في الإنتاج الصناعي الحديث، تلعب رغوة البولي يوريثان المرنة دورًا مهمًا في مجالات مختلفة مثل الأثاث ومقاعد السيارات ونعال الأحذية. ومع ذلك، لا يمكن إغفال نقاط المراقبة الفنية الرئيسية لإنتاج منتجات بلاستيكية رغوية مرنة عالية الجودة من مادة البولي يوريثان. فيما يلي العديد من النقاط الفنية الرئيسية في عملية الإنتاج:

التحكم في ثنائي إيزوسيانات التولوين (TDI):

النسبة الأيزومرية المثالية لـ TDI هي 80/20. إذا تم تجاوز هذه النسبة، فقد يؤدي ذلك إلى تكوين خلايا كبيرة ومغلقة في الرغوة، مما يؤدي إلى إطالة وقت المعالجة. خاصة في إنتاج منتجات الرغوة منخفضة الكثافة ذات الكتل الكبيرة، يمكن أن تؤدي نسبة الأيزوميرات المفرطة إلى تأخير إطلاق الحرارة، مما قد يتسبب في بقاء درجة حرارة مركز الرغوة مرتفعة لفترة طويلة، مما يؤدي إلى الكربنة وحتى الاشتعال. إذا كانت نسبة الأيزومرية منخفضة جدًا، ستنخفض كثافة منتج الرغوة ومرونته، وقد تظهر شقوق دقيقة على سطح الرغوة، مما يؤدي إلى ضعف إمكانية تكرار العملية.

إضافة عوامل النفخ الخارجية:

لا تعمل عوامل النفخ الخارجية (الماء) على تقليل كثافة الرغوة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين نعومة المنتج وتساعد على إزالة حرارة التفاعل. لمنع الكربنة المركزية في عملية الرغوة لمنتجات الرغوة ذات الكتل الكبيرة، تتم عادةً إضافة كمية معينة من الماء. ومع ذلك، مع زيادة كمية الماء، يجب أيضًا زيادة كمية المحفز أيضًا؛ وإلا فقد يؤدي ذلك إلى إطالة وقت الرغوة بعد المعالجة. بشكل عام، لكل 5 أجزاء زيادة في الماء، يجب إضافة 0.2 إلى 0.5 جزء من زيت السيليكون.

نسبة المحفز:

يتم استخدام محفزات القصدير العضوي والأمين الثلاثي بشكل شائع للتحكم في تفاعلات NCO-OH وNCO-H2O. ومن خلال ضبط نسبة المحفزات المختلفة، يمكن التحكم في نمو سلاسل البوليمر وتفاعل الرغوة. في ظل كثافات معينة للمنتج، فإن اختيار نسبة المحفز المناسبة يمكن أن يتحكم في معدل الخلية المفتوحة للرغوة، وحجم الخلية، وقيمة الحمل الفارغ. زيادة كمية محفز القصدير العضوي يمكن أن تنتج بشكل عام رغاوي ذات أحجام خلايا أصغر، ولكن الاستخدام المفرط قد يزيد من معدل الخلايا المغلقة. ومن الضروري تحديد جرعة المحفز الأمثل من خلال التجارب لتحقيق أفضل أداء لمنتجات الرغوة.

مثبتات الرغوة:

يتمثل دور مثبتات الرغوة في تقليل التوتر السطحي للمادة، مما يجعل جدار طبقة الرغوة مرنًا ويمنع تمزق جدار الرغوة حتى يؤدي نمو السلسلة الجزيئية وتفاعلات الارتباط المتقاطع إلى تصلب المادة. لذلك، تلعب مثبتات الرغوة دورًا حاسمًا في إنتاج إسفنجة البولي إيثر ذات الخطوة الواحدة ويجب التحكم الصارم في استخدامها.

التحكم في درجة الحرارة:

إن تفاعل توليد الرغوة حساس للغاية لدرجة الحرارة، وسوف تؤثر التغيرات في درجة حرارة المواد والرغوة على عمليات الرغوة والخصائص الفيزيائية. لذلك، يعد التحكم في درجة الحرارة أحد الشروط المهمة لضمان عمليات الرغوة المستقرة. يتم التحكم في درجة حرارة المادة بشكل عام عند 20-25 ° C.

