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La resistencia a la compresión de una espuma está relacionada con muchos factores, como la estructura de varios segmentos de cadena que componen la espuma, los enlaces químicos entre las moléculas, la cristalinidad de los polímeros, el grado de separación de fases, la estructura de los isocianatos y la proporción de isocianatos. usado.

1  La espuma de rebote lento se forma mediante la reacción de polioles de alto peso molecular y polioles de bajo peso molecular con isocianatos. Los segmentos blandos formados por polioles de alto peso molecular tienen grandes volúmenes, bajas densidades de reticulación y alta actividad. Son fáciles de comprimir y se recuperan rápidamente una vez que se elimina la presión. Los segmentos duros formados por polioles de bajo peso molecular tienen volúmenes pequeños, altas densidades de reticulación y baja actividad. Son difíciles de comprimir y también difíciles de recuperar después de que se eliminan las fuerzas externas. Esta característica confiere a las espumas su característica de rebote lento y es la base para la fabricación de espumas de rebote lento.

Debido a que las propiedades de los segmentos blandos y duros en las espumas de rebote lento son diferentes, existe un cierto grado de separación de fases entre ellos. Si no hay separación de fases entre los segmentos, el cuerpo de espuma es un todo estrechamente unido a escala macro, lo que lleva al fenómeno de "mueve un cabello y todo el cuerpo se mueve", lo que significa que se encoge como un todo cuando se comprime y se expande cuando se libera la presión. Sin embargo, la microestructura de la espuma determina que esta situación no se pueda conseguir por completo. Especialmente en las espumas de rebote lento, varios segmentos de cadena tienen diferentes estructuras moleculares, distribuciones desiguales de peso molecular y una separación de fases inevitable. Una ligera separación de fases hace que algunos segmentos duros, debido a su baja actividad, tengan dificultades para recuperarse durante el proceso de recuperación después de que se eliminan las fuerzas externas. Estos "fugitivos" frenan más o menos la recuperación de los segmentos blandos, lo que en última instancia conduce a una contracción.

2  La cristalinidad de los segmentos duros, que es más fuerte que la de los segmentos blandos, también es una razón para una mala recuperación. Los materiales tienen compatibilidades similares, que también se aplican a las espumas de rebote lento. Debido a que los segmentos duros tienen puntos de entrecruzamiento más cercanos y densidades de entrecruzamiento más altas, es más probable que las moléculas pequeñas formadas se agreguen entre sí. Debido a la presencia de enlaces de hidrógeno, estas sustancias agregadas que contienen hidrógeno mejoran la cristalinidad del material, lo que genera mayores fuerzas de cohesión. Después de la compresión, las fuerzas externas cambian el estado de agregación de los segmentos de la cadena, lo que facilita la fusión de los grupos polares. Cuando se libera la fuerza externa, es difícil que el nuevo estado de agregación, debido a las fuertes fuerzas de cohesión, regrese al estado pretensado, lo que resulta en una contracción de las espumas de rebote lento.

3  La estructura de los isocianatos también es un factor que afecta la resistencia a la compresión de las espumas de rebote lento. El TDI se utiliza habitualmente para producir espumas de rebote lento. Debido a que los dos grupos NCO en la molécula de TDI están en las posiciones 2,4 y 2,6, tienen un cierto ángulo entre ellos, lo que los hace propensos a deformarse bajo tensión. Especialmente en condiciones de prensado en caliente, se producen deformaciones y pérdidas de calor significativas, particularmente evidentes en las espumas de copa de sujetador, lo que dificulta la recuperación de estas deformaciones.

4  El bajo índice de NCO de los isocianatos utilizados en la preparación de espumas de rebote lento también es una razón para una recuperación deficiente. El índice NCO de las espumas ordinarias suele estar por encima de 100, mientras que en las espumas de rebote lento, el índice NCO suele estar entre 85-95. Esto significa que entre el 5 y el 15% de los grupos hidroxilo no participan en la reacción. Por lo tanto, aunque la superficie de la espuma parece ser una sola entidad, internamente hay una porción considerable de segmentos de cadena que son independientes entre sí.

Soluciones para mejorar la resistencia a la compresión de espumas de rebote lento:

1.Utilice poliéter con alto contenido de EO (el llamado poliéter agente espumante) para reemplazar algo de poliéter de rebote lento.

