En diciembre de 2021, recibimos una consulta del Sr. Hairun en Malasia. Sr. Hairun es un fabricante de colchones que necesita producir espuma regenerada. Tenía conocimientos limitados sobre el uso y la selección de máquinas y no tenía experiencia previa con el proceso de producción. Por lo tanto, necesitaba la orientación de expertos que pudieran ayudarle desde cero.



Le explicamos sistemáticamente los principios de la producción de espuma al Sr. Hairun, junto con los materiales y equipos necesarios. También lo llevamos a recorrer nuestra fábrica para brindarle una comprensión clara de todo el proceso de producción.



Después de entender al Sr. Teniendo en cuenta las preferencias de Hairun por la espuma regenerada, incluida la densidad, la suavidad y los precios de mercado, le ofrecimos la solución de producción de espuma más adecuada. También le proporcionamos información sobre los costos de producción de espuma y comparamos los precios de las materias primas para su referencia.



Con base en las necesidades, el presupuesto y el diseño de la fábrica existente del cliente, diseñamos un plan de diseño y configuración de la máquina rentable para sus instalaciones, incluida una evaluación de los costos iniciales.



Una vez que las máquinas se instalaron con éxito, nuestro equipo de ingenieros le proporcionó al Sr. Hairun con formación individualizada en producción de espuma. Cuando logró producir por primera vez la espuma que deseaba, nos llamó y nos dijo: "Estoy feliz de llorar, ¡muchas gracias!". Posteriormente, nos compró una máquina de espuma por lotes y continuó repitiendo materiales químicos de espuma a nuestra empresa.

Condiciones de prueba:


1. La formación de espuma rápida se toma del centro de la espuma, mientras que las muestras de espuma moldeada se toman de la parte central o para pruebas de muestra completa.


2. La espuma recién fabricada debe madurar durante 72 horas en su estado natural antes de tomar la muestra. Las muestras deben colocarse en un ambiente de temperatura y humedad constantes (según GB/T2918: 23
±
2
℃

, humedad relativa 50
±
5%).



Densidad

: Densidad = Masa (kg) / Volumen (m3)



Dureza

: Deflexión por carga de indentación (ILD), Deflexión por carga de compresión (CLD)


La principal diferencia entre estos dos métodos de prueba es el área de carga de la espuma plástica. En la prueba ILD, la muestra se somete a un área comprimida de 323 cm2, mientras que en CLD se comprime toda la muestra. Aquí, sólo discutiremos el método de prueba ILD.


En la prueba ILD, el tamaño de la muestra es 38*38*50 mm, con un diámetro del cabezal de prueba de 200 mm (con una esquina redondeada de R=10 en el borde inferior) y una placa de soporte con orificios de 6 mm espaciados 20 mm. La velocidad de carga del cabezal de prueba es (100
±
20) mm/min. Inicialmente, se aplica una presión de 5 N como punto cero, luego la muestra se comprime hasta el 70% de su espesor en el punto cero y se descarga a la misma velocidad. Esta carga y descarga se repite tres veces como precarga y luego se comprime inmediatamente a la misma velocidad. Los espesores de compresión son 25
±
1% y 65
±
1%. Después de alcanzar la deformación, mantenga presionado 30
±
1s y registre el valor de sangría relativo. El valor registrado es la dureza de la indentación en ese nivel de compresión.


Además, 65 % ILD / 25 % ILD = relación de compresión, que es una medida de la comodidad de la espuma.



Resistencia a la tracción, alargamiento de rotura

: Se refiere a la tensión máxima de tracción aplicada durante el ensayo de tracción hasta la fractura, y el porcentaje de alargamiento de la muestra en el momento de la fractura.


Resistencia a la tracción = Carga en la fractura / Área de la sección transversal original de la muestra


Elongación en la rotura = (Distancia de fractura - Distancia original) / Distancia original * 100%



Resistencia al desgarre

: Mide la resistencia del material al desgarro aplicando una fuerza de desgarro especificada en una muestra de forma definida.


