。要调整自由泡的拉丝、触板和固化时间。同时，工艺及原料需满足以下条件:

1、为布料均匀采用一套中压混合和布料的装置，如图1所示。

2、由于粘度偏大采用鸭嘴式定点布料，以达到板面平整。

4、线速度可参考常规板型速度，不需要做太大调整。

5、聚氨酯双面彩钢保温板连续线生产，双履带机生产时链板温度，B3级大于50度，B2级大于55度。

6、线速度可参考连续生产聚氨酯芯材双面彩钢保温板板型速度，不需要做太大调整。

7、膨胀石墨目数选择在80~100之间，目数太大混合后粘度上升太大，目数太低石墨容易沉淀分层。

8、选择脱酸处理的膨胀石墨，未经脱酸处理的石墨添加到聚氨酯多元醇组合料中，放置半天后反应时间就会快速变慢。

9、布料方式最好采用定点布料，由于粘度偏大，如果布料不均匀的话，板面会不平整。

10、布料混合器的布料头大小根据生产板型及流量大小制定。

11、考虑添加膨胀石墨后料的粘度变化，计量泵基本选择耐磨齿轮泵。

12、中压混合发泡投料量可根据生产板型及流量大小制定。

石墨添加量对氧指数、密度和拉丝时间影响，如下表：(白料指多元醇组合料)

	石墨添加量	氧指数	密度影响	拉丝时间影响
					B3级白料基础	5%	24±0.5	小于1	不变
B3级白料基础	15%	26±0.5	小于1	小于2秒
					B3级白料基础	25%	29±0.5	小于2	小于3秒
B2级白料基础	5%	27-28	小于1	不变
					B2级白料基础	15%	28-29	小于1	小于2秒
B2级白料基础	25%	30-31	小于2	小于3秒

表1：B2-B3聚醚多元醇组合料添加不同比例的石墨的性能变化

以B3级5公分白料为例；常规低压混合出料参数；启发10秒/拉丝45秒/密度34/白料添加15%的石墨，启发在10-11秒/拉丝47秒/密度在35-36之间/履带机温度在45度以上/料温在24度左右/黑：白料比在1：1.3线速度在4.8米/分左右。

本发明在聚氨酯双面彩钢保温板连续线双履带机的生产设备上建立了一套适合在多元醇原料中添加膨胀石墨的生产工艺，工艺中包含添加膨胀石墨的装置，石墨通过配料单元加入到原物料中并搅拌，再通过恒温单元的搅拌、混合单元的混合，保证了石墨在原物料中的均匀混合，保证了产品质量；还通过加气装置增加物料的乳化，加快物料的熟化速度，促进泡沫发泡，保证了效率；膨胀石墨的加入可以显著提高防火性能，膨胀石墨的导电性能可使双面彩钢保温板产品具有防静电功能，同时对泡沫其他性能影响较少。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，其特征在于：该工艺包括用于在原料中添加及混合膨胀石墨的设备，该设备包括依次连接的配料单元、恒温单元和混合单元；所述配料单元包括用于配制多元醇组合料的配料罐，所述配料罐的进料端连接有储存膨胀石墨的投料箱，所述配料罐内设置有第一搅拌器；所述恒温单元包括一贮料罐，所述贮料罐内设置有第二搅拌器，所述贮料罐的进料端与所述配料罐的出料端相连，所述配料罐的出料端与所述贮料罐的进料端之间设置有第一换热器，所述贮料罐的出料端连接有用于储存含有膨胀石墨的多元醇组合料的POLY单元；所述混合单元包括第一工作罐、第二工作罐和布料混合器，所述第一工作罐内设置有第三搅拌器，所述第二工作罐内设置有第四搅拌器，所述第一工作罐的进料端连接有储存异氰酸酯的ISO单元，所述第一工作罐的出料端经过一计量泵与所述布料混合器连接，所述第二工作罐的进料端与所述POLY单元连接，所述第二工作罐的出料端经过一计量泵与所述布料混合器连接；

该工艺包括添加及混合膨胀石墨的步骤：

第一步：采用配料单元的配料罐进行配料；先通过计量泵将由多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂混合成的多元醇组合料送入所述配料罐，上料完成后，采用负压将计量后的膨胀石墨从投料箱输送到配料罐中；

第二步：经第一搅拌器在配料罐内充分搅拌后输送到贮料罐，在贮料罐中经第二搅拌器充分搅拌后，送入混合单元的POLY单元储存；

第三步：将储存在ISO单元的异氰酸酯送入第一工作罐，在第一工作罐中搅拌完成后通过计量泵送入所述布料混合器；将储存在POLY单元的含有膨胀石墨的多元醇组合料送入第二工作罐，通过第四搅拌器搅拌后送入所述布料混合器；

第四步：混有膨胀石墨的多元醇组合料和异氰酸酯通过中压式布料混合器混合后进行发泡产生；

所述布料混合器的吐出口设置有导流管和金属网，所述布料混合器的下方设置有移动的钢板，所述吐出口与所述钢板之间的距离为0.8~1.2cm；所述布料混合器配合所述钢板的移动速度左右移动；

在第二工作罐的下端连接过滤装置和加气装置，所述第三步中，在第四搅拌器搅拌时，在第二工作罐中通入过滤后的气体来增加物料的乳化作用；

所述导流管的形状为喇叭状或鸭嘴状。

2.根据权利要求1所述的一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，其特征在于：布料混合器内设置具有剪切功能的螺旋状搅拌棒，所述第四步中，通过电动机驱动搅拌棒，分级调节混合搅拌速度，转动速度设置在3000～6000r/min。

3.根据权利要求2所述的一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，其特征在于：所述第四步中，在布料混合器的进料端通入微量空气。

4.根据权利要求3所述的一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，其特征在于：选择目数在80~100之间的膨胀石墨。

5.根据权利要求4所述的一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，其特征在于：选择脱酸处理的膨胀石墨。

6.根据权利要求5所述的一种彩钢保温板生产线上芯材原料中添加膨胀石墨的工艺，其特征在于：所述第一工作罐与所述布料混合器之间设置有第二换热器，所述第二工作罐与所述布料混合器之间设置有第三换热器。

Images