ما هي آلات صنع المراتب الرغوية؟

في حوادث الحرائق السنوية، تكون نسبة كبيرة من حالات الاشتعال ناتجة عن الرغوة، بما في ذلك حرائق الأرائك والإشعال المختلف الناتج عن العبوات الناعمة. تحدث هذه الحوادث بشكل متكرر للغاية. كيف يمكننا القضاء على مثل هذه الأحداث أو تقليلها بشكل أساسي؟

أحد الأساليب الفعالة هو البدء من المواد المصدرية، تمامًا مثل معالجة السبب الجذري للمرض. إن إضافة مثبطات اللهب إلى رغوة البولي يوريثان يمكن أن يمنع الاشتعال بشكل فعال.

الآن، دعونا نفهم الرغوة المثبطة للهب:

الرغوة المقاومة للهب، والمعروفة أيضًا بالرغوة المقاومة للحريق، لها اسم كيميائي لمادة رغوة البولي يوريثان، والتي تنقسم إلى رغوة ناعمة (تستخدم بشكل أساسي للأثاث) ورغوة صلبة (تستخدم بشكل أساسي للعزل). بشكل عام، إنها مادة مقاومة للحريق يتم تصنيعها عن طريق إضافة مثبطات اللهب المختلفة إلى مادة البولي يوريثين.

إن تأثير مثبط الحريق للمنتج يلبي متطلبات ASTM Standard 117 والمعايير الوطنية. طريقة الاستخدام هي نفس طريقة استخدام الرغوة العادية.

يعد احتراق البوليمرات تفاعل أكسدة معقدًا ومكثفًا للغاية. تحدث هذه العملية عندما يتم تسخين البوليمر بشكل مستمر بواسطة مصدر حرارة خارجي، مما يؤدي إلى بدء تفاعل متسلسل جذري حر مع الأكسجين الموجود في الهواء. يؤدي ذلك إلى إطلاق بعض الحرارة، مما يزيد من تكثيف تحلل البوليمر، ويولد المزيد من الغازات القابلة للاشتعال، ويجعل الاحتراق أكثر خطورة.

هناك طريقتان لتثبيط لهب الرغوة المقاومة للحريق:

الأول هو إدخال عناصر مثبطة للهب كيميائيًا أو مجموعات تحتوي على عناصر جديدة مثبطة للهب في التركيب الجزيئي للرغوة. الطريقة الأخرى هي إضافة مركبات تحتوي على عناصر مثبطة للهب إلى الرغوة. تستخدم الطريقة الأولى مواد مثبطة للهب تسمى مثبطات اللهب التفاعلية، بينما تستخدم الطريقة الأخيرة مواد تسمى مثبطات اللهب المضافة.

وفي الوقت الحالي، فإن الغالبية العظمى من مثبطات اللهب المستخدمة في الرغوة عبارة عن مثبطات لهب مضافة، في حين تستخدم مثبطات اللهب التفاعلية بشكل رئيسي في الراتنجات المتصلدة بالحرارة مثل راتنجات الإيبوكسي والبولي يوريثان. وتتمثل الوظيفة الأساسية لمثبطات اللهب في التدخل في العناصر الأساسية الثلاثة اللازمة للاحتراق: الأكسجين والحرارة والوقود. ويمكن تحقيق ذلك بشكل عام من خلال الوسائل التالية:

يمكن أن تنتج مثبطات اللهب غازات أثقل غير قابلة للاشتعال أو سوائل مغلية تغطي سطح الرغوة، مما يقطع الاتصال بين الأكسدة والوقود.

عن طريق امتصاص الحرارة من خلال التحلل أو التسامي، تعمل مثبطات اللهب على تقليل درجة حرارة سطح البوليمر.

تولد مثبطات اللهب كمية كبيرة من الغازات غير القابلة للاشتعال، مما يخفف من تركيز الغازات القابلة للاشتعال والأكسجين في منطقة الاحتراق.

تلتقط مثبطات اللهب الجذور الحرة الجذرية، مما يقطع التفاعل المتسلسل للأكسدة.

إن درجة الحرارة الداخلية للرغوة لا غنى عنها مثل الحيوية بالنسبة للإنسان. إذا كانت درجة حرارة الإسفنجة بعد المعالجة منخفضة جدًا، فلن تكون خصائصها الفيزيائية مثالية، وستكون هناك تقلبات كبيرة في هذه الخصائص.

بمجرد أن يتم تطوير الرغوة بشكل جيد، ترتفع درجة حرارتها الداخلية بسرعة إلى أكثر من 120 درجة مئوية بسبب التفاعل الطارد للحرارة الذي يحدث في ظل ظروف تبديد الحرارة السيئة، مما يصبح أحد مخاطر الحريق.