Tamaño de la muestra: 150*25*25 mm (GB/T 10808), con la dirección del espesor de la muestra como dirección de subida de la espuma. Se realiza una incisión de 40 mm de largo a lo largo de la dirección del espesor (dirección de subida de la espuma) en el centro de un extremo de la muestra. Mida el espesor a lo largo de la dirección del espesor de la muestra, luego abra la muestra y sujétela en el accesorio de la máquina de prueba. Aplique carga a una velocidad de 50-20 mm/min, usando una cuchilla para cortar la muestra, manteniendo la cuchilla en la posición central. Registre el valor máximo cuando la muestra se rompe o rasga a 50 mm.


Resistencia al desgarro = Valor de fuerza máxima (N) / Espesor promedio de la muestra (cm)


Generalmente se analizan tres muestras y se toma la media aritmética.



Resiliencia

: Mide el rendimiento de rebote de la espuma al permitir que una bola de acero de peso y diámetro dado caiga libremente sobre la superficie de la muestra de espuma plástica desde una altura específica. La relación entre la altura del rebote y la altura de caída de la bola de acero indica la resiliencia de la espuma.


Requisitos de la prueba: Tamaño de la muestra 100*100*50 mm, la dirección de caída de la bola debe ser consistente con la dirección de uso de la espuma. El tamaño de la bola de acero es

∮

164 mm, peso 16,3 gy cae desde una altura de 460 mm.


Tasa de resiliencia = Altura de rebote de la bola de acero / Altura de caída de la bola de acero * 100%


Nota: Las muestras deben estar horizontales, la bola de acero debe fijarse antes de caer (estática), cada muestra se prueba tres veces con intervalos de 20 segundos y se registra el valor máximo.



Deformación permanente por compresión

: En un ambiente constante, la muestra de material de espuma se mantiene bajo deformación constante durante un cierto período, luego se le permite recuperarse durante un período de tiempo, observando el efecto de la deformación en el espesor de la muestra. La relación entre la diferencia entre el espesor inicial y el espesor final de la muestra con respecto al espesor inicial representa la deformación por compresión permanente de la espuma plástica.


Deformación permanente por compresión = (Espesor inicial de la muestra - Espesor final de la muestra) / Espesor inicial de la muestra * 100



Resistente al fuego



COV (compuestos orgánicos volátiles)

El chamuscado de la espuma es un fenómeno común que se encuentra en la producción real de espuma. A continuación se detallan las razones detrás de este problema junto con posibles soluciones.:



(1) Problemas con la calidad de los poliéter polioles:
Durante la producción y el transporte, el contenido de agua del producto excede el estándar, hay un exceso de peróxidos e impurezas de bajo punto de ebullición, la concentración de iones metálicos es demasiado alta y hay una selección y concentración inadecuadas de antioxidantes.



(2) Formulación:
En formulaciones de baja densidad, el índice TDI es demasiado alto, la proporción de agua a agentes de soplado físicos en el agente espumante es inadecuada, la cantidad de agente de soplado físico es insuficiente y hay un contenido de agua excesivo.



(3) Impacto climático:
En verano, las altas temperaturas provocan una lenta disipación del calor, altas temperaturas del material, alta humedad del aire y la temperatura en el centro de reacción supera la temperatura del antioxidante.



(4)

Almacenamiento inadecuado:
Cuando el índice TDI aumenta, la energía térmica acumulada durante la posmaduración provoca un aumento de la temperatura interna, provocando quemaduras.

En las espumas flexibles de poliuretano, a menudo se utiliza diclorometano (MC) para ajustar la densidad y dureza de la espuma. Con un punto de ebullición de sólo 40.4
°
C, durante la formación de espuma, la reacción del agua y el TDI genera una gran cantidad de calor, lo que hace que el MC se evapore en gas, expandiendo así el cuerpo de la espuma y reduciendo la densidad de la espuma.



La vaporización de MC consume mucho calor, lo que puede afectar el proceso de formación de espuma en algunos casos. Las dos figuras siguientes muestran los cambios en la temperatura máxima de la espuma y el tiempo para alcanzarla después de agregar diferentes cantidades de MC a una fórmula específica.



De los gráficos se puede observar que después de agregar MC, la temperatura máxima de la espuma disminuye significativamente y el tiempo para alcanzar la temperatura máxima también aumenta.



Estos son sólo cambios en los datos, pero ¿cómo se manifiestan durante el proceso de formación de espuma real? Para entender esto, veamos brevemente el proceso de reacción del poliuretano.



