Dây chuyền sản xuất da PU được sản xuất như thế nào?

Dây chuyền sản xuất da PU được sản xuất bằng cách tích hợp một chuỗi máy móc chuyên dụng - trạm phủ, lò sấy, bộ cán màng, máy ép dập nổi và hệ thống cuộn - vào một quy trình nội tuyến liên tục để biến vải hoặc chất nền không dệt thành sản phẩm da tổng hợp polyurethane thành phẩm. Trình tự sản xuất cốt lõi bao gồm việc áp dụng một hoặc nhiều lớp nhựa polyurethane vào chất nền, xử lý lớp phủ trong lò được kiểm soát nhiệt độ, cán các lớp bổ sung nếu cần, sau đó áp dụng các phương pháp xử lý bề mặt như dập nổi, in hoặc hoàn thiện để đạt được các đặc tính thẩm mỹ và chức năng mong muốn. Dây chuyền sản xuất được thiết kế dưới dạng hệ thống tích hợp chứ không phải máy riêng lẻ, với toàn bộ dây chuyền được thiết kế xoay quanh dòng sản phẩm cụ thể, tốc độ đầu ra và phương pháp phủ theo yêu cầu của nhà sản xuất.

Có hai quy trình sản xuất chính được sử dụng trong sản xuất da PU: quy trình khô (còn gọi là phương pháp phủ chuyển) và quy trình ướt (còn gọi là phương pháp phủ trực tiếp hoặc đông tụ). Mỗi loại yêu cầu một dây chuyền sản xuất có cấu hình khác nhau với thiết bị, cấu hình lò và hệ thống xử lý hóa chất riêng biệt. Hầu hết các nhà máy da PU hiện đại đều vận hành độc quyền một loại dây chuyền hoặc lắp đặt các dây chuyền riêng biệt cho từng quy trình để phục vụ các phân khúc sản phẩm khác nhau. Hiểu cách xây dựng các dây chuyền sản xuất này và chức năng của từng bộ phận chính là điều cần thiết đối với bất kỳ ai đánh giá thông số kỹ thuật của dây chuyền, thiết kế cơ sở sản xuất hoặc đánh giá tiềm năng chất lượng của một cơ sở sản xuất nhất định.

Hai phương pháp sản xuất: Quy trình khô và Quy trình ướt

Trước khi kiểm tra các thành phần riêng lẻ của dây chuyền sản xuất da PU, điều quan trọng là phải hiểu hai phương pháp sản xuất khác nhau về cơ bản, vì chúng dẫn đến các cấu hình thiết bị hoàn toàn khác nhau.

Quy trình khô (Phương pháp phủ chuyển)

Trong quá trình khô, nhựa PU trước tiên được phủ lên giấy nhả silicon hoặc màng nhả, mang kết cấu bề mặt và hoa văn sẽ được chuyển sang sản phẩm da cuối cùng. Giấy tráng phủ đi qua lò sấy nơi dung môi bay hơi và màng PU đông cứng lại. Sau đó, một lớp keo được phủ lên trên màng PU đã đóng rắn và vải hoặc chất nền không dệt được ép lên lớp keo dưới áp lực. Sau khi đóng rắn, giấy nhả được bóc ra, chuyển bề mặt PU - hoàn chỉnh với họa tiết dập nổi từ giấy nhả - sang nền vải. Giấy phát hành được cuộn lại để tái sử dụng trong nhiều chu kỳ sản xuất.

Quy trình khô được sử dụng cho phần lớn da PU thời trang chất lượng cao dùng cho giày dép, túi xách, bọc đồ nội thất và nội thất ô tô. Nó cho phép kiểm soát chính xác hình dáng bề mặt, độ dày lớp và kết cấu. Dây chuyền da PU quy trình khô tiêu chuẩn hoạt động ở tốc độ 8 đến 25 mét mỗi phút , tùy thuộc vào độ dày lớp phủ và chiều dài lò.

Quy trình ướt (Phương pháp đông tụ)

Trong quy trình ướt, nhựa PU hòa tan trong dung môi dimethylformamide (DMF) được phủ trực tiếp lên nền vải và sau đó được đưa qua bể nước có chứa hỗn hợp nước-DMF. Khi vải phủ đi qua bể, nước sẽ thay thế DMF trong lớp phủ, làm cho PU đông tụ thành một cấu trúc vi mô xốp, giống như bọt biển với kết cấu giống với cấu trúc thớ bên trong của da thật. Sau đó, vải đi qua bể giặt nước để loại bỏ DMF còn sót lại, tiếp theo là đưa vào lò sấy để loại bỏ nước và cuối cùng qua công đoạn xử lý bề mặt.

