لماذا تنهار رغوة البولي يوريثان؟ كشف آلية اختلال التوازن بين توليد الغاز والتَجَلُّم

تماثيل السكر المنفوخة حرفة صينية تقليدية: يسخن الحرفي قطعة من الشراب اللزج، وينفخ الهواء فيها عبر أنبوب أثناء تشكيلها يدويًا. سر النجاح هو نفخ الهواء أثناء تحول الشراب من سائل إلى لزج إلى صلب.

إذا كان الشراب رقيقًا جدًا، تنفجر الفقاعات على الفور؛ وإذا كان متماسكًا بالفعل، فلن يتمكن الهواء من الدخول بعد الآن.

تشبه عملية إنتاج رغوة البولي يوريثان عملية نفخ السكر تمامًا. فهي في جوهرها سباقٌ ديناميكي بين توليد الغاز (تفاعل النفخ) والتصلب الذي يزيد اللزوجة (تفاعل التجلط). بمجرد أن يتجاوز تمدد الغاز القوة الميكانيكية الفعلية لهيكل البوليمر، تفقد الرغوة دعمها الهيكلي - مجهريًا كتمزق خلوي، وموضعيًا كتكسير، وعموميًا كانهيار كامل.

1. تحليل تمزق الخلايا: المظهر المجهري لعدم كفاية التجلط

يشير تمزق الخلايا إلى كسر الأغشية الفقاعية بسبب عدم كفاية القوة أثناء الرغوة، وهو ما يمثل علامة مبكرة نموذجية على اختلال التوازن في التفاعل.

• علامات تحذيرية مجهرية : قبل حدوث التمزق، تظهر مراقبة الرغوة المتصاعدة حديثًا ما يلي: انخفاض البقع المضيئة الداخلية (أغشية الخلايا)، وفقدان الدعامات لمعانها، ثم ظهور كسر الدعامة، ثم تطورها في النهاية إلى خلايا ممزقة.

• السبب : تكمن المشكلة الأساسية في عدم كفاية التجلط. إذا لم يكن الهيكل يتمتع باللزوجة والقوة الكافيتين، فلن تتمكن أغشية الفقاعات من تحمل الضغط الداخلي. عادةً ما تُحل هذه المشكلة بزيادة معتدلة في أوكتوات القصدير (محفز القصدير).

• التأثير الفيزيائي : يُحفّز التمزق اندماج الفقاعات وتسرب الغاز. يُضعف التمزق الشديد الخصائص الفيزيائية للرغوة بشكل ملحوظ، مما يُؤدي إلى فقدان قوة الدعم، ويُصبح مُقدّمةً لانهيار واسع النطاق.

دراسة التشققات: ضغوط متعددة العوامل تُسبب أضرارًا محلية وعالمية

يحدث التشقق عندما يضعف تزامن توليد الغاز والتكوين الهلامي، مما يسبب تمزقًا هيكليًا. تشير مواقع التشقق المختلفة إلى مستويات مختلفة من خطر الانهيار.

• شقوق داخلية، شقوق علوية، وشقوق في الزوايا السفلية : ينفجر غاز فوري مفرط (كمية كبيرة من الأمين أو الماء) عبر هيكل هلامي ضعيف لم يتشكل بعد. الشقوق الداخلية خادعة بشكل خاص - يبدو السطح طبيعيًا، لكن البنية الداخلية ممزقة بالفعل.

• التشققات الكلية وفشل التنسيق : يُسبب ضعف التنسيق بين صفيحة السقوط/الغرق وتفاعل الرغوة - مثل الارتفاع السريع جدًا أو وضع الصفيحة غير الصحيح - شقوقًا هيكلية كبيرة. تُسبب هذه التمزقات الكبيرة فقدانًا سريعًا للضغط، مما يُؤدي مباشرةً إلى انهيار واسع النطاق.

• التشقق الميكانيكي الناتج عن الاحتكاك : قد يؤدي ضعف استواء الطبقة السفلية، أو مقاومة النقل المفرطة، أو عدم محاذاة الطبقة الجانبية إلى تمزقات ميكانيكية نافذة. عندما تكون قوة الهلام منخفضة، يتمدد هذا الضرر المادي بسرعة، مما يؤدي إلى فشل هيكلي.

