Fase uno: proceso de nucleación de gases

Las materias primas reaccionan en fase líquida o dependen de la generación de sustancias gaseosas y de la volatilización del gas durante la reacción. A medida que avanza la reacción y se genera una gran cantidad de calor, la cantidad de sustancia gaseosa generada y volatilizada aumenta continuamente. Cuando la concentración de gas excede la concentración de saturación, comienzan a formarse finas burbujas de gas en la fase de solución y aumentan. A medida que la reacción se acerca a su fin, aparece un fenómeno lechoso en el material de poliuretano líquido, conocido como "tiempo lechoso".

Fase dos: proceso de autonucleación

En esta etapa, la concentración de gas continúa aumentando y alcanza un cierto nivel. Después de eso, la concentración de gas disminuye gradualmente y ya no se forman nuevas burbujas. El gas en la solución alcanza gradualmente una concentración de saturación de equilibrio. Durante esta etapa, la viscosidad del material líquido aumenta gradualmente y el gas se fusiona y expande continuamente en la fase líquida gradualmente viscosa. El volumen de las burbujas continúa expandiéndose. La fase líquida viscosa que forma la pared exterior de las burbujas se adelgaza gradualmente. Debido a la relación de tensión superficial entre las interfaces de gas y líquido, el volumen de la burbuja aumenta de pequeño a grande, transformándose gradualmente de una forma esférica a una forma geométrica tridimensional compuesta de películas delgadas de polímero, formando finalmente una estructura de red abierta de tres- microporos dimensionales. En el proceso de síntesis de espuma de poliuretano, esta etapa presenta expansión del volumen del polímero y aumento de la espuma.

Fase tres:

Una vez que la concentración de gas cae a un cierto nivel, ya no se forman burbujas. Con la permeación del gas, la concentración continúa disminuyendo, alcanzando el equilibrio saturado final en el proceso de transición de la pared de espuma polimérica de un estado líquido viscoso a un estado sólido que no fluye.

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)

Cálculo de la distancia de formación de espuma para c máquina de espuma continua

Dado: El tiempo de liberación de burbujas para la fórmula es de 108 segundos, la velocidad de la cinta transportadora durante la formación de espuma es de 4,6 metros por minuto. Calcule las distancias de oscilación y formación de espuma.

Distancia de espuma al balancearse: (108/60) x 4,6 = 8,28 metros

Distancia de formación de espuma en canal: [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 metros

Explicación: Para la misma fórmula, la máquina de espuma continua tiene un tiempo de liberación de burbujas más corto que las burbujas pequeñas. La distancia de formación de espuma calculada es más corta que la distancia de formación de espuma real. Este método sólo proporciona una confirmación aproximada de la distancia de formación de espuma, lo que permite ajustar la placa de sedimentación. canalización :  18" indica el tiempo en segundos que la materia prima permanece en el recipiente de desbordamiento.

Cálculo de la altura de formación de espuma para  C máquina de espuma continua

Dado: Caudal de fórmula: 80 kilogramos por minuto para poliéter, 20 para poliéter blanco, 60 para TDI, 20 para polvo de piedra, velocidad de la cinta transportadora 4,5 metros por minuto, ancho del molde 1,65 metros, produciendo espuma con una densidad de 25 kilogramos por metro cúbico. metro. ¿Cuál es la altura de la espuma en metros?

Peso total de la fórmula: 80 + 20 + 60 + 20 = 180 kilogramos

Volumen de la fórmula: 180/25 = 7,2 metros cúbicos

Área base del transportador funcionando por minuto:

4,5 x 1,65 = 7,425 metros cúbicos

Altura de espumado: 7,2/7,425 = 0,97 metros

Explicación: El aceite de silicona, las aminas y el estaño no se consideran aquí ya que compensan la cantidad de dióxido de carbono utilizado durante el proceso de formación de espuma. El contenido de humedad (MC) no se considera porque el MC no aumenta el peso de la espuma cuando se vaporiza.

Operación diaria de espuma

A los principiantes les preocupa que un ajuste inadecuado de la placa de sedimentación haga que el líquido rociado desde la boquilla se mueva hacia adelante o hacia atrás, afectando la formación de espuma. La velocidad de reacción aumenta gradualmente dentro de los primeros dos minutos después de poner en marcha la máquina, lo que a veces requiere ajustes correspondientes en la placa de sedimentación. Los ajustes al plato de sedimentación son más críticos en fórmulas con baja densidad y alto CM.

El caudal de TDI se puede calcular determinando el valor de escala correspondiente para el caudal, pero se recomienda medir el caudal de TDI durante la primera producción de espuma. El caudal es demasiado importante; Si el caudal es incorrecto, todo lo demás será un desastre. Lo mejor es confiar en el método más sencillo e intuitivo para medir el caudal.

