一种超临界二氧化碳聚氨酯喷涂系统的制作方法

1.本实用新型属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳聚氨酯喷涂系统。


背景技术：

2.聚氨酯（英文简称pu）是一种由异氰酸酯和组合聚醚通过共聚反应生成的高分子聚合物。发泡机又名泡沫发生器，是能将两种或两种以上的化学原料以特定的比例混合后制成固体泡沫的设备。发泡机是聚氨酯泡沫塑料加工设备的核心组件，一般采用化学发泡剂或物理发泡剂发泡。化学发泡剂主要以水为主，水同异氰酸酯在发泡机内按一定的比例均匀混合反应生成使反应物膨胀的二氧化碳气体。物理发泡剂则与所用任何组份不起化学反应，一般是惰性的低沸点有机氟化合物，这类低沸点化合物通过吸收发泡机内的异氰酸酯和多元醇反应放出的热量而气化，达到发泡的目的，最后高压喷出。
3.过去聚氨酯行业广泛使用的物理发泡剂hcfc
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141b（1,1
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二氯
‑1‑
氟代乙烷）是一种过度性替代发泡剂，但在全球日益严峻的环境压力下，包括hcfc
‑
141b的这类含氢氯氟烃发泡剂将在全球范围内被完全替代。可以用作hcfc
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141b的替代发泡剂主要有烷烃化合物（正戊烷、异戊烷或环戊烷）、氢氟烷烃（hfc）、氢氟烯烃化合物（hfo）、水（即反应后形成的二氧化碳）或二氧化碳。烷烃化合物因臭氧消耗潜值（odp值）为零、温室效应很小、无毒、对环境影响极小而受到重视，其中环戊烷发泡技术已被广泛采用；hfc是一种零odp值的发泡剂，但由于较高的全球变暖潜值（gwp值），仍然不是理想的聚氨酯发泡剂；hfo不破坏臭氧层，gwp值也很低，但成本较高；以上诸多种类的发泡剂仍存在影响环境或成本较高的缺点，相比来说，二氧化碳具有odp值为0、gwp值极低、发泡效率高、不燃、无毒等优良的特性，是一种具有广阔应用前景的低成本发泡剂。除了水作为化学发泡剂外，由于二氧化碳沸点极低，在空气中极易挥发，所以需要探索利用二氧化碳进行聚氨酯发泡的可行运用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种可以将气态二氧化碳液化并以超临界状态进行聚氨酯发泡的超临界二氧化碳聚氨酯喷涂系统。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种超临界二氧化碳聚氨酯喷涂系统，它包括底盘，喷枪和二氧化碳储罐，所述底盘上安装有支撑架，所述支撑架上设有第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵和第四计量泵，所述支撑架上设有混合加热器，所述底盘上设有异氰酸酯加热器和组合聚醚加热器，所述底盘设有存放清洗剂的储罐一、存放异氰酸酯的储罐二和存放组合聚醚的储罐三，所述底盘侧边设有制冷箱，所述二氧化碳储罐通过管道与制冷水箱的进口相连，所述制冷箱的出料口通过管道与第一计量泵的进料口相连，所述第一计量泵的出料口通过管道与单向混合加热器的进料口相连，所述储罐三的出料口通过管道与组合聚醚加热器的进料口相连，所述组合聚醚加热器的出口通过管道与第四计量泵的进口相连，所述第四计量泵的出口通
过管道与单向混合加热器的进口相连，所述单向混合加热器的出口通过管道与喷枪相连，所述储罐一的出口通过管道与第二计量泵的进口相连，所述第二计量泵的出口通过管道与喷枪相连，所述储罐二的出口通过管道与异氰酸酯加热器的进口相连，所述异氰酸酯加热器的出口通过管道与第三计量泵的进口相连，所述第三计量泵的出口通过管道与喷枪相连，所述管道一上连通有组合聚醚进料管，所述组合聚醚进料管上连通有组合聚醚回流管，所述组合聚醚回流管与储罐三的进口相连，所述管道上连通有异氰酸酯进料管，所述异氰酸酯进料管上连通有异氰酸酯回流管，所述异氰酸酯回流管与储罐二的进口相连，所述组合聚醚进料管和异氰酸酯进料管均安装在喷枪内，所述喷枪上连接有压缩空气管。