اثارة السرعة والوقت:

تؤثر سرعة التحريك والوقت على كمية الطاقة المدخلة أثناء عملية الرغوة. إذا كان التحريك غير متساوٍ، فقد يظهر عدد كبير من الفقاعات على سطح الرغوة، مما يؤدي إلى حدوث عيوب مثل التشقق. أثناء خلط المكون A، تكون السرعة 1000r/min؛ بعد إضافة المكون B إلى المكون A، فإن سرعة التحريك عالية السرعة تكون 2800-3500r/min لمدة 5-8 ثواني.

باختصار، تشمل التقنيات الرئيسية لإنتاج رغوة البولي يوريثان المرنة التحكم في TDI، وإضافة عوامل نفخ خارجية، وضبط نسب المحفز، واستخدام مثبتات الرغوة، والتحكم في درجة الحرارة، والتحكم في سرعة ووقت التحريك. إن التحكم السليم في هذه المعلمات التقنية يمكن أن يضمن إنتاج منتجات بلاستيكية رغوية مرنة من مادة البولي يوريثين ذات جودة مستقرة وعالية الأداء.

يشعر المبتدئون بالقلق من أنه إذا لم يتم ضبط لوحة الترسيب بشكل صحيح، فإن السائل المتدفق من الفوهة قد يتسبب في ارتفاع أمامي أو ارتفاع خلفي، مما يؤثر على عملية الرغوة. في غضون دقيقتين بعد تشغيل الجهاز، تزداد سرعة التفاعل تدريجيًا، مما يتطلب أحيانًا إجراء تعديلات على لوحة التثبيت. تعتبر التعديلات على لوحة الترسيب أكثر أهمية في الصيغ ذات الكثافة المنخفضة والمحتوى العالي من الرطوبة (MC).

يمكن حساب معدل تدفق TDI (ثنائي إيزوسيانات التولوين) ليتوافق مع قيمة المقياس، ولكن يوصى بقياس معدل تدفق TDI فعليًا أثناء الرغوة الأولى. معدل التدفق مهم للغاية؛ إذا لم يكن معدل التدفق دقيقًا، فسيكون كل شيء آخر في حالة من الفوضى. من الأفضل الاعتماد على الطريقة الأبسط والأكثر بديهية لقياس معدل التدفق.

عند خلط المساحيق، يجب ترك مسحوق الحجر المختلط طوال الليل ويجب أن يبدأ الإنتاج في اليوم التالي. بالنسبة للمكونات التي تحتوي على الميلامين ومسحوق الحجر، يوصى أولاً بخلط الميلامين مع البولي إيثر لفترة من الوقت قبل إضافة مسحوق الحجر.

إن تركيبات آلات الرغوة التي تحتوي على حجرة خلط طويلة في رأس الآلة أو تحتوي على عدد أكبر من الأسنان على عمود التحريك عادةً ما تحتوي على نسبة أمين أقل ودرجة حرارة مادة أقل. على العكس من ذلك، فإن تركيبات آلات الرغوة التي تحتوي على غرفة خلط قصيرة في رأس الماكينة أو عدد أقل من الأسنان على عمود التحريك عادةً ما تحتوي على نسبة أمين أكبر ودرجة حرارة أعلى للمادة.

بالنسبة لنفس الصيغة، عند التبديل بين الرؤوس الدوارة ذات الرش المزدوج والرؤوس الدوارة ذات الرش الفردي مع مناطق مقطع عرضي مماثلة للفوهة، تكون متطلبات سمك الشبكة وطبقاتها متشابهة.

لمعايرة تدفق المواد الثانوية، تتمثل إحدى الطرق في قياس التدفق الراجع للمادة الثانوية، والطريقة الأخرى هي معايرتها عن طريق قسمة الكمية الإجمالية المستخدمة على وقت الرغوة. عندما يكون هناك اختلاف كبير بين طريقتي المعايرة، اعتمد على البيانات من طريقة المعايرة الثانية.

تركيبات الرغوة الناعمة عالية الجودة عادة ما تكون ضمن نطاق غير مستقر، مثل انخفاض مؤشر TDI، وانخفاض نسبة الماء إلى MC، وجرعة T-9 منخفضة، وجرعة زيت السيليكون المنخفضة.

