Existen muchas razones para el agrietamiento de la espuma de poliuretano, incluidos factores tanto químicos como mecánicos. Durante la producción, es importante detenerse e inspeccionar, asegurándose de eliminar el fenómeno de agrietamiento. A continuación se presentan algunas ideas que hemos resumido en función de años de experiencia en producción, con la esperanza de inspirar a todos.


1.
Cambios repentinos


Los cambios repentinos en la velocidad del transportador, las variaciones en el uso del catalizador o el funcionamiento irregular del transportador pueden provocar que la espuma se agriete. Ajuste las situaciones anteriores de forma cuidadosa y gradual. Un cambio significativo en la velocidad del transportador puede provocar grandes grietas en los bloques de espuma.


2
Película de polietileno


Si la película deja de moverse por alguna razón, la espuma entrará en contacto con la superficie estática, lo que provocará grietas. Si ocurre esta situación, verifique el rodillo de bobinado de la rebobinadora y examine la separación de la película en el área de curado.


3
Formación de espuma alrededor de ciertas sustancias


Se tiende a formar espuma alrededor de ciertas sustancias, especialmente en el conducto de alimentación, lo que puede provocar fácilmente grietas.


Antes de la producción, asegúrese de que no queden residuos ni desechos en el conjunto del cabezal de mezcla, la manguera de alimentación y el conducto de descarga.


4
Amina excesiva


Cuando no hay suficiente octoato estannoso, un exceso de amina puede provocar el mismo efecto y acelerar el tiempo de subida. Por lo tanto, la dosis de amina debe reducirse.


5
Octoato estannoso insuficiente


Debido a que la reacción de formación de espuma es más rápida que la reacción de polimerización, es posible que fluya algo de espuma, lo que provoca grietas. Por lo tanto, se debe aumentar la cantidad de octoato estannoso.


6
Aceite de silicona


La espuma se vuelve inestable y propensa a romperse, pudiendo formarse "depresiones" en la espuma, por lo que es necesario aumentar la dosis de aceite de silicona.


7
Estructura de pequeñas burbujas de aire


Las paredes de espuma delgadas pueden provocar grietas debido a la formación de espuma. Para abordar esto de manera integral: reduzca el contenido de aire, disminuya la velocidad del cabezal de mezcla o aumente la presión del cabezal de mezcla. También es necesario cambiar la dosis del catalizador de octoato estannoso.

La temperatura interna de la espuma es tan indispensable como la vitalidad para una persona. Si la temperatura de poscurado de la esponja es demasiado baja, sus propiedades físicas no serán óptimas y habrá fluctuaciones significativas en estas propiedades.



Una vez que la espuma está bien desarrollada, su temperatura interna aumenta rápidamente a más de 120 grados centígrados debido a la reacción exotérmica que se produce en condiciones deficientes de disipación de calor, convirtiéndose en uno de los riesgos de incendio.



La temperatura interna de la espuma es crucial para desarrollar sus propiedades superiores. La espuma madurada a temperaturas externas específicas exhibe propiedades físicas excepcionalmente superiores, como la resistencia a la tracción. Algunos calculan la temperatura de la espuma mediante fórmulas, mientras que otros utilizan software para ingresar fórmulas y calcular automáticamente la temperatura interna de la espuma. Entonces, ¿qué factores influyen en la temperatura interna de la espuma? ¿Es importante conocer estos factores? Es similar a cómo las cámaras de los teléfonos modernos tienen alta resolución, pero ¿eso hace que la fotografía profesional sea inútil? ¿Son inútiles ajustes como la apertura, la distancia focal y el tiempo de exposición? Para controlar mejor las cosas, uno debe comprender más variables clave de esa cosa. Comencemos con principios básicos para comprender los cambios en la temperatura interna de la espuma.



Primero, comprendamos algunas reglas básicas.



La temperatura de un espacio es directamente proporcional a la cantidad de energía térmica inyectada en ese espacio e inversamente proporcional a su tamaño.


Por ejemplo, si se distribuyen 10 kilojulios de calor en un espacio de 8 litros, la temperatura de ese espacio es de 20 grados centígrados. Si se distribuyen los mismos 10 kilojulios de calor en un espacio de 4 litros, la temperatura llega a ser de 40 grados centígrados.


La cantidad de calor aportado es directamente proporcional al valor de aporte de calor y a la velocidad del aporte de calor.


Por ejemplo, si se liberan 100 kilojulios de calor a velocidad "v", la entrada de calor es "A". Si se liberan los mismos 100 kilojulios de calor a una velocidad de 2v, la entrada de calor se convierte en 2A.


El tamaño de un espacio es directamente proporcional a la temperatura absoluta.