Quy trình ướt tạo ra da PU có độ thoáng khí, mềm mại vượt trội và cảm giác cầm trên tay giống da tự nhiên hơn — khiến nó được ưa chuộng dùng làm lớp lót giày dép cao cấp, găng tay thể thao và một số ứng dụng nội thất nhất định. Tuy nhiên, nó đòi hỏi các hệ thống thu hồi DMF rộng rãi để tuân thủ môi trường, khiến cho dây chuyền xử lý ướt phức tạp hơn và tốn nhiều vốn hơn so với quy trình khô tương đương. Dây chuyền xử lý ướt yêu cầu các thiết bị thu hồi DMF có khả năng thu hồi trên 95% DMF đã sử dụng để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải môi trường ở hầu hết các khu vực pháp lý sản xuất.

Các trạm thiết bị cốt lõi trong dây chuyền da PU xử lý khô

Dây chuyền sản xuất da PU quy trình khô hoàn chỉnh tích hợp nhiều trạm chuyên dụng vào một quy trình sản xuất liên tục duy nhất. Dòng thường kéo dài Tổng chiều dài 60 đến 150 mét tùy thuộc vào số lượng trạm phủ, chiều dài lò và các bộ phận hoàn thiện tùy chọn đi kèm. Mỗi trạm thực hiện một chức năng cụ thể để xây dựng từng lớp sản phẩm cuối cùng.

Trạm tháo cuộn giấy

Trình tự sản xuất bắt đầu tại quầy thư giãn giấy nhả, nơi các cuộn giấy nhả phủ silicon lớn - thường có chiều dài từ 500 đến 2.000 mét mỗi cuộn - được nạp và tháo ra ở độ căng được kiểm soát trên đường sản xuất chính. Giấy nhả cung cấp kết cấu bề mặt cho da PU thành phẩm: các loại giấy nhả khác nhau có các mẫu vân nổi khác nhau (hạt tự nhiên, hạt sỏi, mịn, cá sấu, v.v.) được chuyển vĩnh viễn lên bề mặt PU trong quá trình phủ và cán màng. Trạm thư giãn kết hợp một hệ thống kiểm soát độ căng để duy trì độ căng giấy nhả liên tục khi đường kính cuộn giảm trong quá trình thư giãn, ngăn ngừa nếp nhăn hoặc đăng ký sai có thể gây ra khuyết tật bề mặt trên da thành phẩm.

Trạm phủ đầu tiên (Lớp bề mặt / Lớp phủ trên cùng)

Giấy nhả đi qua đầu lớp phủ đầu tiên, nơi áp dụng độ dày chính xác của nhựa polyurethane - lớp phủ bề mặt. Đầu phủ thường là máy phủ thanh dấu phẩy (còn gọi là máy sơn phủ dạng dao) hoặc máy phủ cuộn ống đồng, tùy thuộc vào độ nhớt của công thức PU và độ đồng đều độ dày được yêu cầu. Hình dạng thanh dấu phẩy tạo ra độ dày màng đồng đều, được kiểm soát bằng cách duy trì khoảng cách chính xác giữa thanh phủ và bề mặt giấy nhả. Độ dày lớp phủ bề mặt thường là 0,05 đến 0,15 mm , được áp dụng trong một lần duy nhất từ công thức nhựa PU được thiết kế đặc biệt cho độ cứng bề mặt, khả năng kháng hóa chất và khả năng tạo màu. Nhựa chứa chất tạo màu, chất tạo liên kết ngang và các chất phụ gia chức năng (chất ổn định tia UV, chất chống trầy xước, hợp chất chống nấm mốc) được pha trộn trước khi phủ.

Lò sấy đầu tiên

Sau trạm phủ đầu tiên, giấy nhả đã tráng sẽ đi vào lò sấy đầu tiên - lò sấy không khí cưỡng bức đa vùng để loại bỏ dung môi (thường là DMF, MEK, toluene hoặc dung môi gốc nước tùy thuộc vào hệ thống nhựa) và xử lý màng PU. Lò được chia thành các vùng nhiệt độ - thường ba đến năm vùng nhiệt độ từ 80°C đến 150°C - nhiệt độ tăng dần từ đầu vào đến đầu ra. Thông số nhiệt độ chia độ này rất quan trọng: nếu nhiệt độ tăng quá nhanh, dung môi bị mắc kẹt bên trong lớp phủ ướt sẽ sôi lên và tạo ra bong bóng hoặc lỗ kim trên màng được xử lý. Chiều dài lò được tính toán dựa trên tốc độ dây chuyền và thời gian cần thiết để bay hơi hoàn toàn dung môi và hình thành màng - chiều dài điển hình của lò lần đầu là 15 đến 30 mét. Khí thải chứa đầy dung môi từ lò được thu gom và xử lý thông qua thiết bị thu hồi dung môi hoặc chất oxy hóa xúc tác trước khi thải ra khí quyển, tuân thủ các quy định về phát thải VOC.