يعد البلاستيك الرغوي الناعم من البولي يوريثان أحد المنتجات المهمة في صناعة البولي يوريثان. وينطوي إنتاجه بالضرورة على استخدام محفزات الأمينات العضوية، وخاصة محفزات الأمينات الثلاثية العضوية. وذلك لأن المحفزات الأمينية الثلاثية العضوية تلعب دورًا مهمًا في التفاعلات الرئيسية لتكوين رغوة البولي يوريثان: تفاعلات ثاني أكسيد الكربون والبلمرة الجزيئية، مما يعزز التوسع السريع لمخاليط التفاعل، وزيادة اللزوجة، والزيادة الحادة في الوزن الجزيئي للبوليمر. تعتبر هذه الظروف ضرورية لتشكيل الأجسام الرغوية، مما يضمن أن تتمتع المواد البلاستيكية الرغوية الناعمة بمزايا مثل الكثافة المنخفضة، وارتفاع نسبة القوة إلى الوزن، والمرونة العالية، والراحة عند الجلوس والاستلقاء. هناك العديد من أنواع المحفزات الأمينية العضوية التي يمكن استخدامها في صناعة البلاستيك الرغوي الناعم من مادة البولي يوريثان. من بينها، المحفزات عالية الكفاءة المعترف بها من قبل العديد من الشركات المصنعة هي: ثلاثي إيثيلين ديامين (TDEA) وإيثر ثنائي (ثنائي ميثيل أمينو إيثيل) (يشار إليه باسم A1). وهي أيضًا المحفزات الأمينية العضوية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في العالم اليوم، مع أعلى استهلاك بين المحفزات المختلفة.

بسبب الاختلافات الهيكلية الجزيئية بين محفزات TDEA وA1، هناك اختلافات كبيرة في أدائها التحفيزي، خاصة في تفاعلاتها مع غاز ثاني أكسيد الكربون والبلمرة الجزيئية. إذا لم ينتبه المستخدم لهذه الاختلافات في الإنتاج، فلن يفشل في إنتاج منتجات رغوية مؤهلة فحسب، بل سيكون من الصعب أيضًا تشكيل أجسام الرغوة. لذلك، فإن فهم وإتقان اختلافات الأداء بين هذين المحفزين في إنتاج رغوة البولي يوريثان له أهمية كبيرة. يوجد TDEA في حالة صلبة في الظروف العادية، مما يجعل تطبيقه أقل ملاءمة. في الإنتاج الفعلي، تُستخدم مركبات الكحول ذات الوزن الجزيئي المنخفض بشكل شائع كمذيبات، ويتم صياغتها في محاليل بنسبة 33٪ لسهولة الاستخدام، ويشار إليها عادةً باسم A33. من ناحية أخرى، A1 هو سائل منخفض اللزوجة يمكن تطبيقه مباشرة. فيما يلي مقارنة بين فروق الأداء التحفيزي بين A1 وA33 في إنتاج البلاستيك الرغوي الناعم من مادة البولي يوريثان.

يحتوي A33 على وظيفة تحفيزية بنسبة 60% للتفاعل مع غاز ثاني أكسيد الكربون ووظيفة تحفيزية بنسبة 40% للبلمرة الجزيئية. لديها معدل استخدام فعال منخفض لغاز ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى انخفاض ارتفاع الرغوة وزيادة كثافة الرغوة. نظرًا لأن معظم الوظيفة التحفيزية تستخدم في تفاعلات البلمرة الجزيئية، فمن السهل إنتاج أجسام رغوية ذات خلايا مغلقة، والتي تكون صلبة مع ارتداد منخفض، ويصبح النطاق القابل للتعديل لمحفزات القصدير أضيق. لتحقيق نفس الوظيفة التحفيزية، فإن الكمية المستخدمة تزيد بنسبة 33% عن A1. يكون كل من الجلد السفلي والجلد الخارجي لجسم الرغوة أكثر سمكًا. يمكن أن تؤدي زيادة الكمية إلى زيادة سرعة التفاعل، ولكن يجب تقليل كمية محفز القصدير وفقًا لذلك، وإلا سيتم إنتاج أجسام رغوية ذات خلايا مغلقة.