تعتبر درجة الحرارة الداخلية للرغوة أمرًا حاسمًا لتشكيل خصائصها الفائقة. تُظهِر الرغوة الناضجة عند درجات حرارة خارجية محددة خواص فيزيائية فائقة بشكل استثنائي مثل قوة الشد. يقوم البعض بحساب درجة حرارة الرغوة من خلال الصيغ، بينما يستخدم البعض الآخر برنامجًا لإدخال الصيغ وحساب درجة الحرارة الداخلية للرغوة تلقائيًا. إذًا، ما هي العوامل التي تؤثر على درجة الحرارة الداخلية للرغوة؟ هل من المهم معرفة هذه العوامل؟ يشبه الأمر مدى دقة كاميرات الهواتف الحديثة، لكن هل هذا يجعل التصوير الفوتوغرافي الاحترافي عديم الفائدة؟ هل التعديلات مثل فتحة العدسة والبعد البؤري ووقت التعرض لا معنى لها؟ للتحكم بشكل أفضل في الأشياء، يجب على المرء أن يفهم المزيد من المتغيرات الرئيسية لذلك الشيء. لنبدأ بالمبادئ الأساسية لفهم التغيرات في درجة حرارة الرغوة الداخلية.

أولاً، دعونا نفهم بعض القواعد الأساسية.

تتناسب درجة حرارة الفضاء بشكل مباشر مع كمية الطاقة الحرارية المحقونة في ذلك الفضاء وتتناسب عكسيا مع حجمه.

على سبيل المثال، إذا تم توزيع 10 كيلوجول من الحرارة في مساحة 8 لترات، فإن درجة حرارة ذلك الفضاء تبلغ 20 درجة مئوية. إذا تم توزيع نفس 10 كيلو جول من الحرارة في مساحة 4 لتر، تصبح درجة الحرارة 40 درجة مئوية.

تتناسب كمية الحرارة المدخلة بشكل مباشر مع قيمة مدخلات الحرارة وسرعة إدخال الحرارة.

على سبيل المثال، إذا تم إطلاق 100 كيلوجول من الحرارة بسرعة "v"، فإن مدخلات الحرارة هي "A". إذا تم إطلاق نفس 100 كيلوجول من الحرارة بسرعة 2 فولت، يصبح دخل الحرارة 2A.

حجم الفضاء يتناسب طرديا مع درجة الحرارة المطلقة.

على سبيل المثال، مساحة 1 لتر عند 0 درجة مئوية تصبح 1.366 لتر عند 100 درجة مئوية لأن (273.15 + 100)/(273.15 + 0) = 1.366.

حجم الفضاء يتناسب عكسيا مع الضغط الجوي.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار التأخر في تبخير الميثان.

بعد ذلك، دعونا نتفحص مدى تأثير الضبط الدقيق للصيغة على درجة حرارة الرغوة الداخلية.

نظرًا لأن هذا يعد ضبطًا دقيقًا، فإننا نقدر أن البيئة المحيطة تظل دون تغيير قبل وبعد التعديلات. دعونا ننظر في آثار ضبط الماء والميثان على درجة حرارة الرغوة الداخلية.

على سبيل المثال، إذا كانت الصيغة تزيد من غاز الميثان بنسبة 5%، فيمكننا التأكد من أن درجة حرارة الرغوة الداخلية تنخفض لأن تبخير الميثان يمتص الحرارة، مما يقلل من مدخلات الحرارة إلى الرغوة، ويزيد من المساحة لاستيعاب الحرارة. وبالمثل، إذا تمت زيادة محتوى الماء بنسبة 5%، فإن الماء المضاف يطلق حرارة عند الحقن في الرغوة، مما يزيد من مدخلات الحرارة، ويولد تفاعل الماء المضاف غازًا، مما يزيد من المساحة المخصصة للحرارة. فهل درجة حرارة الرغوة الداخلية تزيد أم تنخفض في هذه الحالة؟ تشير التجربة إلى أن درجة حرارة الرغوة الداخلية ترتفع. يشير هذا إلى أن زيادة مدخلات الحرارة بسبب هذا التغيير تساهم بشكل أكبر في زيادة درجة حرارة الرغوة الداخلية مقارنة بالغاز الناتج عن الماء المخفف لدرجة الحرارة.

التغييرات التي تنطوي على مؤشر الرغوة، وإطلاق الحرارة، وتبديد الحرارة كلها متزايدة يمكن أن تجعل من الصعب تخمين ما إذا كانت درجة حرارة الرغوة الداخلية سترتفع أو تنخفض. قد يحتاج المرء إلى إدخال مسبار بعد الرغوة لمقارنة درجات الحرارة الداخلية أو إجراء حساب للوصول إلى نتيجة.

لإجراء الحسابات، هناك حاجة إلى عدة صيغ (تعبيرات جبرية) مستمدة من القواعد الأساسية السابقة، إلى جانب بعض البيانات: الحرارة المنطلقة عندما يتفاعل الماء مع TDI لتكوين ثاني أكسيد الكربون بالكيلوجول لكل مول، والحرارة الممتصة أثناء تبخر الميثان بالكيلوجول لكل مول. . لتقدير إجمالي درجة الحرارة الداخلية للرغوة، يجب معرفة الحرارة المنطلقة عند تكوين فورمات الميثيل الأميني، وفورمات ميثيل اليوريا، واليوريا، والبيوريت (بوليوريا)، بالكيلوجول لكل مول، ومعدل التفاعل (زمن التفاعل).