A  El poliéter con alto contenido de EO tiene un valor de hidroxilo bajo y un peso molecular grande. Después de reaccionar con isocianatos, los segmentos formados tienen pesos moleculares mayores o cercanos a los formados cuando el poliéter ordinario reacciona con isocianatos, lo que reduce el grado de separación de fases y cristalinidad.

B  El poliéter con alto contenido de EO tiene segmentos suaves y lisos, que pueden proporcionar buenos efectos de rebote lento. Además, la adición de poliéter con alto contenido de OE puede mejorar eficazmente la resistencia a bajas temperaturas de las espumas de rebote lento.

2.Agregue una pequeña cantidad de poliéster modificado con poliéter para aumentar la fuerza cohesiva del material.

Los segmentos de poliéster, debido a la presencia de grupos éster, tienen altas fuerzas de cohesión interna y buenas propiedades de tracción y compresión, mejorando significativamente la resistencia a la compresión de las espumas de rebote lento.

3.Utilice una pequeña cantidad de poliéter de alta funcionalidad y alto peso molecular como agente reticulante y reemplace un poco de poliéter ordinario con poliéter de alta actividad para un rebote lento.

Esto altera la distribución de los segmentos de cadena, reduce el grado de separación de fases y aumenta el grado de reacción, reduciendo la cristalinidad.

4.Utilice MDI o agregue MDI a TDI.

MDI tiene una estructura diferente a la del TDI y produce espumas con mejor resistencia a la compresión y menor pérdida de calor. Si se utiliza MDI, es mejor utilizar MDI modificado (con alta ramificación y fácil cierre de células); También se puede utilizar MDI líquido, ya que es de ciclación intramolecular y más resistente a la compresión. Las espumas de rebote lento fabricadas exclusivamente con MDI tienen una resistencia a la compresión mucho mejor que la del TDI puro, y muchos fabricantes ya la están utilizando.

La espuma flexible de PU ignífuga, también conocida como espuma flexible de PU ignífuga, es generalmente un material ignífugo que se sintetiza agregando retardantes de llama a varios materiales de poliuretano.

Función de los retardantes de llama: pueden absorber calor y descomponerse en sustancias no combustibles a la temperatura de ignición o cerca de ella; pueden reaccionar con los productos de combustión de la espuma flexible de PU para producir sustancias difíciles de quemar, retrasando así la combustión y permitiendo que el punto de ignición se autoextinga.

Retardantes de llama comunes: retardantes de llama a base de bromo, retardantes de llama a base de cloro, retardantes de llama a base de fósforo y retardantes de llama inorgánicos.

Grado de retardante de llama y pruebas para espuma flexible de PU

El grado retardante de llama se refiere a la propiedad obvia que tiene una sustancia o que exhibe un material después del tratamiento, que retrasa significativamente la propagación de las llamas.

Pruebas retardantes de llama:

HB: El grado de retardante de llama más bajo en el estándar UL94. Requiere que para muestras de 3 a 13 milímetros de espesor, la velocidad de combustión sea inferior a 40 milímetros por minuto; para muestras de menos de 3 milímetros de espesor, la velocidad de combustión es inferior a 70 milímetros por minuto; o extinguirse antes de alcanzar la marca de los 100 milímetros.

V-2: Después de dos pruebas de combustión de 10 segundos en la muestra, la llama se apaga en 60 segundos. Puede caer material combustible.

V-1: Después de dos pruebas de combustión de 10 segundos en la muestra, la llama se apaga en 60 segundos. No debe caer material combustible.

V-0: Después de dos pruebas de combustión de 10 segundos en la muestra, la llama se apaga en 30 segundos. No debe caer material combustible.

A los principiantes les preocupa que si la placa de sedimentación no se ajusta correctamente, el líquido que sale de la boquilla puede causar un aumento hacia adelante o hacia atrás, afectando el proceso de formación de espuma. Dos minutos después de poner en marcha la máquina, la velocidad de reacción aumenta gradualmente, requiriendo en ocasiones ajustes en el plato de sedimentación. Los ajustes al plato de sedimentación son más críticos en fórmulas de baja densidad y alto contenido de humedad (MC).

El caudal de TDI (diisocianato de tolueno) se puede calcular para que corresponda al valor de la escala, pero se recomienda medir realmente el caudal de TDI durante la primera formación de espuma. El caudal es demasiado importante; Si el caudal no es exacto, todo lo demás será un desastre. Lo mejor es confiar en el método más sencillo e intuitivo para medir el caudal.