7.所述控制箱通过线路分别与计量泵一、计量泵二、计量泵三、计量泵四、加热器、异氰酸酯加热器和组合聚醚加热器相连，通过控制面板进行全局控制。
8.所述控制箱上设有面板装置和总电源按键，所述面板装置上设有执行供电开关按键，电机启停按键，第一计量泵选择旋钮，第二计量泵选择旋钮，第三计量泵选择旋钮，第四计量泵选择旋钮，模式选择旋钮，急停按键，触摸屏，单向混合加热温控器，单向混合加热开关，异氰酸酯加热温控器，异氰酸酯加热开关，组合聚醚加热温控器以及组合聚醚加热开关，设有两道启动开关，在实际生产中减少误操作带来的损失。
9.所述控制箱上设有的面板装置内设有plc控制器、变频器和伺服驱动器，所述plc控制器分别与触摸屏、加热器、变频器和伺服驱动器相连，设备可通过plc对设备反馈的数据进行分析，及时调整计量泵的转速。
10.所述加热器为带有压力传感器的汽水混合加热器，压力传感器可以反馈给plc混合加热器内物料的压力状况，让plc能够及时调整计量泵转速。
11.所述所述底盘装有滚轮，设备体积中小型结构，可根据实际使用情况决定加装滚轮，例如工厂内使用时可不加滚轮使用不便移动的储料罐，需要移动时可加装滚轮使用便于移动的储料罐。
12.所述喷枪设有组合聚醚回料管和异氰酸酯回料管，在未进行工作的时候维持喷漆枪内的压力，且混合之后的组合聚醚直接流回存放组合聚醚的储罐三，不会影响储罐三内纯净组合聚醚的使用。
13.本实用新型的有益效果有：
14.（1）本实用新型将二氧化碳储罐内的气态二氧化碳通过管道输出到制冷水箱内，在制冷水箱内通过等压低温液化后经过第一计量泵输送至单向混合加热器中，使液态的二氧化碳和组合聚醚一起混合协同作用得到各方面性能良好的聚氨酯泡沫：
15.（2）本实用新型的喷枪在使用后，无需将喷枪内的零部件进行拆卸清洗，只需利用储罐一中的清洗剂冲洗后，再接通压缩空气管，即可对喷枪内部的零部件进行冲洗和吹净，操作十分方便；
16.（3）本实用新型采用控制箱对整体系统进行智能化操控，解放操作人员的双手，同时可通过触摸屏设置各个组件的参数值和控制动作条件，便于操作人员直观了解；
17.（4）本实用新型运行环境宽容度高，主要使用二氧化碳替代含氟含氯发泡剂，这样可以免去发泡剂对臭氧层的破坏，同时使部分二氧化碳锁在泡沫中，变相减少碳排放。
附图说明
18.图1为本实用新型的结构示意图；
19.图2为本实用新型中控制箱的结构示意图；
20.图中1、底盘；2、支撑架；3、电机一；4、第一计量泵；5、电机二；6、第二计量泵；7、电机三；8、第三计量泵；9、电机四；10、第四计量泵；11、储罐一；12、储罐二；13、储罐三；14、混合加热器；15、喷枪；16、控制箱；17、制冷水箱；18、二氧化碳储罐；19、异氰酸酯加热器；20、组合聚醚加热器；21、压缩空气管；22、异氰酸酯进料管；23、异氰酸酯回流管；24、组合聚醚进料管；25、组合聚醚回流管；26、面板装置；27、总电源按键。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型作进一步地说明：
22.如图1
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2所示，本实用新型它包括底盘1，喷枪15和二氧化碳储罐18，底盘1前侧安装有支撑架2，该支撑架2上从左往右通过固定杆依次设有第一计量泵4、第二计量泵6、第三计量泵8和第四计量泵10，其中第一计量泵4内设有电机一3，第二计量泵6内设有电机二5，第三计量泵8内设有电机三7，第四计量泵10内设有电机四9，即一台电机只控制一个计量泵，为其提供运行所需动力；而电机一3、电机二5、电机三7和电机四9均选为具有编码器的电机，这样可根据需求启停和改变偏心轮的转速，从而调节计量泵的排量。电机一3、电机二5、电机三7和电机四9上均设有偏心轮，即计量泵由电机通过对应的偏心轮驱动，该偏心轮一般包括支撑背板，行程凸台和定位凸台，其中支撑背板用于提供动力传导，并减小侧向力导致的形变；而行程凸台设计为上行程内（或下行程内）偏心轮的转动单位角度，且设置在定位凸台上的轴承向上或向下运行单位距离，以此确保偏心轮在匀转速下可获得第一计量泵4、第二计量泵6、第三计量泵8和第四计量泵10的匀排量。