La reacción principal en la espumación de poliuretano es la reacción del agua y el isocianato para producir dióxido de carbono y amina, y la reacción del poliéter poliol y el isocianato para producir poliuretano. Sin embargo, hay muchas reacciones secundarias, resumidas en reacciones que generan uretano y reacciones que generan urea.



Las reacciones secundarias cambian la estructura molecular del polímero de lineal a reticulada. Debido a las diferentes condiciones de reacción y materias primas, la estructura del poliuretano puede variar mucho. En general, cuantas más reacciones secundarias, más compleja es la estructura reticulada, lo que da como resultado una mayor dureza y una mejor resistencia al desgarro. Por supuesto, también mejora la resistencia al amarillamiento, pero ese es otro tema. Aumentar el índice de formación de espuma fortalecerá las reacciones secundarias.



Dicho todo esto, ¿qué tiene esto que ver con MC? Todas las reacciones secundarias son reacciones endotérmicas que requieren absorción de calor. Sin embargo, la vaporización de MC también requiere una gran cantidad de calor, creando así una relación competitiva. Agregar una gran cantidad de MC debilitará significativamente las reacciones secundarias, aumentando la proporción de estructuras lineales en la espuma, haciéndola más suave y disminuyendo la plasticidad térmica.



Incluso en temperaturas más frías durante el invierno, se debe prestar atención a este problema. Aumentar adecuadamente el contenido de agua en la fórmula para generar más calor ayuda a mantener las propiedades físicas de la espuma sin cambios significativos.

Comprender los principios detrás de las reacciones de la espuma es crucial. Para dominar la formación de espuma, debemos esforzarnos por establecer en nuestra mente un modelo de reacción de la espuma utilizando las siguientes cuatro ecuaciones de reacción. Al familiarizarnos con las variaciones dentro del modelo, cultivamos una sensibilidad que nos permite comprender todo el proceso de reacción de la espuma. Este enfoque ayuda a estructurar nuestra base de conocimientos y habilidades profesionales en espuma de poliuretano. Ya sea estudiando activamente los principios de reacción de la espuma o explorándolos pasivamente durante el proceso de formación de espuma, nos sirve como un medio vital para profundizar nuestra comprensión de las formulaciones y mejorar nuestras habilidades.



Reacción 1


TDI + Poliéter → Uretano



Reacción 2


TDI + Uretano → isocianurato



Reacción 3


TDI + Agua → Urea + Dióxido de Carbono



Reacción 4


TDI + Urea → Biuret (poliurea)



01: Las reacciones 1 y 2 son reacciones de crecimiento en cadena, formando la cadena principal de la espuma. Antes de que la espuma alcance dos tercios de su altura máxima, la cadena principal se alarga rápidamente, predominando reacciones de crecimiento en cadena dentro de la espuma. En esta etapa, debido a las temperaturas internas relativamente bajas, las reacciones 3 y 4 no son prominentes.



02: Las reacciones 3 y 4 son reacciones de reticulación, formando las ramas de la espuma. Una vez que la espuma alcanza dos tercios de su altura máxima, la temperatura interna aumenta y las reacciones 3 y 4 se intensifican rápidamente. Durante esta etapa, las reacciones 1 a 4 son vigorosas, marcando un período crítico para la formación de las propiedades de la espuma. Las reacciones 3 y 4 proporcionan estabilidad y soporte al sistema de espuma. La reacción 1 contribuye a la elasticidad de la espuma, mientras que las reacciones 3 y 4 contribuyen a la resistencia a la tracción y la dureza de la espuma.



03: Las reacciones que producen gas se denominan reacciones de formación de espuma. La generación de dióxido de carbono es una reacción espumante y la principal reacción exotérmica en la espuma de poliuretano. En los sistemas de reacción que contienen metano, la vaporización del metano constituye una reacción de formación de espuma y un proceso endotérmico.



04: Las reacciones que conducen a la formación de componentes de la espuma se conocen como reacciones de gelificación y abarcan todas las reacciones excepto las que producen gases. Esto incluye la formación de uretano, urea, isocianurato y biuret (poliurea) a partir de las reacciones 1 a 4.