塑料制品生产指以合成树脂(高分子化合物)为主要原料,经采用挤塑、注塑、吹塑、压延、层压等工艺加工成型的各种制品的生产,以及利用回收的废旧塑料加工再生塑料制品的生产。塑料制品包括用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚氨酯等各种塑料原料生产的塑料制品,用混合原料生产的改性塑料制品以及用废旧塑料回收生产的塑料再制品。
聚氨酯树脂是一类重要的合成树脂,它以优良的性能、多种产品形态、简便的成型工艺而广泛应用于各行各业,以泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成革、防水材料及铺地材料等多种产品形态应用于诸多领域。例如,硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数比其他合成保温材料和天然保温材料都低,而且可以现场浇注,快速成型,是用量越来越大的合成树脂保温材料,广泛用于民用家电、管道保温及工业保温;软质泡沫塑料以其弹性好、透气性优良等特点广泛用作床具、座椅等的垫材;聚氨酯弹性体则以耐磨、耐低温、高强度、耐油著称,用于制作矿山油田机械的各种橡胶零部件。
(一)聚氨酯制品生产的工艺流程
聚氨酯泡沫塑料的生产工艺主要有浇注发泡法、喷涂发泡成型法、沫状发泡法等。本节以浇注发泡法和喷涂发泡成型法为例简要介绍其工艺流程。
1.浇注发泡法生产聚氨酯制品工艺流程
浇注发泡是常用的成型方法,50%以上的硬质聚氨酯泡沫塑料是用此法成型的。浇注发泡操作过程是:按配方比例,将各种化学原料均匀混合后,注入模具或制品的空腔,在发生化学反应的同时进行发泡,制得硬质聚氨酯泡沫产品。
2.喷涂发泡成型法生产聚氨酯制品工艺流程
喷涂发泡成型是指将硬质聚氨酯泡沫塑料的原料直接喷涂到物件的表面,并在此面上发泡的成型方法。喷涂发泡有两种,一种是空气喷涂,另一种是无空气喷涂。
(二)聚氨酯制品生产的火灾危险性
1.主要物料的火灾危险性
生产聚氨酯泡沫产品的原料主要是有机异氰酸酯、有机多元醇化合物和助剂。
(1)异氰酸酯 大多数异氰酸酯都具有较高的闪点,一般不会出现着火的危险,但它在强烈加热和明火作用下也会燃烧,而且会释放出大量的有毒气体。
(2)多元醇 大多数多元醇的闪点较高(在140~260℃之间),挥发性很低,通常在200℃左右就开始逸出挥发物,稍高一些的温度就有异氰酸酯、多元醇、氨和二氧化碳气体等分解出来,这些分解产物与足够量的氧气相混合,就可能会发生燃烧或进一步分解。
(3)助剂 包括催化剂,泡沫稳定剂,发泡剂,耐燃剂,各种抗热、抗氧稳定剂及填料等。它们在配方中用量不大,但对聚氨酯的性能影响却很大,相当一部分都是易燃、易爆物质。
(4)聚氨酯制品 聚氨酯制品大部分是易燃物,火灾危险性较大。聚氨酯泡沫塑料火灾危险性主要是热稳定性差、延燃性强,受热易分解出氰化氢、醚类、酯类等可燃挥发性气体,容易引起火灾事故。而且,聚氨酯泡沫塑料燃点很低(一般为90~120℃),燃烧速度极快,在燃烧过程中产生熔滴现象,使火灾迅速扩大,不易扑救。
2.生产过程的火灾危险性
(1)聚氨酯工业所用的物理发泡剂一般是低沸点氟代烃类或烃类化合物,在浇注发泡中,要经过输送、搅拌、加热、混合、注入等过程,可挥发性发泡剂如环戊烷,挥发后与空气的混合物遇火花或明火有燃烧或爆炸的危险。
(2)聚氨酯生产过程中发泡是一个剧烈的放热反应,尤其是甲苯二异氰酸与水反应会产生大量的热。聚氨酯泡沫塑料本身是十分易燃的产品,体积大,绝热性能好,能积聚热量,在熟化、固化时,体内温度可达200℃,当自身反应放热得不到及时转移时,轻则引起海绵焦心等质量问题,严重的还能引起着火甚至火灾,这时大量一氧化碳和醇类低分子物质放出,在中心开始燃烧,俗称“烧心”。聚氨酯泡沫塑料一旦着火,蔓延很快。据试验,400kg泡沫塑料能在5分钟内全部烧完。