• اختلافات درجات الحرارة البيئية : تؤدي درجة الحرارة المحيطة المنخفضة أو درجة حرارة المادة إلى إطالة مرحلة هشاشة الرغوة، مما يجعل جميع أنواع الشقوق أكثر احتمالية.

ثالثًا: انهيار الرغوة بشكل عام: فشل منهجي في تركيبة اللب ومعايير الآلة

عندما تخرج العيوب المحلية عن نطاق السيطرة أو تصبح المكونات الرئيسية غير كافية بشكل خطير، يحدث انهيار كارثي.

• توازن تركيبة اللب : يُعدّ نقص أوكتات القصدير بشكل حاد أو انخفاض مؤشر TDI بشكل مفرط من أكثر الأسباب شيوعًا. فبدون الربط المتشابك في الوقت المناسب، لا تستطيع شبكة البوليمر حبس الغاز، وتنهار الرغوة فورًا بعد ارتفاعها.

• تأثير الحشوات الصلبة : في الرغاوي كبيرة الخلايا منخفضة الكثافة، تكون مستويات الزيت الأبيض وكربونات الكالسيوم حساسة للغاية. يُضعف الحشو الزائد أو يُزعزع استقرار أغشية الفقاعات غير المُعالجة، مما يُؤدي بسهولة إلى تمزق السلسلة، مما يؤدي إلى انهيارها.

• معلمات آلة الرغوة المستمرة : غالبًا ما يرتبط الانهيار عند رأس الرغوة بالمسافة بين وحدة تغذية البوليول وحجرة الخلط، وبسرعة الدوران المؤقتة عند بدء التشغيل. أي تأخير مؤقت في توصيل المكونات يُسبب اختلالًا في توازن التركيبة أثناء الرفع.

• الانكماش الناتج عن تكوين الخلايا المغلقة : وهو نوع خاص من الانهيار (الانهيار الثانوي). عندما تتصلب أغشية الخلايا بسرعة كبيرة وتحتجز الغاز، يُولّد التبريد ضغطًا سلبيًا. إذا تصلب الهيكل ببطء، تنكمش الرغوة إلى الداخل كما لو كانت تُمتص في الفراغ.

رابعًا: الوقاية العلمية وتحسين العمليات

من أجل التحكم في عيوب الرغوة، فإن المفتاح هو الضبط الدقيق لضمان أن قوة التجلط قادرة على دعم وضبط ضغط الغاز الداخلي في الوقت الحقيقي.

• زيادة لزوجة الهيكل : قم بزيادة نسبة القصدير المذاب بشكل مناسب أو ارفع مؤشر TDI لضمان القوة الهيكلية قبل أن يصل إنتاج ثاني أكسيد الكربون إلى ذروته.

• موازنة الضغط الداخلي : التحكم بدقة في مستويات الأمين والماء لمنع تكوين الغاز السريع للغاية من كسر الهيكل المبكر والتسبب في الشقوق في مواضع مختلفة.

• تحسين إجراءات بدء التشغيل : استخدم دورات في الدقيقة متدرجة لتقليل تقلبات المواد أثناء الخلط الأولي وضمان الاستقرار في الرغوة المستمرة.

• تشخيص العملية : راقب بعناية هيكل الدعامة والبقع المضيئة في الرغوة التي تم التقاطها حديثًا - وهي إحدى الطرق الأكثر مباشرة وعملية للتمييز بين الانهيار والتمزق والتشقق.

نظرة عامة على الإنتاج

رغوة البولي يوريثان ليست مجرد خلط بسيط للمكونات، بل هي ماراثون كيميائي سريع التطور. للتعامل مع الانهيار والتشقق، يجب على المهندسين النظر إلى ما هو أبعد من تعديلات المكون الواحد، وتطوير فهم شامل لتوازن التفاعلات. فقط عندما يظل توليد الغاز (النفخ) والهلام (التصلب) متزامنين بشكل معقول في المراحل الحرجة، يمكن منع الانهيار الهيكلي وضمان جودة رغوة مستقرة وموحدة.