Trạm phủ thứ hai (và tùy chọn thứ ba) - Lớp giữa

Sau lò đầu tiên, lớp bề mặt được xử lý sẽ trở về nhiệt độ môi trường thông qua phần làm mát và sau đó đi qua đầu phủ thứ hai, nơi áp dụng lớp nhựa PU ở giữa - thường là công thức tạo bọt hoặc mềm hơn, góp phần tạo khối, độ mềm và độ dày cho da thành phẩm. Một số dây chuyền sản xuất bao gồm trạm phủ thứ ba cho lớp giữa thứ hai hoặc lớp tạo bọt dính. Lớp giữa thường dày hơn lớp bề mặt, thường là 0,1 đến 0,3 mm mỗi lớp , và có thể kết hợp tạo bọt cơ học hoặc hóa học để tạo ra cấu trúc tế bào giúp cải thiện đặc tính đệm và xúc giác của thành phẩm. Mỗi trạm phủ bổ sung được theo sau bởi lò sấy riêng có chiều dài và nhiệt độ thích hợp.

Trạm phủ keo

Trước khi chất nền vải được liên kết với các lớp PU trên giấy nhả, một lớp phủ dính sẽ được phủ - ở mặt sau của chồng màng PU hoặc lên bề mặt vải, tùy thuộc vào thiết kế quy trình. Chất kết dính là một loại nhựa liên kết gốc PU được thiết kế để tương thích với cả lớp phủ PU và nền vải. Nó phải được áp dụng ở độ dày chính xác và đồng đều - thường là 0,02 đến 0,08 mm - và được xử lý một phần (đến trạng thái dính chứ không phải cứng hoàn toàn) trong thời gian sấy ngắn để nó giữ được đủ độ bám dính để liên kết mạnh mẽ khi áp dụng áp lực cán. Thiết kế trạm phủ chất kết dính rất quan trọng đối với độ bền nhất quán của lớp vỏ - sự thay đổi trọng lượng của lớp phủ chất kết dính là nguyên nhân hàng đầu gây ra lỗi tách lớp trên da PU thành phẩm.

Trạm cán nền vải

Vải hoặc chất nền không dệt - được tháo ra khỏi giá đỡ vải riêng biệt - được tiếp xúc với lớp màng PU được phủ keo tại trạm cán. Một cặp con lăn ép tạo áp lực có kiểm soát để liên kết chắc chắn vải với màng PU. Áp suất kẹp, nhiệt độ cuộn và tốc độ đường truyền tại thời điểm này là những thông số quan trọng quyết định độ bền liên kết, độ mịn bề mặt và độ ổn định kích thước của vật liệu hoàn thiện. Áp suất con lăn cán thường dao động từ 0,2 đến 0,8 MPa , tùy thuộc vào trọng lượng và độ dày của vải, đồng thời bề mặt con lăn có thể được làm nóng đến 80–120°C để hỗ trợ kích hoạt chất kết dính. Hỗn hợp kết hợp — giấy nhả / lớp PU / keo / vải — tiếp tục đi qua lò sấy sau cán để xử lý keo cuối cùng trước khi giấy nhả được tách ra.

Tách giấy và tua lại giấy

Sau khi keo khô hoàn toàn, hỗn hợp sẽ đi vòng quanh một con lăn tách, tại đó giấy nhả sẽ được bóc ra khỏi bề mặt da PU. Sự tách biệt này cho thấy bề mặt PU đã hoàn thiện - với kết cấu, độ bóng và màu sắc được xác định bởi giấy nhả và công thức nhựa PU được áp dụng - lần đầu tiên. Giấy phát hành được cuộn lại thành ống cuộn để tái sử dụng cho những lần sản xuất tiếp theo; giấy nhả silicone chất lượng cao thường có thể được tái sử dụng 20 đến 80 lần trước khi lớp sơn phủ bị thoái hóa và giấy phải được thay thế. Da PU hiện đã lộ ra - được lót nền và có bề mặt hoàn thiện hướng lên trên - tiếp tục đến phần xử lý bề mặt và hoàn thiện của dây chuyền.

Trạm xử lý và hoàn thiện bề mặt

Sau khi màng PU được chuyển từ giấy nhả sang nền vải, da PU cơ bản sẽ đi qua một loạt các trạm xử lý bề mặt để áp dụng màu sắc, kết cấu, độ bóng và các đặc tính chức năng cuối cùng. Các hoạt động hoàn thiện này biến vật liệu composite cơ bản thành da PU có sẵn trên thị trường với các đặc tính về hình thức và hiệu suất cụ thể mà ứng dụng cuối cùng yêu cầu.