وهذا يفسر أيضًا سبب اختلاف الكثافة المحسوبة من مؤشر الرغوة بشكل كبير عن القيم النظرية والفعلية للرغاوي بدون حشوات عند كثافة 50. كلما انخفضت الكثافة، كلما اقتربت القيم النظرية والفعلية لكثافة الرغوة.

يعتمد تفاعل رغوة البولي يوريثان على مكونين كيميائيين رئيسيين: بوليول إيثر وإيزوسيانات، بالإضافة إلى إضافات أخرى بما في ذلك الماء وثنائي كلورو ثنائي فلورو الميثان ومثبتات الرغوة والمحفزات. يتم خلط هذه المواد على الفور وبقوة، وتتفاعل لتكوين رغوة، وهي عملية تولد كمية كبيرة من الحرارة.

البلاستيك الرغوي عبارة عن مادة مسامية ذات مساحة سطحية كبيرة. في حين أن الحرارة المتولدة عند حواف الرغوة يمكن أن تتبدد، فإن الحرارة الموجودة في الجزء المركزي، بسبب التأثير العازل للرغوة، تكون أكثر صعوبة في إزالتها. في التفاعل النموذجي، تؤدي الحرارة المنطلقة إلى رفع درجة حرارة مركز كتلة الرغوة لتحقيق المعالجة. وقد لوحظ أنه في غضون 2 إلى 6 ساعات بعد الرغوة، يمكن أن ترتفع درجات الحرارة إلى 140-160 ° C، وأحيانا أعلى من ذلك، حولها 180 ° C. إذا استمرت درجة الحرارة في الارتفاع، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حرق القلب، والتدخين، وحتى الاحتراق التلقائي.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض الطويل لرغوة البولي يوريثان لأشعة الشمس إلى تفاعل أكسدة تلقائية، مما يتسبب في تحلل البوليمر، وتغير اللون، والتقصف، وانخفاض في الخصائص الفيزيائية، مما يجعلها غير صالحة للاستخدام. منذ تصنيع البولي يوريثين، أصبح حرق اللب والشيخوخة موضوعات ساخنة للبحث والاهتمام في صناعة البولي يوريثين.

تعتبر مضادات الأكسدة من الإضافات المهمة في إنتاج رغوة البولي يوريثان. تمنع مضادات الأكسدة المناسبة تحلل البوليولات، وتقلل من تكوين المنتجات الثانوية، وتقلل من خطر حرق اللب، ويمكن أن تؤخر الشيخوخة التأكسدية الحرارية أثناء استخدام المنتج، وبالتالي إطالة عمره. عادةً ما تكون مضادات الأكسدة شائعة الاستخدام في رغوة البولي يوريثان سائلة وتنقسم إلى ثلاث فئات: الأمينات العطرية (مثل 5057)، والفينولات المعوقة (مثل 1135)، واسترات الفوسفيت (مثل PDP). بالنسبة للتطبيقات ذات متطلبات الألوان المنخفضة، يتم استخدام مزيج من الأمينات العطرية والفينولات المعيقة بشكل عام، في حين أن التطبيقات ذات متطلبات الألوان الأعلى قد تستخدم مزيجًا من الفينولات المعيقة واسترات الفوسفيت.

علاوة على ذلك، إذا تعرضت المنتجات لأشعة الشمس بشكل متكرر، فيجب إضافة كمية معينة من مثبتات الأشعة فوق البنفسجية لتحسين العمر الافتراضي ومقاومة الاصفرار. تتكون مثبتات الأشعة فوق البنفسجية بشكل أساسي من ماصات الأشعة فوق البنفسجية ومثبتات الضوء الأميني المعوق (HALS). تمتص ماصات الأشعة فوق البنفسجية، مثل البنزوتريازولات والبنزوفينونات والتريازينات، الأشعة فوق البنفسجية الضارة وتحولها إلى حرارة من خلال نقل رابطة الهيدروجين داخل الجزيئات أو الأيزومرية المقرنة العابرة. يشير HALS إلى الأمينات التي تحتوي كل منها على مجموعتي ميثيل α - ذرة الكربون التي تتحول بعد الأكسدة الضوئية إلى جذور النيتروسو. تعتبر هذه الجذور مكونات مستقرة يمكنها التقاط الجذور الحرة وتجديد جذور النيتروسو من خلال التفاعل مع جذور البيروكسيد. تشتمل عوامل حجب الأشعة فوق البنفسجية على أسود الكربون وأكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم وأصباغ أخرى تستخدم كملونات. تستخدم هذه العوامل تشتتها العالي وقدرتها على التغطية لعكس الأشعة فوق البنفسجية الضارة، مما يحمي البوليمر.