聚脲弹性体喷涂设备

　　喷涂聚脲弹性体技术的关键除原料 体系外，就是喷涂所需要的专业化设备[1，2，3]。两个化学活性极高的组分混合后快速反应造成粘度迅速增大，如果没有适当的输送、计量、混合设备，这一 反应是无法控制的。随着RIM技术的不断发展，供料、混合、注射、模塑等环节的不断完善，也使得喷涂聚脲(PUA)弹性体投入了商业应用。与喷涂聚氨酯 （PU）、聚氨酯（PU）-聚脲（PUA）弹性体相比，PUA弹性体的混合难度是最大的[3]，一般能够喷涂PUA弹性体的设备通常都能够喷涂PU和 PU-PUA弹性体的，反之则不然。

　　鉴于喷涂设备在该技术中的重要性和PUA弹性体喷涂设备的通用性，本文结合作者在研制和开发该技术中的体会[4～7]，以聚脲弹性体喷涂设备为重点对聚氨酯（脲）弹性体喷涂设备的分类和工作特点、进展、应用实例等方面分别加以介绍。

1．弹性体喷涂设备概述

　　聚氨酯（脲）弹性体喷涂设备分为单组分和多组分两种，前者由于在使用中较为少见，以下重点介绍多组分喷涂设备。作为PUA喷涂所需的专业化设备必须满足如下要求：平稳的物料输送系统，精确的物料计量系统，均匀的物料混合系统，良好的物料雾化系统，方便的物料清洗系统。

　　弹性体喷涂设备主要包括（见图1）：物料输送系统（抽料泵）、物料计量系统（主机）、物料混合系统（喷枪）等，A、R两种物料分别经各自的抽料泵从料桶输送至主机进行计量、加压、加温，然后输送至喷枪，在喷枪混合室混合后喷出。其中主机、喷枪是设备的关键部分。

图1. 喷涂弹性体设备连接示意图

1.1主机

　　主机主要由压力驱动系统、比例泵、控温系统等组成。

　　通常人们所说的“高压机、低压机”是按照主机工作压力的高低来区分的。

　　低压机，一般是电动或气动，工作压力范围低，在PU弹性体及泡沫中应用比较多，它具有体积小、重量轻、价格便宜等优点，但是由于混合系统需要高压空气 [8,9]来实现混合分散，在材料内部引入了较多气孔，因而制得的弹性体力学性能及外观较差，在应用中已较少见，在此不作赘述。

　　高压机，通常有气 动、液压驱动、电动等驱动方式。其工作压力很高（通常大于11.2MPa），可以不必依靠高压空气，就足以把高粘度的物料混合均匀，因此，高压喷涂往往被 称为无气喷涂（airless spray），但由于现在介绍的是无溶剂多组分喷涂，因此与一般的单组分高压无气喷涂截然不同，设备价格一般比较昂贵，重量体积都较大。可以应用于PU、 PU-PUA、PUA各种弹性体和各种PU泡沫的喷涂。与高压机更适合于RIM一样[10]，高压机喷涂成型的弹性体性能优异，因此越来越多地为人们所采 用，以下重点叙述。

1.1.1比例泵

　　比例泵是主机中最主要的单元。在实际应用中多组分喷涂机大多指双组分喷涂，因此大多喷涂设备的主机有两个比例泵。下面以双组分弹性体喷涂设备的比例泵为重点加以介绍。

1.1.1.1比例泵的分类

　　按比例泵的运动方式可分为往复泵、齿轮泵等类型。按往复泵运动的方向，比例泵可分为卧式（水平运动）和立式（上下运动）两种。往复、卧式比例泵是PUA喷涂 中最为常用的喷涂设备，较有代表性的有Gusmer公司的H-2000、H-3500、FF-3500、MARKSMAN，Glas-Craft公司的 MH等等。

1.1.1.2 高压、往复、卧式比例泵的工作特点

　　通过改变比例泵泵缸的尺寸（一般出厂时已设定），压力驱动系统能够为比例泵提供11.2-24MPa的工作压力，用以满足不同体系的要求。为了叙述的方便抽料泵以及压力驱动系统的工作情况在此一起加以介绍。