In bề mặt và chỉnh màu

Con lăn in ống đồng hoặc trạm in flexo áp dụng các lớp phủ màu bề mặt, hoa văn trang trí hoặc các lớp hiệu chỉnh màu cho bề mặt PU. In ống đồng cho phép ứng dụng màu sắc chính xác, có thể lặp lại trong các lớp mỏng — thường là 5 đến 30 micron mỗi lần chuyển màu — và có khả năng tái tạo các hoa văn, vân gỗ, hiệu ứng đá hoặc thiết kế trừu tượng phức tạp trên bề mặt PU. Dây chuyền in nhiều màu có thể kết hợp ba đến sáu trạm in theo trình tự, với một đoạn sấy ngắn hoặc xử lý bằng tia cực tím giữa mỗi trạm để ngăn ngừa hiện tượng chảy màu.

Máy dập nổi

Đối với da PU yêu cầu kết cấu bề mặt ba chiều cụ thể — hoa văn vân, đường kẻ chéo, lỗ đục lỗ hoặc hình dạng bề mặt khác — một trạm dập nổi được tích hợp vào dây chuyền. Máy dập nổi bao gồm một con lăn dập nổi được gia nhiệt (hoặc máy ép phẳng cho một số ứng dụng) được khắc với mẫu bề mặt mong muốn, ép bề mặt PU đã được gia nhiệt để truyền kết cấu vĩnh viễn. Nhiệt độ con lăn dập nổi thường dao động từ 100°C đến 180°C , với nhiệt độ chính xác được xác định bởi điểm hóa mềm của công thức PU cụ thể được sử dụng. Đối với da PU được sản xuất theo quy trình khô, dập nổi đôi khi được sử dụng để củng cố hoặc làm sắc nét họa tiết đã được chuyển từ giấy nhả hoặc để tạo họa tiết hoàn toàn khác trên bề mặt sản phẩm bằng cách ghi đè lên mẫu giấy nhả.

Ứng dụng sơn phủ và hoàn thiện bề mặt

Trạm xử lý bề mặt cuối cùng áp dụng lớp phủ trên cùng - công thức PU hoặc polyurethane gốc nước mỏng, có độ bền cao để bảo vệ lớp in và màu bên dưới, đồng thời xác định mức độ bóng bề mặt cuối cùng (mờ, bán bóng hoặc độ bóng cao). Lớp phủ trên cùng cũng có thể kết hợp các chất phụ gia chức năng như hợp chất chống trầy xước, chất kỵ nước, lớp phủ chống sương mù cho các ứng dụng ô tô hoặc các phương pháp xử lý kháng khuẩn cho các ứng dụng chăm sóc sức khỏe hoặc đồ thể thao. Việc thi công lớp phủ trên thường được thực hiện bằng con lăn ống đồng hoặc sơn phun, với độ dày màng khô từ 5 đến 20 micron - đủ mỏng để duy trì độ trong của kết cấu bề mặt đồng thời mang lại sự bảo vệ bề mặt bền vững.

Phần làm mát và điều hòa

Sau khi đi qua giai đoạn nung cuối cùng của dây chuyền hoàn thiện, da PU phải được làm nguội đến nhiệt độ môi trường trước khi cuộn dây. Bộ phận làm mát - một loạt các con lăn làm mát bằng nước hoặc đường hầm làm mát bằng không khí - nhanh chóng giảm nhiệt độ vật liệu từ 80–140°C xuống dưới 40°C. Bước làm mát này không chỉ đơn thuần là sự tiện lợi về mặt thực tế - nó còn cần thiết cho sự ổn định kích thước. Vết thương bằng da PU khi còn nóng sẽ phát triển biến dạng cố định do vật liệu co lại trong quá trình làm mát cuộn, gây ra biến dạng bề mặt, biến đổi lực căng và khó khăn trong các hoạt động chuyển đổi tiếp theo như cắt và cán mỏng.

Hệ thống cuộn dây, kiểm tra và kiểm soát chất lượng

Ở cuối dây chuyền sản xuất, da PU thành phẩm được kiểm tra, đo lường và quấn thành cuộn để vận chuyển hoặc chuyển đổi tiếp. Hệ thống cuộn dây và kiểm tra được tích hợp vào dây chuyền sản xuất da PU hiện đại phức tạp hơn đáng kể so với các máy cuộn cuộn đơn giản.

Hệ thống phát hiện lỗi trực tuyến

Hệ thống camera tốc độ cao được gắn phía trên dây chuyền sản xuất liên tục quét toàn bộ chiều rộng của bề mặt da PU đang chuyển động để tìm các khuyết tật - lỗ kim, lớp phủ bị bỏ qua, biến đổi màu sắc, nhiễm bẩn bề mặt, lỗi dập nổi hoặc bong bóng cán màng. Hệ thống camera xử lý hình ảnh ở tốc độ đường truyền bằng phần mềm phân tích hình ảnh tự động, so sánh từng khung hình với các tiêu chuẩn chất lượng tham chiếu, gắn cờ và đánh dấu bất kỳ vùng bị lỗi nào bằng tia mực hoặc nhãn dính. Việc kiểm tra tự động này cho phép người vận hành cuộn dây cắt bỏ các phần bị lỗi hoặc tách riêng các cuộn kém chất lượng mà không làm chậm dây chuyền sản xuất chính. Hệ thống kiểm tra quang học hiện đại có thể phát hiện các khuyết tật bề mặt có đường kính nhỏ tới 0,5 mm ở tốc độ đường truyền lên tới 30 mét mỗi phút.