Por ejemplo, un espacio de 1 litro a 0 grados Celsius se convierte en 1,366 litros a 100 grados Celsius porque (273,15 + 100)/(273,15 + 0) = 1,366.


El tamaño de un espacio es inversamente proporcional a la presión atmosférica.


Es necesario considerar el retraso en la vaporización del metano.


A continuación, examinemos cómo el ajuste fino de la fórmula afecta la temperatura interna de la espuma.



Dado que se trata de un ajuste fino, aproximaremos que el entorno circundante permanece sin cambios antes y después de los ajustes. Consideremos los efectos del ajuste del agua y el metano en la temperatura interna de la espuma.


Por ejemplo, si una fórmula aumenta el metano en un 5%, podemos estar seguros de que la temperatura interna de la espuma disminuye porque la vaporización del metano absorbe calor, lo que reduce el aporte de calor a la espuma y aumenta el espacio para acomodar el calor. De manera similar, si el contenido de agua aumenta en un 5 %, el agua agregada libera calor al inyectarse en la espuma, lo que aumenta el aporte de calor, y la reacción del agua agregada genera gas, lo que aumenta el espacio para el calor. Entonces, ¿la temperatura interna de la espuma aumenta o disminuye en este caso? La experiencia indica que la temperatura interna de la espuma aumenta. Esto sugiere que el aumento de la entrada de calor debido a este cambio contribuye más al aumento de la temperatura interna de la espuma que el gas producido por el agua que diluye la temperatura.



Los cambios que involucran el índice de espuma, la liberación de calor y la disipación de calor, todos crecientes, pueden hacer que sea difícil adivinar intuitivamente si la temperatura interna de la espuma aumentará o disminuirá. Es posible que sea necesario insertar una sonda después de la formación de espuma para comparar las temperaturas internas o realizar cálculos para llegar a una conclusión.



Para los cálculos, se necesitan varias fórmulas (expresiones algebraicas) derivadas de las reglas básicas anteriores, junto con algunos datos: el calor liberado cuando el agua reacciona con el TDI para formar dióxido de carbono en kilojulios por mol, el calor absorbido durante la vaporización del metano en kilojulios por mol . Para estimar la temperatura interna total de la espuma, se debe conocer el calor liberado al formar formiato de aminometilo, formiato de metilo de urea, urea y biuret (poliurea), en kilojulios por mol, y la velocidad de reacción (tiempo de reacción).



Esto también explica por qué la densidad calculada a partir del índice de espuma difiere drásticamente de los valores teóricos y reales para espumas sin cargas a 50 densidades. Cuanto menor es la densidad, más coinciden los valores teóricos y reales de la densidad de la espuma.

¿Qué es la espuma rígida de poliuretano?



La espuma rígida de poliuretano, a menudo abreviada como espuma rígida de PU, es uno de los productos de poliuretano más utilizados, solo superada por la espuma blanda de poliuretano, en aplicaciones de poliuretano. La espuma rígida de poliuretano es principalmente una estructura de celda cerrada, conocida por su excelente aislamiento, peso ligero, alta relación resistencia-peso, facilidad de construcción, así como insonorización, absorción de impactos, aislamiento eléctrico, resistencia al calor, resistencia al frío y resistencia a los disolventes. , y más. Se utiliza ampliamente en las capas aislantes de cajas de refrigeradores y congeladores, cámaras frigoríficas, camiones frigoríficos, así como materiales aislantes para edificios, tanques y tuberías. Una pequeña cantidad se utiliza en aplicaciones que no son de aislamiento, como imitaciones de madera y materiales de embalaje. Generalmente, la espuma rígida de poliuretano de menor densidad se utiliza principalmente como material aislante térmico, mientras que la espuma rígida de poliuretano de mayor densidad se puede utilizar como material estructural (imitación a madera).



La espuma rígida de poliuretano normalmente se espuma a temperatura ambiente, con un proceso de moldeo relativamente simple. Se puede clasificar en espumado manual y espumado mecánico según el grado de mecanización de la construcción; formación de espuma a alta presión y formación de espuma a baja presión en función de la presión de formación de espuma; y espumado por colada y espumado por pulverización basado en el método de moldeo.



¿Qué es la espuma blanda de poliuretano?



La espuma blanda de poliuretano, también conocida como espuma blanda de PU, es un tipo de espuma de poliuretano flexible con cierto grado de elasticidad. Es el producto de poliuretano más utilizado entre todos los productos de poliuretano.