يحتوي A1 على وظيفة تحفيزية بنسبة 80% للتفاعل مع غاز ثاني أكسيد الكربون ووظيفة تحفيزية بنسبة 20% للبلمرة الجزيئية. لديها معدل استخدام فعال عالي لغاز ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى ارتفاع الرغوة وكثافة الرغوة المنخفضة. نظرًا لأن معظم الوظائف التحفيزية تستخدم في تفاعلات توليد الغاز، فمن السهل إنتاج أجسام رغوية ذات خلايا مفتوحة، والتي تكون ناعمة ذات ارتداد عالي، ويصبح النطاق القابل للتعديل لمحفزات القصدير أوسع. لتحقيق نفس الوظيفة التحفيزية، تكون الكمية المستخدمة أقل من A33. كل من الجلد السفلي والجلد الخارجي لجسم الرغوة أرق. يمكن أن تؤدي زيادة الكمية إلى زيادة سرعة التفاعل، ولكن يجب زيادة كمية محفز القصدير وفقًا لذلك، وإلا فقد يحدث فرط الرغوة والتشقق.

فيما يتعلق بالأداء الإجمالي بين TDEA وA1، يتمتع A1 بأداء حفاز شامل أعلى من ثنائي أمين ثلاثي إيثيلين. كما أن تأثيرات تطبيقه الفعلي أفضل أيضًا، على الرغم من أنها ليست مريحة مثل ثلاثي إيثيلين ديامين من حيث النقل والتخزين. في الوقت الحالي، تستخدم الغالبية العظمى من مرافق إنتاج الرغوة الميكانيكية المستمرة A1 بشكل حصري تقريبًا، في حين تستخدم جميع مرافق إنتاج الرغوة من النوع الصندوقي TDEA. ومع ذلك، هذا ليس مطلقا. ومع الفهم الواضح للاختلافات بين الاثنين وتعديلات الصياغة المناسبة، يمكن أن يكونا قابلين للتبديل ويمكن أن ينتج كلاهما منتجات رغوية ممتازة.

حساب مسافة الرغوة ل ج آلة الرغوة المستمرة

نظرًا: وقت إطلاق الفقاعة للصيغة هو 108 ثانية، وسرعة الحزام الناقل أثناء الرغوة هي 4.6 متر في الدقيقة. حساب مسافات التأرجح وحوض الرغوة.

مسافة الرغوة عند التأرجح: (108/60) × 4.6 = 8.28 متر

مسافة الرغوة عند الخوض: [((108-18)/60)] × 4.6 = 6.9 متر

توضيح: بالنسبة لنفس الصيغة، فإن آلة الرغوة المستمرة لديها وقت تحرير فقاعات أقصر من الفقاعات الصغيرة. مسافة الرغوة المحسوبة أقصر من مسافة الرغوة الفعلية. توفر هذه الطريقة فقط تأكيدًا تقريبيًا لمسافة الرغوة، مما يدعم تعديل لوحة التثبيت. الحوض الصغير :  18" يشير إلى الوقت بالثواني الذي تبقى فيه المادة الخام في حوض الفائض.

حساب ارتفاع الرغوة  (ج) آلة الرغوة المستمرة

المعطى: معدل تدفق الصيغة: 80 كجم في الدقيقة للبولي إيثر، 20 للبولي إيثر الأبيض، 60 لـ TDI، 20 لمسحوق الحجر، سرعة الحزام الناقل 4.5 متر في الدقيقة، عرض القالب 1.65 متر، إنتاج رغوة بكثافة 25 كجم لكل مكعب متر. ما هو ارتفاع الرغوة بالأمتار؟

الوزن الإجمالي للصيغة: 80 + 20 + 60 + 20 = 180 كيلو جرامًا

حجم الصيغة: 180/25 = 7.2 متر مكعب

المساحة الأساسية للناقل الذي يعمل في الدقيقة:

4.5 × 1.65 = 7.425 متر مكعب

ارتفاع الرغوة: 7.2/7.425 = 0.97 متر

الشرح: لا يتم أخذ زيت السيليكون والأمين والقصدير في الاعتبار هنا حيث أنها تعوض كمية ثاني أكسيد الكربون المستخدمة أثناء عملية الرغوة. لا يتم أخذ محتوى الرطوبة (MC) في الاعتبار لأن MC لا يزيد من وزن الرغوة عند التبخير.