23.底盘1后侧依次设有存放清洗剂的储罐一11、存放异氰酸酯的储罐二12和存放组合聚醚的储罐三13，底盘1侧边设有制冷箱17，制冷箱17上安装有驱动各个装置运行的控制箱16，其中控制箱16通过线路分别与电机一3、电机二5、电机三7、电机四9、混合加热器14、异氰酸酯加热器19和组合聚醚加热器20相连。该控制箱16上设有面板装置26和总电源按键27，面板装置26上设有执行供电开关按键，电机启停按键，第一计量泵选择旋钮，第二计量泵选择旋钮，第三计量泵选择旋钮，第四计量泵选择旋钮，模式选择旋钮，急停按键，触摸屏，加热温控器，单向混合加热开关，异氰酸酯加热温控器，异氰酸酯加热开关，组合聚醚加热温控器以及组合聚醚加热开关；面板装置26内设有plc控制器、变频器和伺服驱动器，而plc控制器分别与触摸屏、变频器和伺服驱动器相连，从而操作人员在面板装置26上通过手动操作各个按键就可实现动作指令的输入，并且反馈到控制箱16内的plc控制器中进行接收数据、分析与计算接收到的数据以及将计算后得到的动作指令发出。
24.其中控制箱16的控制流程为：操作人员开启总电源按键27后，触摸屏以及内部的plc控制器、伺服驱动器控制电源通电开机，按下执行供电开关按键，使伺服驱动器内的rst通电；接着通过模式选择旋钮选择为聚氨酯模式时，在触发整机保护情况之外，四个电机各自运行互不干扰。按下电机启动按键，电机一3、电机二5、电机三7和电机四9可分别按照各自设定的转速匀速运转，由于电机一3、电机二5以及电机三7通过线路相连，在设定目标转速百分比时转速以电机二5的转速为基准，实时匹配电机转速，而电机四9可根据要求单独
运转，以此控制与液态二氧化碳混合的组合聚醚的容量；运转时，电机二5因作用特殊性，清洗剂只有在需要清洗时才会释放，因此，当清洗剂管路内压强低于设定值时才会运转，高于设定值时停止转动，且不触发整机保护；此时，电机三7和电机四9驱动的异氰酸酯和组合聚醚会在喷枪15处分别进入异氰酸酯进料管22和组合聚醚进料管24，并通过异氰酸酯回流管23和组合聚醚回流管25返回储罐二12和储罐一11；同时，在支撑架2侧壁上设置的混合加热器14内安装有用于设定目标压力的压力传感器，通过在触摸屏中设置目标压力参数，plc控制器内的pid程序会根据设定压力、当前测量压力的差值，自动调节第一计量泵4和第四计量泵10的排量。
25.将模式选择旋钮选择为调试模式时，第二计量泵6和其他计量泵一样，需要被选中才可以运行，启动后各自运行，超压时各自停转不影响其他电机运行。
26.二氧化碳储罐18通过管道与制冷水箱17的进口相连，该二氧化碳储罐18内的二氧化碳是通过压降气化输出至制冷水箱17内，在制冷水箱17内液化，即二氧化碳储罐18和制冷水箱17内压力相同，但是制冷水箱17内温度更低，更低的温度使气态二氧化碳液化，液化后气态二氧化碳量减少，压强下降，因此二氧化碳储罐18内的气态二氧化碳因压强差涌向制冷水箱17内，同时二氧化碳储罐18内的的液态二氧化碳因压强降低，逐渐气化以保持气压，通过这种机制达到二氧化碳输送的功能。其中制冷水箱17内设有压缩机组和大量的防冻液，压缩机组的作用主要是给制冷水箱17降温，即压缩机组工作，压缩机组出口排出的液态的制冷液通往散热器降温，降温后的制冷液通过节流装置，使节流装置前端和后端的制冷液存在压差，等温度低压的制冷液因高于象限点气化，制冷液气化吸收大量的热量，再通过压缩机组压缩液化，以此为循环，气化时吸收的热量就是制冷水箱17内防冻液的热量。
27.制冷水箱17的出口通过管道与第一计量泵4的进口相连，第一计量泵4的出口通过管道与混合加热器14的进口相连，液化后的液态二氧化碳通过管道进入第一计量泵4内，然后第一计量泵4由电机一3通过偏心轮驱动并增压后，将液态二氧化碳排出至混合加热器14内。
