كيفية حساب تركيبات رغوة البولي يوريثان المرنة؟

أداء رغوة البولي يوريثان المرنة—مثل الصلابة والكثافة والمرونة—يعتمد بشكل كبير على تصميم الصيغة الدقيقة. إذا كنت تريد إنشاء الرغوة المثالية الخاصة بك، فإن فهم مبادئ الحساب وراء التركيبة أمر ضروري. سترشدك هذه المقالة خلال الأساليب الأساسية لحسابات تركيبة رغوة البولي يوريثان المرنة، وتأخذك من النظرية إلى الممارسة.

1. التفاعلات الكيميائية وراء رغوة البولي يوريثان المرنة

يتم تشكيل رغوة البولي يوريثين المرنة من خلال تفاعلين كيميائيين أساسيين: تفاعل التجلط وتفاعل النفخ. يجب تنسيق هذه العناصر بعناية لإنشاء بنية رغوة مثالية.

تفاعل التجلط: وهذا يشكل هيكل الرغوة. تتفاعل مجموعات الهيدروكسيل (−OH) في البوليول مع مجموعات الإيزوسيانات (−NCO) لتكوين روابط اليوريثين وبناء سلسلة بوليمر قوية.
R&ناقص؛OH + R&أساسي؛&ناقص؛NCO → R&ناقص؛NH&ناقص؛COO&ناقص؛R&أولي؛

تفاعل النفخ: يؤدي هذا إلى إنشاء البنية الخلوية للرغوة. يتفاعل الماء مع الإيزوسيانات لتكوين حمض الكارباميك غير المستقر أولاً، والذي يتحلل بسرعة ليطلق غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ويشكل أمين. ثم يتفاعل الأمين الجديد مع إيزوسيانات آخر لتشكيل رابطة يوريا، مما يؤدي إلى تمديد البوليمر.
H₂O + R&رئيسي؛&ناقص؛NCO → [R&رئيسي؛&ناقص؛NHCOOH] → R&أساسي؛&ناقص؛NH₂ + CO₂&uarr؛
R&أساسي؛&ناقص؛NH₂ + R&أساسي؛&ناقص؛NCO → R&أساسي؛&ناقص؛NH&ناقص؛CO&ناقص؛NH&ناقص؛R&أساسي؛

2. المعايير الرئيسية في الصياغة

للتحكم في خصائص الرغوة بدقة، يجب عليك فهم هذه المعلمات الأساسية وقياسها كميًا:

مؤشر الإيزوسيانات: نسبة الإيزوسيانات الفعلية المستخدمة إلى الكمية النظرية اللازمة لجميع الهيدروجين النشط (من البوليول والماء). يشير مؤشر 100 إلى تطابق ذري مثالي.

قيمة بوليول هيدروكسيل: يشير إلى التفاعلية، معبرًا عنها بـملغ KOH/جم. كلما زادت القيمة، زاد عدد المواقع التفاعلية لكل جرام.

الوزن المكافئ للإيزوسيانات: الوزن الجزيئي لكل مول من &مجموعات ناقص؛NCO. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية لحساب استخدام الإيزوسيانات.

ماء: يعمل كعامل نفخ ومتغير رئيسي يؤثر على كثافة الرغوة وصلابتها. الاستخدام النموذجي هو 1–5% من وزن البوليول.

المواد المضافة: تعمل المحفزات (مثل الأمينات والقصدير) على موازنة تفاعلات التجلط والنفخ، بينما تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي على تثبيت بنية الرغوة ومنع الانهيار.

3. عملية حساب الصياغة

تعتمد حسابات الصياغة على القياسات الكيميائية لضمان نسب دقيقة للمكونات. هنا’هذه هي العملية خطوة بخطوة:

① احسب مولات الهيدروكسيل من البوليول:
مولات الهيدروكسيل = (وزن البوليول × قيمة الهيدروكسيل) / (56.1 × 1000)

② احسب مولات الماء:
مولات الماء = وزن الماء / 18

③ احسب متطلبات الإيزوسيانات النظرية:
الأيزوسيانات النظرية = (مولات الهيدروكسيل + مولات الماء) × الوزن المكافئ للإيزوسيانات

④ تحديد الوزن الفعلي للإيزوسيانات (بناءً على المؤشر):
الإيزوسيانات الفعلية = الإيزوسيانات النظرية × (مؤشر الإيزوسيانات / 100)

⑤ تقدير الكثافة النظرية:
الكثافة = الوزن الإجمالي / حجم الرغوة
(ملاحظة: لا يشمل الخسائر أو الإضافات.)

4. مثال حسابي

افترض الصيغة الأساسية على النحو التالي:

*بوليول: 100 جرام

*قيمة الهيدروكسيل: 56 ملغ KOH/جم

*ماء: 3 جرام

*مكافئ الإيزوسيانات: 140 جم/مول

*مؤشر الإيزوسيانات: 100

خطوة بخطوة:

* مولات الهيدروكسيل = (100×56) / (56.1×1000) &غير متماثل؛ 0.1 مول

* مولات الماء = 3/18 &غير مقارب؛ 0.1667 مول

*الإيزوسيانات النظرية = (0.1 + 0.1667) × 140 &غير متماثل؛ 37.338 جم

*الإيزوسيانات الفعلية = 37.338 × (100/100) = 37.338 جرام

*الوزن الإجمالي = 100 + 3 + 37.338 = 140.338 جرام

*كثافة الرغوة (بافتراض حجم رغوة 10 لتر): 140.338 جم / 0.01 متر مربع³ &غير متماثل؛ 14.03 كجم/م³

5. استراتيجيات لتحسين الصيغة

بمجرد فهم أساسيات الحساب، يمكنك تحسين الصيغ لتحقيق الأداء المستهدف:

*ضبط مؤشر الإيزوسيانات: يؤدي ارتفاع المؤشر إلى زيادة الصلابة والقدرة على تحمل الأحمال ولكن قد يسبب هشاشة. يؤدي المؤشر المنخفض إلى إنتاج رغوة أكثر نعومة ومرونة.

*تغيير محتوى الماء: يؤدي إضافة المزيد من الماء إلى تقليل كثافة الرغوة وصلابتها، مما يجعلها أخف وزناً وأكثر نعومة. يؤدي استخدام كمية أقل من الماء إلى إنتاج رغوة أكثر كثافة وصلابة.

*نظام محفز التكرير: يساعد اختيار المحفزات وضبطها على موازنة معدلات التجلط والنفخ لتجنب انهيار الرغوة أو انكماشها.

إن إتقان هذه الحسابات هو مجرد الخطوة الأولى. وفي الممارسة العملية، يجب أيضًا مراعاة اختلافات دفعات المواد الخام، وكفاءة الخلط، والظروف المحيطة. تتطلب التركيبات الناجحة في كثير من الأحيان إجراء العديد من التجارب المعملية والضبط الدقيق. توفر هذه المقالة الأساس لبدء رحلتك بثقة في تركيبة رغوة البولي يوريثان المرنة.