微波、近红外双辐射SG外墙防火保温板生产流水线的制作方法

固相硅凝胶（silicagel）简称sg是一种特殊的硅酸盐材料，sg是氧化硅、水及金属氧化物组成的人工合成络合物。常温环境是一种稳定的固相物，伴随温度升高sg开始由固相到液相的转移，在常压环境伴随络合水的脱出再次由液相演变成固相，这一过程被学术界称之为“凝胶－溶胶－凝胶化”。sg宽范的固液相临界区间，给后期成品加工顾奠定了基础。该材料特殊的理化性能和可加工性能，使其成为一种重要的硅酸盐制品原料。丰富了硅酸盐产品序列，拓展了硅酸盐制品的应用空间。sg作为原料俗称“原料硅”可以通过“凝胶－溶胶－凝胶化”用微波进行发泡，形成轻质硅酸盐材料用于防火、保温、隔热、吸音等。sg比强度接近有机聚合物：容重100kg/m³抗压强度超过0.15mpa。可直接制成块状泡沫材料。sg以络合水作为发泡剂，降低了生产成本而且彻底环保。sg与普通砂岩成分相同，即便处理不当也不会伤害环境，sg属硅酸盐类，与水泥砂浆有很好的粘接力，因此不用担心跌落、伤人等严重安全隐患，让使用者、设计师、施工人员都能安心工作和生活。

背景技术：

建筑采暖、降温能耗已占社会总能耗中最大的一块，因此建造节能成为迫切而又广泛的需求。目前建筑保温、隔热材料分为有机、无机两大类，有机材料中以聚氨酯、聚苯乙烯最常见，有机保温、隔热材料的缺陷在于可燃性高、耐久性差、与建筑材料的界面不相容。其次就是在产品生产和使用中对环境有威胁，稍有不慎就会造成环境污染。生产聚氨酯，和聚苯乙烯泡沫材料的工艺，都在上世纪五十年代定型，当时环境压力不大，对产品生产和使用的环保要求也不高，许多环保内容在当时还不存在。而目前依然使用这些工艺的企业却遇到了环保不达标的难题。为了维持生产东拼西凑上环保，始终也做不到彻底达标。无机材料中应用最广泛的是岩棉，岩棉具有防火、保温、隔热的能力，但不能像有机材料那样，做成块状的泡沫产品，在使用中非常不便。岩棉同样是多年前研发的生产工艺，无法满足现在的环保要求，同样是为了环保达标东拼西凑，甚至环保设备投入超过生产设备，即便如此也无法彻底达到环保要求。而且岩棉的高耗能生产工艺无法做到可持续发展。其他无机材料如泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫水泥等都因比强度不足，使用受到局限，轻了强度不足，重了导热系数太高，无法满足多数环境需要。