Đo độ dày và đo chiều rộng

Máy đo độ dày nội tuyến - thường là cảm biến tam giác laser hoặc tia beta - liên tục đo tổng độ dày của da PU thành phẩm trên toàn bộ chiều rộng của nó và ghi lại dữ liệu theo vị trí và thời gian. Dữ liệu này được ghi vào hệ thống quản lý sản xuất và được sử dụng để xác minh rằng độ dày lớp phủ nằm trong thông số kỹ thuật, phát hiện sai lệch quy trình cần hiệu chỉnh và tạo hồ sơ truy xuất nguồn gốc cho từng cuộn sản phẩm. Cảm biến phát hiện cạnh đồng thời đo và ghi lại chiều rộng hoàn thiện của mỗi cuộn, đảm bảo sự phù hợp với thông số kỹ thuật của khách hàng và cho phép cảnh báo tự động nếu việc cắt viền cạnh không hoạt động chính xác.

Trạm cuộn dây kiểm soát sức căng

Da PU thành phẩm được quấn trên các lõi bìa cứng hoặc lõi kim loại ở độ căng được kiểm soát chính xác và giảm khi đường kính cuộn tăng - một dạng cuộn được gọi là kiểm soát độ căng côn. Cuộn dây có độ căng không đổi sẽ dẫn đến các lớp bên trong của một cuộn lớn bị quấn chặt hơn các lớp bên ngoài, tạo ra các gradient ứng suất bên trong khiến cuộn cuộn bị xẹp, xẹp xuống hoặc hình thành các vết căng vĩnh viễn trong quá trình bảo quản. Kiểm soát độ căng côn đảm bảo ứng suất cuộn đồng đều trong suốt cuộn, tạo ra các cuộn được bung ra một cách sạch sẽ và không bị biến dạng trong quá trình chuyển đổi xuôi dòng. Cuộn da PU thành phẩm thường nặng từ 200 đến 800 kg và chứa từ 50 đến 300 mét tuyến tính vật liệu trên mỗi cuộn tùy thuộc vào độ dày và trọng lượng vải.

Thông số kỹ thuật thiết bị chính cho dây chuyền sản xuất da PU hoàn chỉnh

Bảng sau đây tóm tắt các trạm thiết bị chính của dây chuyền da PU quy trình khô, thông số kỹ thuật chính của chúng và các thông số quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm ở từng giai đoạn.

Cấu hình dây chuyền xử lý ướt: Sự khác biệt chính trong thiết bị

Quá trình ướt Dây chuyền sản xuất da PU chia sẻ một số khái niệm thiết bị với quy trình khô - đầu phủ, lò sấy, hệ thống cuộn dây - nhưng bao gồm một số thành phần bổ sung chính dành riêng cho hóa học đông tụ của quy trình.

Trạm phủ trực tiếp lên vải

Trong quy trình ướt, đầu phủ bôi dung dịch PU-DMF trực tiếp lên nền vải chuyển động - điển hình là vải polyester hoặc nylon không dệt. Độ nhớt của lớp phủ cao hơn so với các công thức quy trình khô và khe hở dao được thiết lập để đạt được tổng độ dày lớp phủ mong muốn cuối cùng chỉ trong một lần chạy — thường có tổng độ dày lớp phủ từ 0,3 đến 1,5 mm đối với lớp xử lý ướt, dày hơn đáng kể so với các lớp xử lý khô riêng lẻ.

Hệ thống tắm đông máu

Vải tráng phủ ngay lập tức được đưa vào bể đông tụ - một bể chứa đầy hỗn hợp DMF và nước, được duy trì ở nồng độ và nhiệt độ được kiểm soát. Khi vải tráng di chuyển chậm qua bể, nước sẽ khuếch tán vào lớp phủ PU trong khi DMF khuếch tán ra ngoài, kích hoạt quá trình đông tụ (đóng rắn) của PU thành cấu trúc vi mô xốp đặc trưng của nó. Nồng độ bể - tỷ lệ DMF với nước - là một thông số quan trọng của quá trình: nồng độ DMF trong bể đông máu điển hình dao động từ 15% đến 30% . Nồng độ DMF cao hơn tạo ra cấu trúc lỗ chân lông mịn hơn, đặc hơn; nồng độ thấp hơn tạo ra cấu trúc thô hơn, cởi mở hơn. Thời gian lưu của vải trong bể đông tụ thường từ 5 đến 15 phút, đòi hỏi bể tắm dài có tổng chiều dài từ 30 đến 80 mét ở tốc độ dây chuyền thông thường.