La espuma blanda de poliuretano es principalmente una estructura de células abiertas, caracterizada por su baja densidad, buena recuperación elástica, absorción acústica, transpirabilidad y propiedades aislantes. Se utiliza principalmente como material de amortiguación para muebles, colchones, cojines de asientos de vehículos y también encuentra aplicaciones industriales y domésticas como materiales de filtrado, materiales de insonorización, materiales de absorción de impactos, materiales decorativos, materiales de embalaje y materiales aislantes. Según el grado de suavidad y capacidad de carga, la espuma blanda de poliuretano se puede dividir en espuma blanda ordinaria, espuma súper blanda, espuma blanda de alta capacidad de carga, espuma blanda de alta resiliencia, etc. Las espumas blandas de alta resiliencia y alta capacidad de carga se utilizan generalmente para fabricar cojines de asiento y colchones. Según el proceso de producción, la espuma blanda de poliuretano se puede dividir en espuma en bloque y espuma moldeada. La espuma en bloque se produce mediante un proceso continuo para formar espuma de gran volumen que luego se corta en las formas requeridas, mientras que la espuma moldeada se produce mediante inyección directa de la mezcla en moldes para formar productos de espuma con las formas deseadas.



Después de entender la espuma rígida de poliuretano y la espuma blanda de poliuretano, surge la pregunta: ¿cómo diferenciamos entre ambas?



De hecho, la clasificación puede basarse en el grado de dureza, dividiéndolos en plásticos de espuma blanda y plásticos duros. Los plásticos de espuma blanda tienen un componente polimérico de matriz por encima del punto de fusión cristalino o, si es un polímero amorfo, está por encima de la temperatura de transición vítrea; La espuma dura, por otro lado, tiene su polímero matriz en estado cristalino o amorfo pero por debajo de la temperatura de transición vítrea. La espuma semirrígida es una espuma plástica entre espuma blanda y dura. Es similar a la espuma blanda, con una tasa de células abiertas superior 90

℃

, pero la espuma semirrígida tiene mayor densidad y mayor resistencia a la compresión. Después de la deformación por compresión, la espuma semirrígida tarda mucho más en recuperarse y su densidad de reticulación es mucho mayor que la de la espuma blanda pero menor que la de la espuma dura.



Según esta clasificación de suavidad y dureza, la mayoría de las espumas de poliolefina, las espumas de cloruro de polivinilo (PVC) no plastificado, las espumas fenólicas, las espumas de policarbonato y las espumas de éter de polifenileno se clasifican todas como espumas duras, mientras que las espumas de poliuretano elásticas y algunas espumas de poliolefina y espumas de PVC plastificado Se clasifican como espumas blandas.



Según la norma nacional, los plásticos de espuma blanda son aquellos que son flexibles, tienen baja dureza a la compresión, vuelven a su estado original después de que se alivia la tensión y tienen una deformación residual mínima. Por otro lado, los plásticos de espuma dura son inflexibles, tienen una alta dureza de compresión, se deforman cuando la tensión alcanza un cierto nivel y no vuelven a su estado original una vez que se alivia la tensión.



La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) especifica que para diferenciar entre plásticos de espuma blandos y duros, a una temperatura de 18-29

℃

, se hace girar una varilla con un diámetro de 2,5 cm a su alrededor durante una rotación completa en 5 segundos. Si no se fractura, se clasifica como espuma plástica blanda; de lo contrario, se clasifica como espuma plástica dura.



Según las normas ISO, cuando la deformación por compresión alcanza el 50% y luego se libera, si el espesor disminuye no más del 2% respecto al espesor original, se clasifica como espuma plástica blanda. Si disminuye más del 10%, se clasifica como espuma plástica dura. Si la disminución está entre el 2-10%, se clasifica como espuma plástica semirrígida.



Si utilizamos el módulo elástico como criterio, en un entorno estándar de 23

℃

y 50% de humedad relativa, una espuma plástica con un módulo elástico superior a 686 MPa se clasifica como espuma dura, menos de 68,6 MPa se clasifica como espuma blanda y entre 68,6-686 MPa se clasifica como espuma semirrígida. Aunque el módulo elástico de la espuma semirrígida es mayor que el de la espuma blanda, su comportamiento tensión-deformación es más cercano al de la espuma blanda y significativamente diferente al de la espuma dura. Generalmente, los plásticos de espuma blanda tienen en su mayoría una estructura de células abiertas, mientras que los plásticos de espuma dura tienen en su mayoría una estructura de células cerradas, pero hay excepciones.

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.

La espuma flexible de poliuretano, también conocida como esponja, suele sufrir un proceso de transformación de líquido a sólido en dos minutos. En comparación con otros campos del poliuretano, el corto e intenso tiempo de reacción de la espuma flexible aumenta la dificultad para lograr una estructura celular fina y ordenada, así como una disposición molecular.