(3)生产中如果配方配比不当,容易发热。使用含水量高的聚醚(酯)容易发热。生产低密度产品(20kg/m3以下)用水量大,也容易发热。
3.燃烧产物的毒性
由于聚氨酯泡沫塑料在加工过程中添加了各种助剂包括阻燃剂等,因此聚氨酯泡沫塑料在燃烧时多为不完全燃烧,在火灾中产生很浓很黑的烟,含有大量的一氧化碳、二氧化碳、甲醛、氰化氢等有毒气体。这些有毒气体的释放速率和总量不仅与聚氨酯泡沫塑料是否阻燃有关,而且还与聚氨酯泡沫塑料的燃烧温度有直接的关系。以块状聚氨酯软泡和阻燃的块状聚氨酯软泡的燃烧产物进行对比,阻燃的块状聚氨酯软泡的有毒气体释放速率和总量要比不阻燃的块状聚氨酯软泡释放的有毒气体大得多。
氰化氢是一种剧毒物质,它可以使人体缺氧,阻止正常的细胞代谢,致人死亡。一氧化碳是火灾中致人死亡的主要原因。一氧化碳通过肺被血液吸收,由于血红蛋白对一氧化碳的亲和力大于对氧的亲和力,从而使血液中的氧含量不足致人死亡。虽然在火灾初期,火场温度并不很高,但是聚氨酯泡沫塑料所释放的有毒气体,足以使身处火灾中的人员在不知不觉中或者还没等消防人员到场施救时就已经中毒死亡,而且90%以上都是中毒窒息而亡。此外;聚氨酯泡沫塑料在燃烧过程中还产生大量的烟尘,这些烟尘被人体吸入后,会使人体肺部有效呼吸面积减少。
(三)聚氨酯制品生产的防火安全措施
1.原料、成品防火(www.xing528.com)
原料聚醚多元醇、稳定剂、催化剂、发泡剂、阻燃剂等应储存于干燥清洁的仓库内,远离火种、热源,防止阳光直射,防止与强氧化剂、酸类、碱类、油类接触。灭火采用干粉、泡沫、沙土和水。
制品应储存于阴凉通风仓库,远离火种、热源,室温不超过45℃。露天储存特别是聚氨酯软泡,夏季要有降温措施,禁止使用易于产生火花的机械设备和工具。灭火剂采用二氧化碳、干粉和沙土。
2.工艺防火
(1)严格控制明火。在生产中严禁使用电阻丝、电阻片等加热刀具对聚氨酯制品进行切割。
(2)输送易挥发发泡剂如环戊烷的泵应置于容器液面之下,使泵腔内始终充满液体,不让空气进入,泵的叶轮应采用有色金属制成。
(3)凡有发泡剂挥发的场所,电气设备应采用防爆型。
(4)要控制反应温度。在高温季节可加入少量抗氧剂、氟利昂−11,以加速散热。如果白天平均温度在36℃左右,要考虑把生产时间转移到夜间气温略降之后。
(5)更换新原料时要进行小批量试验,生产低密度产品时,尤须注意安全。
3.其他
(1)车间安全要求。生产车间要有良好通风,防止阳光直射,电气设备要符合防爆要求,产品和边角料均不准堆积在车间内。
(2)储存安全要求。刚生产出来的产品还有较高温度,有些未完全反应的物料仍在继续放热,应等到充分冷却后(一般要经过24h)方可入库。库房要有良好通风,夏季要注意防暑降温,避免阳光直射。
(3)消防人员灭火时一定要使用空气呼吸器,用水喷洒,降低危害性,同时也可使用化学干粉灭火剂、二氧化碳和泡沫灭火剂。火灾扑灭后,还必须对异氰酸酯残留物进行彻底清理,采用净化剂处理直至无危害为止。
(4)塑料成品以及塑料厂制品部位发生火灾后,可根据下面几条原则实施灭火:
1)可用强大的直流水冲击灭火。采用这种方法除了可降低燃烧塑料表面温度外,还可以避免塑料熔融或产生液滴,以免熔融滴落物带火落下引燃其他物品,使火势蔓延或灼伤人员。
2)灭火的同时应注意转移未燃烧的塑料制品。
3)控制火势,防止蔓延。
4)水枪阵地应设在上风和侧风方向。
5)塑料燃烧时会产生大量浓烟和其他有毒气体,如果灭火时必须进入烟区,应佩戴防毒面具。
6)防止熔滴滴落伤人,在可能有熔滴的地方灭火时,灭火人员应该采取防护措施。
【思考与练习题】
1.合成树脂生产过程的火灾危险性和防火安全措施有哪些?
2.聚氨酯制品有哪些危险特性?
3.聚氨酯塑料制品生产过程的火灾危险性和防火安全措施有哪些?
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