技术实现要素：

只有生产工艺先进，设备才容易实现自动化、智能化。只有无三费的生产工艺才能让环保设施运转自如，才能让生产企业做到环保彻底达标。经过数年不间断的探索实践，无数次的推倒重来。引进了ieee绿色建材理念。投资了三条工艺验证生产线，并经过多次改进确立了sg外墙防火保温板的9段法无三费生产工艺。见图1：1sg（周转箱包装）片材上料、2微波预热、3微波发泡、4微波脱水、5切割、6近红外升温、7近红外脱水、8近红外转晶及9sg发泡板码垛，9个工艺段实现。上述9个工艺段由周转箱自动上料装置1，微波发泡流水线2，四边追锯3，近红外熟化流水线4及sg发泡板码垛装置5，5个配套设施实现了sg外墙防火保温板的流水生产。自动上料装置1是周转箱包装的sg片材上料装置，微波发泡流水线2是可升降、代循环风的链带式板压微波发泡流水线，近红外熟化流水线4是代循环风的近红外高温熟化流水线。研究了sg发泡工艺段主要参数，工艺：微波预热、微波发泡、微波脱水，由微波发泡流水线w-1段、w-2段、w-3段实现，三段分别由三个独立的温度、风压自控仪表控制，根据工控pc给出的产品编号由plc2对自控仪表进行温度、风压设置，其中w-1段温度设置值在90℃-120℃之间，风压设置值在5pa－15pa，w-2段温度设置值在160℃-190℃之间，风压设置值在25pa－50pa，w-3段温度设置值在100℃-130℃之间风压设置值在20pa－40pa。工艺：近红外升温、近红外脱水、近红外转晶由近红外熟化流水线h-1段、h-2段、h-3段实现，三段分别由三个独立的温度、风压自控仪表控制，根据工控pc给定的产品编号由plc4对自控仪表进行温度、风压设置，其中h-1段温度设置值在200℃-280℃之间，风压设置值在40pa－60pa之间，h-2段温度设置值在270℃-320℃之间，风压设置值在50pa－100pa之间，h-3段温度设置值在110℃-130℃之间，风压设置值在20pa－40pa之间。研究了工艺：微波预热、微波发泡、微波脱水，由微波发泡流水线w-1段、w-2段、w-3段实现，三段都使用频率为2450mhz的微波,辐射功率密度分别为：w-1段46kva/m²-68kva/m²，w-2段90kva/m²-108kva/m²，w-3段36kva/m²-58kva/m²。研究了工艺：近红外升温、近红外脱水、近红外转晶由近红外熟化流水线h-1段、h-2段、h-3段实现，三段都使用波长在1100nm到1700nm之间的近红外辐射光波,三段的辐射功率密度分别为：h-1段6kva/m²-8kva/m²，h-2段10kva/m²-12kva/m²，h-3段4kva/m²-6kva/m²。实现9段工艺的5套设备由：工控pc和通过485串口连接在工控pc上的，plc1，plc2，plc3，plc4，plc5以及，连接在plc2上，安装在微波发泡流水线w-1、w-2、w-3段的温度、风压自控仪表，和连接在plc4上，安装在近红外熟化流水线h-1、h-2、h-3段的温度、风压自控仪表，实现自动控制，工控pc连接在internet上，安装有订单接收和生产控制程序，并且安装有移动终端app接口实现了sg外墙防火保温板的智能化流水生产。先进工艺夯实了产品使用与生产的彻底低碳、环保。并依此工艺研发了5套联动的装备，通过接入工控pc，plc、数字自控仪表实现了流水线智能控制。使sg外墙防火保温板的生产达到了规模化、自动化、无人化、智能化、符合中国制造2025。经检测sg外墙防火保温板抗压强度0.15mpa，拉拔强度0.1mpa，容重70kg/m³－120kg/m³，导热系数0.032w/(m·k)－0.041w/(m·k)，吸水率≤3%。经过50耐候和50次循环冻融的严格检测。燃烧等级，a级不然材料。

周转箱自动上料装置1

在实际应用中sg原料硅使用了专门设计的sg片材专用周转箱，该方案降低了成本，彻底环保，同时也为自动化带来了基础。sg外墙防火保温板生产工艺：sg片材上料，由周转箱自动上料装置1实现，该装置见图2，1.1是载有sg片材的周转箱，1.2是卸载后的空周转箱，1.3是x方向翻板器，1.4是z方向卸载托盘，1.5是y方向翻板器1.6是y方向平移推杆，1.7是x方向平移推杆，1.8是y方向位移托盘车，1.9微波炉下链带，1.0是z方向加载托盘。加载台面有三个周转箱位置，x方向翻板器1.3旋转180°加载sg片材到皮带，到达卸载位置后y方向翻板器1.5将空箱放置到1.4的z方向卸载托盘上，完成加载和空周转箱码垛，来自来自plc1运行指令脉冲上升延z轴托盘1.0向上移动一个z步长，调整周转箱在加载平台，y方向推杆移动一个y步长到达x方向翻板器1.3位置，x方向翻板器1.3旋转180°完成加载。

微波发泡流水线2

在实际应用中sg外墙防火保温板生产工艺：微波预热、微波发泡、微波脱水，由微波发泡流水线实现见图3，该微波发泡流水线由2-2下链带和2-3上链带形成的腔体作为发泡模具，板压流动发泡。下链带有可升降的升降装置2-4，通过2-4升降调整2-2下链带高度，从而改变2-2下带与2-3上链带形成的腔体厚度，以得到不同厚度的产品。由2-5轴流风机推动的，由管道2-6和热交换器2-7形成的循环风，是保证产品品质的重要因素。w-1段、w-2段、w-3段分别由三个独立的温度、风压自控仪表控制，根据工控pc给出的产品编号由plc2对自控仪表进行温度、风压设置，其中w-1段温度设置值在90℃-120℃之间，风压设置值在5pa－15pa之间，w-2段温度设置值在160℃-190℃之间，风压设置值在25pa－50pa之间，w-3段温度设置值在100℃-130℃之间风压设置值在20pa－40pa之间。三段都使用频率为2450mhz的微波,辐射功率密度分别为：w-1段46kva/m²-68kva/m²，w-2段90kva/m²-108kva/m²，w-3段36kva/m²-58kva/m²。