28.储罐三13的出口通过管道与设置在底盘1上的组合聚醚加热器20的进口相连，组合聚醚加热器20的出口通过管道与第四计量泵10的进口相连，第四计量泵10的出口通过管道与混合加热器14的进口相连，储罐三13内存放的是组合聚醚，组合聚醚通过管道进入组合聚醚加热器20内进行加热，加热后的组合聚醚通过管道进入第四计量泵10内，然后第四计量泵10由电机四9通过偏心轮驱动并增压后，将组合聚醚输送至混合加热器14内与液态二氧化碳混合加热，混合加热后再通过管道一与喷枪15相连。
29.储罐一11的出口通过管道与第二计量泵6的进口相连，第二计量泵6的出口通过管道二与喷枪15相连，储罐一11内存放的是清洗剂，第二计量泵6由电机二5通过偏心轮驱动并增压，将储罐一11内的清洗剂输送至喷枪15中，用于对喷枪15内部残余料液进行清洗。
30.储罐二12的出口通过管道与设置在底盘1上的异氰酸酯加热器19的进口相连，异氰酸酯加热器19的出口通过管道与第三计量泵8的进口相连，第三计量泵8的出口通过管道三与喷枪15相连，储罐二内存放的是异氰酸酯，异氰酸酯先进入异氰酸酯加热器19内进行加热，加热后再进入第三计量泵8内，然后第三计量泵8由电机三7通过偏心轮驱动并增压后，将异氰酸酯输送至喷枪15中。
31.管道一上连通有组合聚醚进料管24，组合聚醚进料管24上连通有组合聚醚回流管
25，组合聚醚回流管25与储罐三13的进口相连，便于多余的组合聚醚在第四计量泵10的作用下回流进入储罐三13中进行下次应用，达到减少损耗的目的。
32.管道三上连通有异氰酸酯进料管22，异氰酸酯进料管22上连通有异氰酸酯回流管23，异氰酸酯回流管23与储罐二12的进口相连，便于多余的异氰酸酯在第三计量泵8的作用下回流进入储罐二12中进行下次应用，达到减少损耗的目的。
33.组合聚醚进料管24和异氰酸酯进料管22均安装在喷枪15内，该喷枪15上连接有压缩空气管21，用于吹净喷枪15内残余的清洗剂。
34.本实用新型的使用过程如下：
35.操作人员首先开启控制箱16上的总电源按键27后，触摸屏以及内部的plc控制器、伺服驱动器控制电源通电开机，按下执行供电开关按键，使伺服驱动器内的rst通电；接着将模式选择旋钮选择为聚氨酯模式，并通过面板装置26上的各个按键或旋钮选择好需要运行的装置，然后在触摸屏上设置各个运行装置的参数，最后按下电机启动按键。
36.开始运行后，二氧化碳从二氧化碳储罐18内通过管道进入制冷水箱17，在制冷水箱17内液化，液化后的液态二氧化碳送到第一计量泵4中，第一计量泵4由电机一3通过偏心轮驱动并增压后，第一计量泵4计量后通过管路将其输送到混合加热器14中，接着储罐三13内存放的组合聚醚，经过管道输送至组合聚醚加热器20后再经过管道输送至第四计量泵10，通过第四计量泵10计量并增压后通过管道输送至混合加热器14中，在混合加热器14中，液态二氧化碳和组合聚醚充分混合、加热后通过管道输送至喷枪15中；然后储罐一11内存放的清洗剂，通过管道输送至第二计量泵6中，通过第二计量泵6计量并增压后，通过管道输送至喷枪15中；储罐二12内存放的异氰酸酯，通过管道输送至异氰酸酯加热器19后再经过管道输送至第三计量泵8，通过第三计量泵8计量泵并增压后输送至喷枪15中。
37.当喷枪15处于待机状态时，压缩空气管21、清洗剂都处于截止状态，异氰酸酯和组合聚醚分别通过喷枪15内部的异氰酸酯进料管22、组合聚醚进料管24和各自的异氰酸酯回流管23、组合聚醚回流管25接通，处于回流状态，异氰酸酯和组合聚醚返回各自的储罐中；
38.当喷枪15处于喷涂状态时，压缩空气管21、清洗剂、异氰酸酯回流管23和组合聚醚回流管25处于截止状态，异氰酸酯和组合聚醚在喷枪15内先混合再喷出；
39.当喷枪15处于清洗剂清洗状态时，压缩空气管21处于截止状态，清洗剂涌入喷枪15内冲洗残余料液，异氰酸酯进料管22和异氰酸酯回流管23连通，组合聚醚进料管24和组合聚醚回流管25连通；
40.当喷枪15处于压缩空气清洁状态时，压缩空气管21和喷枪15连通，压缩空气涌入喷枪15内吹净残余清洗剂，清洗剂处于截止状态，异氰酸酯进料管22和异氰酸酯回流管23连通，组合聚醚进料管24和组合聚醚回流管25连通。
41.本实用新型涉及的其它未说明部分与现有技术相同。