عملية يومية رغوية

يشعر المبتدئون بالقلق من أن الضبط غير المناسب للوحة الترسيب سيؤدي إلى ارتفاع السائل الذي يتم رشه من الفوهة إلى الأمام أو الخلف، مما يؤثر على الرغوة. يزداد معدل التفاعل تدريجيًا خلال أول دقيقتين بعد تشغيل الجهاز، مما يتطلب أحيانًا إجراء تعديلات مقابلة على لوحة التثبيت. تعتبر التعديلات على لوحة الترسيب أكثر أهمية في الصيغ ذات الكثافة المنخفضة وMC العالية.

يمكن حساب معدل تدفق TDI من خلال تحديد قيمة المقياس المقابل لمعدل التدفق، ولكن يوصى بقياس معدل تدفق TDI أثناء إنتاج الرغوة الأول. معدل التدفق مهم للغاية؛ إذا كان معدل التدفق غير صحيح، كل شيء آخر سيكون في حالة من الفوضى. من الأفضل الاعتماد على الطريقة الأبسط والأكثر بديهية لقياس معدل التدفق.

عندما يتم خلط المسحوق، يجب ترك مسحوق الحجر المختلط طوال الليل ويجب أن يبدأ الإنتاج في اليوم التالي. بالنسبة للتركيبات التي تحتوي على الميلامين ومسحوق الحجر، يوصى أولاً بخلط الميلامين مع البولي إيثر لفترة من الوقت قبل إضافة مسحوق الحجر.

تحتوي صيغ آلات الرغوة ذات حجرة الخلط الأطول أو عدد أكبر من الأسنان على عمود الخلط على نسبة أمين أقل ودرجة حرارة مادة أقل. على العكس من ذلك، فإن تركيبات آلات الرغوة ذات غرفة الخلط الأقصر أو الأسنان الأقل على عمود الخلط تحتوي عادةً على نسبة أمين أكبر ودرجة حرارة أعلى للمادة.

بالنسبة لنفس الصيغة، عند التبديل بين الرؤوس المتأرجحة للرش المزدوج والرؤوس المتأرجحة للرش المفردة، إذا كانت مساحة المقطع العرضي للفوهتين متشابهة، فإن متطلبات الدقة وعدد طبقات الشبكة متشابهة.

يمكن إجراء تصحيح معدل تدفق المواد الصغيرة عن طريق قياس معدل تدفق العودة للمادة الصغيرة، أو عن طريق قسمة الاستخدام الإجمالي على وقت الرغوة للتصحيح. عندما تختلف القيم التي تم الحصول عليها من طريقتي التصحيح بشكل كبير، يجب استخدام البيانات من طريقة التصحيح الثانية.

تركيبات الرغوة الناعمة ذات الخصائص الأفضل عادة ما تكون في نطاق غير مستقر، مثل انخفاض مؤشر TDI، وانخفاض نسبة الماء إلى MC، وجرعة T-9 أقل، وجرعة أقل من زيت السيليكون. كما هو الحال في وظائفنا، يجب أن يكون هناك جهد قبل المكافأة.

هل سبق لك أن تساءلت كيف يتم تشكيل رغوة البولي يوريثان البلاستيكية؟ في المقال السابق، كشفنا عن التفاعلات الأساسية التي تكمن وراءها: الأيزوسيانات، والبوليولات البولي إيثر (أو البوليستر)، والماء، تعمل جميعها معًا لتكوين هذه المادة السحرية. فهل يعني هذا أننا في الإنتاج الفعلي نحتاج فقط إلى هذه المواد الخام الثلاثة؟ الجواب بعيد عن ذلك. في عملية الإنتاج الفعلية لدينا، من أجل التحكم بشكل أكثر دقة في معدل التفاعل وإنتاج منتجات ذات أداء ممتاز، غالبًا ما نحتاج إلى تسخير قوة المواد المضافة المختلفة. لا تتمتع هذه الإضافات بتطبيقات واسعة النطاق فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تلعب دورًا كبيرًا في جعل عملية الإنتاج لدينا أكثر كفاءة واستقرارًا.