Bể rửa nước

Sau khi đông tụ, vải phủ PU chứa DMF dư đáng kể trong cấu trúc lỗ chân lông - thường là vài phần trăm trọng lượng - phải được loại bỏ để tạo ra sản phẩm an toàn về mặt hóa học và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn sản phẩm và môi trường. Vải đi qua một loạt bể giặt nước ngược dòng - thường là bốn đến tám bể nối tiếp - dần dần pha loãng và rửa sạch DMF. Nước rửa từ bể được thu gom và đưa vào hệ thống thu hồi DMF. Công đoạn giặt phải giảm lượng DMF dư trong da PU thành phẩm xuống dưới 0,5% trọng lượng để đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm tiêu chuẩn cho hầu hết các ứng dụng.

Hệ thống phục hồi và xử lý môi trường DMF

Nước rửa thu được từ bể rửa có chứa DMF ở dạng dung dịch loãng. Vì DMF vừa là dung môi có giá trị vừa là chất được quản lý vì lý do môi trường và sức khỏe người lao động nên việc thu hồi nó từ nước rửa vừa là nhu cầu kinh tế vừa là yêu cầu pháp lý. Hệ thống thu hồi DMF dựa trên quá trình chưng cất xử lý nước rửa để tách DMF khỏi nước, thu hồi DMF để tái sử dụng trong quá trình chuẩn bị nhựa và xả nước sạch tuân thủ các tiêu chuẩn xả nước thải. Dây chuyền da PU xử lý ướt hiện đại đạt được Tỷ lệ phục hồi DMF từ 95% đến 99% của DMF được áp dụng ban đầu, làm cho quá trình này trở nên khả thi về mặt kinh tế mặc dù cần phải đầu tư thêm thiết bị.

Sấy khô và xử lý bề mặt

Sau khi giặt, vải phủ PU sẽ được đưa qua lò sấy để loại bỏ nước khỏi cấu trúc PU xốp. Sấy khô theo quy trình ướt yêu cầu nhiệt độ thấp hơn so với xử lý bằng quy trình khô - thường 80°C đến 120°C — vì cấu trúc PU xốp đã hình thành và chỉ cần loại bỏ độ ẩm thay vì xử lý bằng dung môi. Sau khi sấy khô, da PU quy trình ướt trải qua quá trình xử lý bề mặt - đánh bóng cho đều bề mặt, tiếp theo là các công đoạn in, phủ trên cùng và dập nổi tương tự được sử dụng trong quy trình khô để đạt được hình thức và hiệu suất cuối cùng cần thiết.

Nguyên liệu thô và vai trò của chúng trong thiết kế dây chuyền sản xuất

Nguyên liệu thô được xử lý trên dây chuyền sản xuất da PU không phải là đầu vào thụ động - các đặc tính vật lý và hóa học cụ thể của chúng quyết định trực tiếp cách cấu hình dây chuyền sản xuất, nhiệt độ và sức căng mà thiết bị phải xử lý cũng như yêu cầu hệ thống kiểm soát chất lượng nào. Hiểu được các nguyên liệu thô chính sẽ làm rõ lý do tại sao thông số kỹ thuật của dây chuyền sản xuất lại khác nhau giữa các nhà sản xuất và loại sản phẩm.