（1）间歇式物料输送系统

　　从原料桶抽料的A、R抽料泵是间歇工作的。举例来说，当A比例泵处于供料冲程的时候, R比例泵是处于卸料冲程，此时只有A抽料泵是工作的，从高压气源输送来的高压气体就全部施加在了A抽料泵上面，而R抽料泵则不工作；同样的道理，在R抽料 泵工作时，A抽料泵是不工作的。这一特点是通过后文介绍的独特回流支路来实现的，后面详细加以介绍。因此，在任何情况下A、R抽料泵的工作压力是完全一样 的，而不受A、R料粘度的影响。这就为比例泵准确、稳定、连续地计量物料提供了必要条件。间歇工作反而能保证连续供料，为什么？这是靠下面介绍的独特回流 设计来实现的。

（2）独特回流支路设计

　　尽管有些设备配备了比例尺，调节后可通过改变其中一个泵的冲程来改变两组分的比例，但是由于A、R体积比为1：1时混合效果最佳，因此很多设备在出厂时， 比例就固定在1：1，这也就是所谓的“双动泵”或“连动泵”，即两个比例泵在位于同一条水平线上的压力驱动系统的带动下，同步工作。两个比例泵活塞位于同 一条水平线上，由于两个比例泵缸体内径相同，在相同的时间内，活塞的行程相同是输出相同体积物料的前提，高压、往复、卧式比例泵的独特回流支路设计满足了 这一要求。也正是这一设计使得往返两个行程上能保证输出量相同。

　　前文提过，两个抽料泵由于该独特的回流支路实现了间歇工作，这里似乎与主机的供料的连续性相互矛盾。其实不然，下图（图2）是该类比例泵的工作原理图：

图2 . 比例泵工作原理图

　　比例泵的活塞向右移动时，Pump Base中的左面的球密封因有负压打开，右面的球密封关闭，处于待机状态抽料泵立即开始工作（此时抽料泵处于工作状态，有物料抽进主机，所以称之为进料冲 程），如图所示，物料按箭头方向进入了比例泵活塞左面的腔室，而比例泵活塞右面的物料由于Pump Base中的球密封关闭，只有进入Outlet管路进入枪体。

　　比例泵的活塞向左移动时，Pump Base中的左面的球密封因受高压关闭，右面的球密封则由于如箭头所示的高压液流冲开（此时抽料泵处于非工作状态，没有物料进入主机，所以称之为卸料冲程），如图所示，物料按箭头方向通过特殊的回流支路进入了Outlet管路进入枪体。

　　在比例泵的活塞换向时（即往返换向），该类高压比例泵是通过液压系统的接触式反向开关来保证来保证的，当与比例泵活塞同轴同步运动的部位接触到反向开关时， 该反向开关会立即反馈给液压驱动系统，从而改变活塞的运动方向。值得说明的是：与其他所有往复泵一样[11]，在此类设备中也同样存在压力的不平稳的问 题，具体表现为在反向的一瞬间料缸里出现极短暂的真空，因而就出现了压力的轻微波动。

　　综上所述，可看出该系列设备具有平稳的物料输送系统，精确的物料计量系统。

1.1.2主机的加热系统

　　比例泵一般配备有主加热器和软管加热器。多组分喷涂设备的加热效率对混合有很大的影响，每一个组分必须具有6-8KW的加热能力，否则会因物料粘度太高很难 保证理想的混合。由于实际应用中料管较长（最长达93m），因此也必须具有一定的加热能力，但料管加热通常只是用于保温。一般来说，设备加热功率、加热效 率越高，物料初始粘度就可以越高，配方选择的余地就越大，因此就越受欢迎。Gusmer公司的成套喷涂设备只有物料的粘度在3000 mPa.s之下时才能保证均匀的混合。从表1可以看出：MH主机的加热功率和最高加热温度均高于H-2000，这说明该设备可喷物料粘度高于后者。

1.1.3主机的安全性能

　　比例泵的过压保护和过热保护，充分保证了在高温、高压下工作的安全。当喷枪混合室等部位有堵塞时，物料的压力会突然上升，在高过设备设定的压力值时，比例泵 会自动关闭，避免出现压力过大，导致损害设备和伤害施工人员。同样的，当加热温度高于安全值时，加热系统会自动关闭。在这两种情况下，熟练的操作人员都可 以明显的凭经验感觉到设备异常，以便停止喷涂，进行检修。

Gusmer公司的H-2000、Glas-Craft公司的MH的主要技术参数见下表（表1）：

表1. H-2000与MH技术参数比较