آلية تكوين الرغوة ذات الارتداد البطيء

1. مقدمة

منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، شهدت الرغوة البطيئة الارتداد تطورًا كبيرًا في الصين، سواء من حيث التقدم التكنولوجي أو توريد المواد الخام. استفادت العديد من الشركات من هذه الفرصة وحصدت أرباحًا كبيرة. ومع ذلك، مع نضوج تكنولوجيا الرغاوي البطيئة الارتداد، انخفض الطلب في السوق بشكل حاد، ولم تعد هذه الرغاوي سلعة رائجة. ونتيجة لذلك، انخفض اهتمام الصناعة، وتضاءلت المناقشات حول تكنولوجيا الرغاوي البطيئة الارتداد. سنناقش اليوم تقنية الرغاوي ذات الارتداد البطيء.

2. خصائص الرغوة البطيئة الارتداد

ومن السمات النموذجية للرغوة البطيئة الارتداد أن عملية التشوه ومسار الاسترداد لا يستجيبان بشكل فوري ومتزامن لتطبيق وإزالة القوى الخارجية، على عكس الرغاوي العادية. أثناء التعافي بشكل خاص، يبدأ من الحافة الخارجية لنقطة الإجهاد الأساسية ويتعافى تدريجيًا إلى الداخل، وتكون النقطة الأساسية هي آخر نقطة يتم استعادتها. وباستخدام هذه الخاصية، تم تطوير العديد من منتجات التوسيد والوسائد والعناصر الحرفية.

تسمح هذه الميزة الفريدة للرغوة ذات الارتداد البطيء بتوزيع الضغط الناتج عن الأجسام غير المنتظمة بالتساوي، مما أكسبها لقب "رغوة الضغط الصفري". بالإضافة إلى ذلك، يمكن لقوة الارتداد الضعيفة أن تحافظ على الشكل الهندسي الذي يتكون من ضغط الجسم الخارجي على الرغوة، ولهذا السبب تُعرف أيضًا باسم رغوة الذاكرة.

3. آلية تشكيل الرغوة البطيئة الارتداد

ومن المعروف أن الرغاوي تصنع أساساً من مادة البولي إيثر بوليول والإيزوسيانات مع الإضافات اللازمة. بشكل عام، يؤدي استخدام بوليول بولي إيثر عالي الوزن الجزيئي (على سبيل المثال، 3000 وزن جزيئي وما فوق) وبوليول بوليمر (على سبيل المثال، 6000 وزن جزيئي وما فوق) مع الأيزوسيانات إلى رغاوي ارتداد سريعة، يشار إليها عادةً باسم الرغاوي العادية.

في المقابل، يتضمن تحضير رغاوي الارتداد البطيء دائمًا دمج بوليولات بولي إيثر عالية الوزن الجزيئي/بوليولات بوليمر مع بوليولات بولي إيثر منخفضة الوزن الجزيئي (على سبيل المثال، الوزن الجزيئي 700 و550). بشكل نموذجي، يتم تفاعل مزيج من 3000 وزن جزيئي أو بولي إيثر أعلى و550 أو 700 بولي إيثر بوزن جزيئي مع الأيزوسيانات لإنتاج رغوة بطيئة الارتداد. يشكل التفاعل بين البولي إيثر والإيزوسيانات أجزاء متسلسلة ذات أوزان جزيئية مختلفة. تسمى المادة المتكونة من تفاعل البولي إيثر عالي الوزن الجزيئي والإيزوسيانات بالقطعة الناعمة، بينما تسمى المادة الناتجة من تفاعل البولي إيثر منخفض الوزن الجزيئي والإيزوسيانات بالقطعة الصلبة. تتحد أجزاء السلسلة هذه من خلال روابط كيميائية وفيزيائية، وتتشابك وتتراكم، مع انفصال طفيف في الطور بسبب العوائق الاستاتيكية.

من المفهوم أن البولي إيثر ذو الوزن الجزيئي العالي له قيمة هيدروكسيل منخفضة، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة التشابك مع الأيزوسيانات، مما يوفر مساحة أكبر للحركة داخل الجزيئات وبين الجزيئات، مما يجعل التشوه والانتعاش أسهل، أي نشاط عالي في الأجزاء الناعمة. على العكس من ذلك، يحتوي البولي إيثر منخفض الوزن الجزيئي على قيمة هيدروكسيل عالية، مما يؤدي إلى كثافة تشابك عالية مع الأيزوسيانات، مما يوفر مساحة أصغر داخل الجزيئات وبين الجزيئات للحركة، مما يجعل التشوه والانتعاش أكثر صعوبة، أي انخفاض النشاط في الأجزاء الصلبة.

تؤدي الخصائص المذكورة أعلاه للقطاعات الناعمة والصلبة، إلى جانب فصل الطور الطفيف داخل البوليمر، إلى ظاهرة عدم تزامن تشوه واستعادة الجزء الصلب واللين أثناء تطبيق وإزالة القوى الخارجية. السبب الأساسي هو أن تشوه واستعادة الأجزاء اللينة يكون سريعًا، في حين أن الأجزاء الصلبة تكون بطيئة. هذه هي آلية تشكيل الرغوة البطيئة الارتداد. يعرف الفنيون المطلعون على تركيبات الرغوة البطيئة الارتداد أنه عندما يكون المؤشر ثابتًا، فإن زيادة كمية البولي إيثر البطيء الارتداد يؤدي إلى إبطاء سرعة ارتداد الرغوة، كما يؤدي تقليل الكمية إلى تسريعها، للأسباب الموضحة أعلاه.

4. التطبيقات

إن فهم آلية تشكيل الرغوة البطيئة الارتداد يسمح بتصميم تركيبات معقولة بناءً على احتياجات العملاء. على سبيل المثال، إذا كان العميل يحتاج إلى سرعة ارتداد أسرع، فيمكن تقليل كمية البولي إيثر البطيء الارتداد بشكل مناسب، وزيادة كمية البولي إيثر العادي. إذا كان العميل يتطلب صلابة أعلى، فإن زيادة كمية البولي إيثر البطيء الارتداد، واستخدام POP لاستبدال جزء من البولي إيثر العادي، وزيادة مؤشر TDI يمكن أن يلبي المتطلبات.

يمكن أيضًا معالجة مشكلات مثل ميل الرغوة البطيئة الارتداد إلى تكوين خلايا مغلقة بناءً على آلية تكوينها. عموما، ارتفاع كثافة الرغوة يؤدي إلى إغلاق الخلية أسهل؛ يؤدي ارتفاع مؤشر TDI أيضًا إلى إغلاق الخلية بشكل أسهل. عند إنتاج رغوة عالية الكثافة وبطيئة الارتداد، عادةً، بوزن جزيئي 550، يتم استخدام بولي إيثر بقيمة 306 هيدروكسيل. يؤدي هذا إلى زيادة كثافة التشابك، واللف المحكم وتراكم أجزاء السلسلة، مع فصل طفيف في الطور، وهيمنة الأجزاء الصلبة، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل إغلاق الخلية. وبالمثل، فإن ارتفاع مؤشر TDI يزيد من كثافة التشابك، مما يؤدي إلى تركيز الأجزاء الصلبة، وبالتالي زيادة الميل إلى إغلاق الخلية. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق زيادة كمية عوامل فتح الخلايا.