• Nhựa Polyurethane: Có sẵn ở dạng dung môi, gốc nước và 100% rắn. PU gốc dung môi cung cấp phạm vi đặc tính rộng nhất và vẫn chiếm ưu thế trong các dây chuyền sản xuất thông thường. PU gốc nước ngày càng được sử dụng nhiều trong các dây chuyền hướng tới môi trường nhưng yêu cầu các thông số kỹ thuật lò khác nhau (quản lý hơi nước, thời gian sấy dài hơn) và tạo ra các đặc tính bề mặt hơi khác nhau. Độ nhớt của nhựa ở nhiệt độ ứng dụng quyết định phương pháp phủ - nhựa có độ nhớt cao phù hợp với lớp phủ dấu phẩy; nhựa có độ nhớt thấp phù hợp với ứng dụng cuộn ống đồng.
• Chất nền vải: Polyester dệt, polyester dệt kim, polyester không dệt hoặc vải không dệt sợi nhỏ là những loại chất nền chính. Mỗi loại có đặc điểm độ giãn dài, trọng lượng và kết cấu bề mặt khác nhau ảnh hưởng đến yêu cầu kiểm soát độ căng trên dây chuyền sản xuất. Chất liệu dệt nặng yêu cầu khả năng căng vải cao hơn; vải dệt kim co giãn yêu cầu hệ thống kiểm soát độ căng nổi để tránh biến dạng.
• Giấy phát hành: Giấy giải phóng xác định kết cấu bề mặt và độ bóng của da PU qua quá trình khô. Giấy có sẵn hàng trăm biến thể hoa văn - thớ tự nhiên, thớ đã được chỉnh sửa, độ bóng bằng sáng chế, hiệu ứng da lộn - với lớp phủ silicon có lực nhả khác nhau. Giấy phải duy trì độ ổn định về kích thước trong phạm vi nhiệt độ của lò sấy, điều này hạn chế chất liệu nền giấy ở mức giấy thủ công nặng hoặc chất nền màng polyester cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
• Chất tạo màu và phụ gia: Nhựa PU được tạo màu bằng cách sử dụng chất tạo màu tương thích với polymer được phân tán trong nhựa mang. Hệ màu phải tương thích với cả hóa chất PU và lớp phủ trên cùng phía sau - màu bị chảy ra từ các sắc tố kém ổn định vào lớp phủ trên cùng là một sai sót về chất lượng có thể khiến toàn bộ quá trình sản xuất không đạt yêu cầu. Chất hấp thụ tia cực tím, chất chống oxy hóa, chất ổn định chống thủy phân và chất chống cháy được thêm vào để đáp ứng các thông số kỹ thuật về hiệu suất sản phẩm cho các thị trường cuối cùng cụ thể.

Tự động hóa dây chuyền, Hệ thống điều khiển và Tích hợp Công nghiệp 4.0

Dây chuyền sản xuất da PU hiện đại là hệ thống tự động hóa cao, trong đó sự phối hợp của hàng chục con lăn truyền động độc lập, đầu phủ, vùng lò và thiết bị giám sát được quản lý bằng hệ thống điều khiển PLC và SCADA tích hợp. Kiến trúc tự động hóa của dây chuyền sản xuất cũng quan trọng đối với chất lượng và hiệu quả sản xuất như chính thiết bị cơ khí.

Kiến trúc kiểm soát căng thẳng

Quản lý độ căng là thách thức kiểm soát trọng tâm trên dây chuyền da PU vì vật liệu này thay đổi các đặc tính cơ học — độ cứng, độ giãn dài và mật độ — khi được phủ, sấy khô, dát lớp và xử lý tại mỗi trạm. Mỗi phần của dây chuyền phải duy trì lưới vật liệu ở độ căng thích hợp với trạng thái hiện tại và bước xử lý của nó, không làm căng quá mức lớp nền (có thể gây biến dạng chiều dài của thành phẩm) hoặc làm lưới vật liệu bị căng quá mức (có thể gây ra nếp nhăn và lỗi theo dõi). Dây chuyền da PU hiện đại sử dụng khả năng kiểm soát độ căng theo từng vùng với con lăn và cảm biến tải trọng cung cấp phản hồi độ căng theo thời gian thực cho hệ thống truyền động, duy trì độ căng trong ±3% điểm đặt trên tất cả các tốc độ vận hành và trong quá trình tăng tốc và giảm tốc.

Quản lý nhiệt độ lò nướng

Mỗi vùng lò được điều khiển độc lập bởi bộ điều khiển nhiệt độ PID với phản hồi cặp nhiệt điện, duy trì nhiệt độ cài đặt trong phạm vi ±2°C đến ±5°C trên toàn bộ chiều rộng lò. Độ đồng đều nhiệt độ giữa các lò - chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và các cạnh của lò tại bất kỳ điểm nào dọc theo chiều dài của lò - là một thông số kỹ thuật quan trọng vì quá trình sấy không đồng đều tạo ra các đặc tính bề mặt không đồng đều trên chiều rộng của màng. Lò nướng hiệu suất cao sử dụng hình dạng vòi phun và thiết kế lưu thông không khí được thiết kế đặc biệt để đạt được sự đồng đều về nhiệt độ giữa các lò. tốt hơn ±3°C trên chiều rộng lên tới 2.000 mm.

Quản lý công thức và truy xuất nguồn gốc sản xuất

Hệ thống SCADA lưu trữ các công thức sản xuất - bộ thông số quy trình hoàn chỉnh cho từng loại sản phẩm - trong cơ sở dữ liệu có thể truy cập được từ HMI. Khi quá trình sản xuất chuyển từ sản phẩm này sang sản phẩm khác, người vận hành chọn công thức mới và hệ thống tự động điều chỉnh tất cả các thông số quy trình theo thông số kỹ thuật mới, bao gồm nhiệt độ lò, khoảng trống đầu lớp phủ, áp suất con lăn cán, nhiệt độ dập nổi và cấu hình độ căng cuộn dây. Tất cả các thông số quy trình đều được ghi lại liên tục theo thời gian, nhận dạng cuộn và lệnh sản xuất, tạo ra bản ghi truy xuất nguồn gốc hoàn chỉnh cho mỗi mét da PU được sản xuất. Dữ liệu này hỗ trợ các yêu cầu của hệ thống quản lý chất lượng và cho phép phân tích nguyên nhân gốc rễ nhanh chóng khi khách hàng báo cáo các vấn đề về chất lượng đối với các lô sản xuất cụ thể.