المواد الخافضة للتوتر السطحي / زيت السيليكون

تُسمى أيضًا المواد الخافضة للتوتر السطحي، والمعروفة أيضًا بزيت السيليكون، بمثبتات الرغوة. في عملية إنتاج رغوة البولي يوريثان، دورها حاسم. المهمة الأساسية لزيت السيليكون هي تقليل التوتر السطحي لنظام الرغوة، وبالتالي تحسين الامتزاج بين المكونات، وضبط حجم الفقاعات، والتحكم في هيكل الفقاعة، وتعزيز استقرار الرغوة. علاوة على ذلك، فهي تتحمل أيضًا مسؤولية منع انهيار الرغوة. ولذلك يمكن القول أن زيت السيليكون يلعب دورا لا غنى عنه في إنتاج رغوة البولي يوريثان.

المحفزات

تلعب المحفزات دورًا حاسمًا في عملية تصنيع البولي يوريثين، وذلك بشكل رئيسي عن طريق تسريع التفاعل بين الإيزوسيانات والماء والبوليولات. هذا التفاعل هو تفاعل بلمرة نموذجي. وبدون وجود المحفزات، قد يستمر هذا التفاعل ببطء شديد أو حتى لا يحدث على الإطلاق. حاليًا، تنقسم المحفزات الموجودة في السوق بشكل أساسي إلى نوعين: المحفزات الأمينية والمحفزات المعدنية العضوية. المحفزات الأمينية عبارة عن مركبات تعتمد على ذرات النيتروجين، والتي يمكن أن تعزز بشكل فعال تفاعل البلمرة للبولي يوريثان. ومن ناحية أخرى، فإن المحفزات المعدنية العضوية عبارة عن مركبات تؤثر بشكل خاص على التفاعل بين البوليولات والإيزوسيانات في تكوين البولي يوريثان، وعادة ما تكون مركبات القصدير العضوي. تكمن خاصية هذه المحفزات في قدرتها على التحكم بدقة في عملية التفاعل، مما يؤدي إلى منتج نهائي أكثر تجانسًا واستقرارًا.

وكلاء النفخ

عوامل النفخ هي مواد تولد الغاز أثناء تفاعل البولي يوريثين وتساعد في تكوين الرغوة. اعتمادًا على طريقة توليد الغاز، يتم تقسيم عوامل النفخ عادةً إلى عوامل نفخ كيميائية وعوامل نفخ فيزيائية. تشير عوامل النفخ الكيميائية إلى المواد التي تخضع لتغيرات كيميائية أثناء التفاعل، وتولد الغاز، وتعزز تكوين الرغوة. العديد من المواد الشائعة في حياتنا اليومية هي في الواقع عوامل نفخ كيميائية، مثل الماء. ومن ناحية أخرى، فإن عوامل النفخ الفيزيائية هي مواد تولد الغاز من خلال الوسائل الفيزيائية. على سبيل المثال، ثنائي كلورو ميثان (MC) هو عامل نفخ فيزيائي شائع.

إضافات أخرى

إن الاعتماد فقط على المواد الخام الأساسية ليس كافيًا لجعل المنتجات تتمتع بأداء متميز. ومن أجل تلبية الاحتياجات المختلفة، يتم دمج الإضافات الأخرى بذكاء في عملية الإنتاج، ولا ينبغي الاستهانة بأدوارها. على سبيل المثال، يمكن لمثبطات اللهب أن تضيف مقاومة للهب إلى المنتجات، ويمكن لعوامل التشابك أن تعزز ثباتها، ويمكن للملونات والحشوات أن تمنح المنتجات مظهرًا وملمسًا أكثر ألوانًا، كما تلعب العديد من الإضافات الأخرى ذات الوظائف المختلفة أدوارها. هذه الإضافات المختارة بعناية هي التي تعمل على تحسين أداء المنتجات بشكل شامل وتمنح المستخدمين تجربة مستخدم أفضل.