四边追锯3

在实际应用中sg外墙防火保温板生产工艺5切割是使用四边追锯3实现，见图4，该追锯由固定切边锯3-1完成切边，3-1由电机、轴及两个锯片组成。横切追锯3-2安装在支架3-3上，支架3-3与微波发泡流水线随动。支架3-3上的滚轴带有动力，将切割好的sg发泡板快速输送到近红外熟化流水线链带上，该追锯起到承上启下的功能。安装在3-3上的压板3-4由汽缸带动，起到切割时稳定板材的作用。滑轨3-5带动追锯3-2延y方向平移，完成横切，切割下来的边角料由输送皮带3-6带出后装袋，集中存放，与空周转箱一同运回sg原料硅生产企业回收再造。

近红外熟化流水线4

在实际应用中sg经微波发泡成型后，依旧保留了凝胶态氧化硅的无定向结构。这种结构的氧化硅材料具有溶胶性，不适合长期在高湿尤其是高温高湿环境中使用，也经不得起50年以上耐候，和50次以上循环冻融的检验。通常为了得到稳定的氧化硅晶相结构，sg泡沫材料须经400℃以上高温熟化转晶，而发泡后的sg泡沫材料是一种导热系数很低的材料，依靠热传递实现材料内部高温需要很长的时间，这就意味着流水线会很长能耗很高无法规模化生产。选用对sg穿透性好的近红外辐射管，辐射光波波长在1100nm到1700nm之间，该波段光波对sg发泡板材具有10cm以上的穿透能力，可使sg泡沫板材中无定向氧化硅快速转晶。近红外熟化流水线见图5，4-1箱体连接成流水线主体，并反射、隔离光波辐射同时保温，并形成链带和短波红外发射管支架，也是风道的一部分，4-2链带承载和带动物料流动，4-3短波红外发射管，4-5耐高温轴流风机，4-6热交换器，4-9风道与箱体形成循环风系。工艺：近红外升温、近红外脱水、近红外转晶由近红外熟化流水线h-1段、h-2段、h-3段实现，三段分别由三个独立的温度、风压自控仪表控制，根据工控pc给定的产品编号由plc4对自控仪表进行温度、风压设置，其中h-1段温度设置值在200℃-280℃之间，风压设置值在40pa－60pa之间，h-2段温度设置值在270℃-320℃之间，风压设置值在50pa－100pa之间，h-3段温度设置值在110℃-130℃之间，风压设置值在20pa－40pa之间。工艺：近红外升温、近红外脱水、近红外转晶由近红外熟化流水线h-1段、h-2段、h-3段实现，三段都使用波长在1100nm到1700nm之间的近红外光波,三段的辐射功率密度分别为：h-1段6kva/m²-8kva/m²，h-2段10kva/m²-12kva/m²，h-3段4kva/m²-6kva/m²。

sg发泡板码垛装置5

在实际应用中sg发泡板码垛装置5，见图6，由5-1近红外熟化流水线链带出口连接的缓冲输送滚轮，将sg发泡板运送到a位置进行码垛，a位置安装了可延z方向上下移动的托盘5-4，下移步长为sg发泡板的厚度，以此码垛，码垛完成由延y方向移动的5-3将整垛sg板推送到位置b，位置b用来打包，打包完成的sg包由延x方向移动的5-3将其推送到托盘5-6上，托盘下的旋转支架5-5转动90°等待下一个工作周期。在5-1上安装有物料感应传感器，在位置c上也安装有位置传感器连接在plc5上，位移5-2，5-3，5-4是步进电机带动的螺杆位移推送装置，由plc5控制。

依据其9段工艺，sg外墙防火保温板夯实了产品使用与生产的低碳、环保。由联动的5套装备，实了sg外墙防火保温板批量流水生产。由安装在微波w-1，w-2，w-3段和近红外h-1、h-2、h-3段的温度、风压自控仪表与plc2，plc4实现自动控制，plc1、plc3、plc5单独控制了上料、切割、成品码垛，整条生产线的分控plc与工控pc以485串口通讯，实现总控联动。连接在internet上的工控pc，安装有订单接收和生产控制程序，流水线可按远程订单直接生产。目前sg外墙防火保温板的生产以达到规模化、自动化、无人化、智能化、符合中国制造2025。

附图说明

图1：微波、近红外双辐射sg发泡板生产流水线，设备功能对应流水线设备配置，对应控制系统总示意图。图2：周转箱自动上料装置及自控示意图。图3：微波发泡流水线及自控示意图。图4：四边追锯示意图。图5：近红外熟化流水线及自控示意图。图6：sg发泡板材码垛装置及自控示意图。