Hệ thống môi trường: Kiểm soát VOC, thu hồi dung môi và xử lý nước thải

Quá trình sản xuất da PU bao gồm một lượng đáng kể dung môi và hóa chất xử lý phải được quản lý tuân thủ các quy định về môi trường. Hệ thống môi trường không phải là phần bổ sung ngoại vi cho dây chuyền da PU — chúng là các thành phần không thể thiếu mà nếu không có thì dây chuyền này không thể hoạt động hợp pháp ở hầu hết các khu vực pháp lý sản xuất.

• Thu gom và xử lý khí thải dung môi (quy trình khô): Tất cả các lò sấy đều được dẫn vào hệ thống thu gom khí thải tập trung. Khí thải chứa đầy dung môi được xử lý thông qua bộ phận thu hồi dung môi (hấp phụ than hoạt tính với khả năng tái tạo hơi nước cho MEK/toluene) hoặc chất oxy hóa xúc tác chuyển đổi VOC thành CO2 và nước. Hiệu suất phân hủy VOC của các chất oxy hóa xúc tác thường vượt quá 98% , mang lại lượng khí thải tốt trong giới hạn quy định.
• Hệ thống phục hồi DMF (quy trình ướt): Thiết bị thu hồi DMF dựa trên quá trình chưng cất xử lý nước rửa để tách và cô đặc DMF đến độ tinh khiết phù hợp để tái sử dụng trong quá trình chuẩn bị nhựa PU - thường thu hồi DMF ở độ tinh khiết lớn hơn 99,5% từ quá trình chưng cất. Nước ngưng bị nhiễm DMF còn sót lại được tái chế trở lại bể rửa thay vì thải ra ngoài.
• Xử lý nước thải (quy trình ướt): Nước thải ra từ quá trình thu hồi DMF có chứa một lượng nhỏ DMF và phải được xử lý trong nhà máy xử lý sinh học bùn hoạt tính hoặc hệ thống oxy hóa tiên tiến trước khi thải ra ngoài. Hệ thống xử lý phải giảm nồng độ DMF trong nước thải xuống dưới giới hạn quy định - thường là dưới 3 mg/L DMF trong lần xả cuối cùng trong các khu vực pháp lý sản xuất lớn.
• Chuyển sang hệ thống PU gốc nước: Áp lực pháp lý ngày càng tăng đối với việc sử dụng dung môi và DMF nói riêng đang thúc đẩy việc áp dụng hệ thống nhựa PU gốc nước cho dây chuyền sản xuất khô. Dây chuyền sản xuất bằng nước yêu cầu nhựa được cải tiến, thiết kế lò khác nhau (quản lý hơi nước trở nên quan trọng) và đầu tư vốn thường cao hơn nhưng loại bỏ nhu cầu thu hồi dung môi và giảm đáng kể lượng khí thải VOC. Quá trình chuyển đổi đang diễn ra và dự kiến ​​sẽ trở thành công nghệ thống trị trong sản xuất da PU trong thập kỷ tới.

Các yếu tố quyết định quy cách dây chuyền sản xuất và quy mô đầu tư

Thông số kỹ thuật của một Dây chuyền sản xuất da PU — và do đó, chi phí vốn — thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loại sản phẩm cụ thể sẽ được sản xuất, công suất đầu ra cần thiết cũng như các tiêu chuẩn về hiệu suất và chất lượng áp dụng cho thị trường mục tiêu. Các yếu tố sau đây thúc đẩy các quyết định về thông số kỹ thuật chính.

Hệ thống da PU quy trình khô một dây chuyền cơ bản — một hoặc hai trạm phủ, tự động hóa vừa phải, chiều rộng làm việc hẹp hơn — có thể được lắp đặt với chi phí thấp hơn đáng kể so với dây chuyền cao cấp đầy đủ. Một dây chuyền tốc độ cao có thông số kỹ thuật đầy đủ với nhiều trạm phủ, tự động hóa toàn diện, kiểm tra tự động và hệ thống xử lý môi trường hoàn chỉnh đòi hỏi khoản đầu tư lớn hơn đáng kể nhưng mang lại công suất đầu ra, tính linh hoạt của sản phẩm và tính nhất quán về chất lượng cần thiết để cạnh tranh trong thị trường ô tô, thời trang cao cấp và đồ nội thất cao cấp nơi tiêu chuẩn chất lượng vật liệu rất nghiêm ngặt và các yêu cầu kiểm toán từ khách hàng OEM là toàn diện.