Investigación y desarrollo (R&D) implican la introducción de nuevos materiales para dar a los productos nuevas propiedades. Los nuevos materiales se pueden clasificar en dos tipos según sus características de reacción: un tipo consta de materias primas que se ajustan a las reacciones químicas del poliuretano, como poliéter, isocianato, aceite de silicona y catalizadores con diferentes propiedades y actividades. Estos materiales no alteran fundamentalmente el proceso de reacción química. El otro tipo incluye materias primas (rellenos) que no se ajustan a las reacciones químicas del poliuretano, como la adición de sustancias no espumantes como polvos metálicos especiales, polvos inorgánicos u orgánicos especialmente formulados con propiedades únicas, polvos inorgánicos ultrafinos (con una finura de más de 5000 mallas), agentes antibacterianos especiales, etc. En ocasiones, estos materiales interrumpen por completo el proceso de reacción, dando lugar a nuevos patrones de reacción. Algunos rellenos hacen que la fórmula original colapse por completo, mientras que otros provocan un cambio significativo en la densidad del producto terminado entre un 30% y un 50%. Algunos rellenos alteran drásticamente el tiempo de subida de la reacción en la fórmula y algunos rellenos causan daños graves a la estructura de la espuma después de agregarse.



R&D suele tener a mano ciertas materias primas para hacer frente a los problemas comunes que se encuentran durante el proceso. Estas materias primas suelen requerir una amplia gama de propiedades físicas y químicas. Por ejemplo, aminas como A33, A-1, A-210, A-230, A-260, 33-LV, CS-90, 9717 y 9727 se usan comúnmente en la producción, pero es posible que no todas estén disponibles para su uso. R&D propósitos porque su reactividad no tiene una diferencia fundamental. En R extensa&D, las aminas mencionadas anteriormente se pueden clasificar como materiales en la misma categoría. Por ejemplo, si agregar una sustancia particular causa un colapso significativo cuando se usa A33 para hacer espuma, entonces los ocho tipos restantes de aminas podrían considerarse ineficaces.



Un problema común encontrado en R&D es el colapso de la espuma, que es el resultado menos eficiente. A menudo se dice que el análisis y el ajuste sólo se pueden realizar de forma eficaz una vez que la estructura de la espuma sea estable. Muchos casos de colapso de la espuma no se pueden resolver ajustando la fórmula únicamente; O las propiedades de la espuma cambian drásticamente, haciéndola poco práctica, o la espuma permanece inestable. Para solucionar esto, se introducen agentes reticulantes. Agentes reticulantes, comúnmente utilizados como aditivos en R&D, generalmente vienen en dos tipos: agentes estructurados lineales, donde el 1,4-butanodiol representa la materia prima y la formación de urea ocurre a través del crecimiento de la cadena lineal, y agentes estructurados en masa, como dietanolamina y glicerol, que se acercan más a los patrones de crecimiento de la cadena de poliéter. .



Por ejemplo, en una R&En el caso D, ajustar la fórmula no pudo evitar el colapso de la espuma. La experiencia reveló que la fuerte actividad de las aminas provocaba un desequilibrio. El contenido de amina se redujo de 0,2 partes por cien de poliéter a 0,05 partes, y el alto contenido de cianato en la fórmula parecía extraño. La velocidad de reacción general también disminuyó significativamente con la reducción del contenido de aminas, pero el colapso persistió. Más tarde, cambiar a una amina más débil resolvió el problema. Por tanto, a veces la actividad de una amina no puede compensarse únicamente con su concentración. Cabe señalar que la adición de determinadas sustancias puede dar lugar a diferencias significativas en el rendimiento entre la producción de espuma a pequeña y gran escala. En tales casos, el rendimiento de la última espuma producida a gran escala debería ser el principal punto de referencia para el ajuste.



Luz solar, aire y agua.
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Las cosas más comunes y a menudo pasadas por alto.
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son los más preciados. Dominar la producción de espuma, que a primera vista parece sencilla y carente de contenido, en realidad es todo un desafío. Como colega en R&D suele decir: "Tengo muy poco conocimiento (uno se arrepiente de tener muy poco conocimiento cuando es necesario)" y "¿Cuánto tiempo seguiremos haciendo esto? (Hay presión)". R&La producción y el aprendizaje de la producción de espuma implican el uso de puntos conocidos para comprender áreas desconocidas, mientras que la producción y la enseñanza de la producción de espuma implican el uso de áreas conocidas para operar puntos desconocidos. Aunque estos dos aspectos parecen similares, salvar la distancia entre ellos es bastante difícil.