Cuando se mezcla el polvo, el polvo de piedra mezclado se debe dejar durante la noche y la producción debe comenzar al día siguiente. Para formulaciones que contienen melamina y polvo de piedra, se recomienda mezclar primero la melamina con el poliéter durante un período de tiempo antes de agregar el polvo de piedra.

Las fórmulas para máquinas de espuma con una cámara de mezcla más larga o más dientes en el eje de mezcla suelen tener menos amina y una temperatura del material más baja. Por el contrario, las fórmulas para máquinas de espuma con cámara de mezcla más corta o menos dientes en el eje de mezcla suelen tener más amina y una temperatura del material más alta.

Para la misma fórmula, al cambiar entre cabezales oscilantes de aspersión dual y cabezales oscilantes de aspersión simple, si el área de la sección transversal de las dos boquillas es similar, los requisitos para la finura y el número de capas de la malla son similares.

La corrección del caudal de material pequeño se puede realizar midiendo el caudal de retorno del material pequeño o dividiendo el uso total por el tiempo de formación de espuma para la corrección. Cuando los valores obtenidos de los dos métodos de corrección difieren significativamente, se deben utilizar los datos del segundo método de corrección.

Las fórmulas de espuma blanda con mejores propiedades suelen estar en un rango inestable, como un índice TDI más bajo, una proporción más baja de agua a MC, una dosis más baja de T-9 y una dosis más baja de aceite de silicona. Al igual que en nuestros trabajos, debe anteponerse el esfuerzo a la recompensa.

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.

Las formulaciones del mismo producto pueden variar significativamente entre diferentes regiones, materias primas, maquinaria y condiciones, por lo que las formulaciones se proporcionan solo como referencia. Ilustraremos esto usando la formulación de una espuma de PU flexible normal. Las razones para utilizar una espuma de PU flexible normal de fórmula alta como ejemplo son:

El poliéter de espuma regular tiene baja reactividad, por lo que su reacción con el agua y el TDI no es muy intensa, a diferencia del poliéter de alta o baja resiliencia que reacciona muy fuertemente con el agua y el TDI.

Las velocidades de reacción del poliéter regular con TDI y del agua con TDI son relativamente similares, lo que las hace más fáciles de coordinar durante el proceso de reacción. Por lo tanto, la formulación regular de espuma de PU flexible demuestra efectivamente los principios de reacción.

Ahora hablemos de la resistencia al desgarro.

La resistencia al desgarro está relacionada con los siguientes tres factores: 1. Reacción de reticulación; 2. Segmentos duros y segmentos blandos; 3. Calor interno de la espuma.

Cuanto más fuerte sea la reacción de reticulación, mayor será la resistencia al desgarro.

Cuantos más segmentos duros haya en la espuma de PU flexible, mayor será la resistencia al desgarro.

El calor interno de la espuma controla la reacción de reticulación y los segmentos duros. Cuanto mayor es el calor interno, más fuerte es la reacción de reticulación y mayor es la generación de segmentos duros.

Es importante señalar que la reacción de reticulación no está controlada por aminas y estaño; está controlado por el calor interno de la espuma.

A continuación, veamos las formulaciones.

Primero, compararemos la Formulación 1 con la formulación original. La principal diferencia es que la Formulación 1 tiene una parte más de TDI que la formulación original, por lo que el índice de TDI de la Formulación 1 es mayor. La reacción de reticulación también tiene la característica de estar relacionada con el índice TDI; cuanto mayor sea el índice TDI, más rápida y fuerte será la reacción de reticulación. Por lo tanto, la resistencia al desgarro de la Formulación 1 es superior a la de la formulación original.

Ahora examinemos la Formulación 2. En la Formulación 2, el contenido de agua aumentó y el contenido de metano disminuyó. La reacción entre el agua y el TDI es exotérmica, mientras que el metano es endotérmica. Este aumento de agua y disminución de metano dan como resultado una temperatura interna más alta en la Formulación 2 en comparación con la formulación original. A medida que aumenta el calor interno, también aumentan la reacción de reticulación y los segmentos duros, por lo que la resistencia al desgarro de la Formulación 2 es significativamente mejor que la de la formulación original. Este también es un método principal para ajustar la resistencia al desgarro.

Finalmente, veamos la Formulación 3. La formulación 3 tiene una mayor cantidad de A33, que cataliza la reacción entre el agua y el TDI. Por lo tanto, el aumento de A33 también aumenta el calor interno, lo que da como resultado una resistencia al desgarro mayor que la formulación original.

Además, cabe señalar que las sustancias producidas por las reacciones de reticulación y endurecimiento están relacionadas con el calor interno de la espuma. Estas sustancias no sólo mejoran la resistencia al desgarro sino que también mejoran la estabilidad térmica de la espuma. Por ejemplo, la norma británica para la pérdida de peso térmica es un indicador de la estabilidad térmica de la espuma. En otras palabras, la estabilidad térmica de las Formulaciones 1, 2 y 3 es superior a la formulación original.