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

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

Para la misma fórmula, al cambiar entre cabezales giratorios de doble aspersión y cabezales giratorios de aspersión simple con áreas de sección transversal de boquilla similares, los requisitos para el espesor de la malla y las capas son similares.

Para la calibración del flujo de material menor, un método es medir el flujo de retorno del material menor y el otro es calibrarlo dividiendo la cantidad total utilizada por el tiempo de formación de espuma. Cuando exista una diferencia significativa entre los dos métodos de calibración, confíe en los datos del segundo método de calibración.

Las fórmulas para espuma blanda de alta calidad suelen estar dentro de un rango inestable, como un índice TDI bajo, una relación agua-MC baja, una dosis baja de T-9 y una dosis baja de aceite de silicona.

1. Reacciones básicas

La formación de espuma de poliuretano implica dos reacciones básicas: reacción de formación de espuma y reacción de polimerización (también llamada reacción de gel).

Reacción de formación de espuma: el isocianato reacciona con agua para producir una reacción de urea disustituida y dióxido de carbono. La ecuación de reacción es la siguiente.:

2R-N=C=O + HOH → R-NH-CO-NH-R + CO2 ↑

El dióxido de carbono liberado actúa como núcleo de la burbuja, lo que hace que la mezcla de reacción se expanda, dando como resultado una espuma con una estructura de celda abierta.

Reacción de polimerización: el grupo hidroxilo del poliéter sufre una reacción de polimerización gradual con isocianato para formar un aminoformiato. La ecuación de reacción es la siguiente.:

R=N=C=O + R &primo; -OH → R-NH-COO — R &primo;

2. Polioles

La producción nacional de espuma en bloque utiliza poliéteres de espuma blanda de 3 funcionalidades y peso molecular 3000 (valor de hidroxilo 56) o 3500 (valor de hidroxilo 48, menos comúnmente utilizado).

3. Poliisocianatos

El principal poliisocianato utilizado es el diisocianato de tolueno (TDI). Hay tres tipos principales de productos industriales TDI: 2,4-TDI puro (o TDI100), TDI80/20 y TDI65/35. TDI80/20 tiene el coste de producción más bajo y es la variedad más utilizada en aplicaciones industriales.

El peso molecular del TDI es 174, con dos grupos isocianato (-N=C=O) que tienen un peso molecular de 84. Por tanto, el contenido de isocianato en TDI es del 48,28%.

La cantidad de TDI utilizada tiene un impacto significativo en las propiedades de la espuma. En las formulaciones de espuma, el exceso de TDI se expresa como índice de isocianato, que es la relación entre el uso real y la cantidad teórica calculada. Cuando se produce espuma blanda, el índice es generalmente de 105 a 115 (100 es igual a la cantidad teórica calculada). Dentro de este rango, a medida que aumenta el índice TDI, aumenta la dureza de la espuma, disminuye la resistencia al desgarro, disminuye la resistencia a la tracción y disminuye el alargamiento a la rotura. Si el índice TDI es demasiado alto, puede provocar células grandes y cerradas, tiempos de maduración prolongados y quema de espuma; si el índice TDI es demasiado bajo, puede provocar grietas, rebote deficiente, baja resistencia y deformación permanente por compresión significativa.

4. Agentes espumantes

El agua que reacciona con el TDI para producir dióxido de carbono es el principal agente espumante utilizado en la formación de espuma blanda. Aumentar la cantidad de agua en la formulación aumentará el contenido de urea, aumentará la dureza de la espuma, disminuirá la densidad de la espuma y reducirá la capacidad de carga de la espuma. Sin embargo, el TDI reacciona con el agua para producir una gran cantidad de calor. Si el contenido de agua es demasiado alto, la espuma puede quemarse o encenderse.

El cloruro de metileno es un agente espumante físico con un punto de ebullición de 39.8 ° C. Es un gas no inflamable que puede vaporizarse durante la formación de espuma, reduciendo la densidad y dureza de la espuma. La cantidad de cloruro de metileno agregada debe evitar que la espuma se queme y, al mismo tiempo, garantizar que una cantidad excesiva no elimine demasiado calor, lo que afectaría el curado de la espuma. La cantidad de cloruro de metileno utilizada es limitada.

5. catalizadores

La función principal de los catalizadores es ajustar la velocidad de las reacciones de formación de espuma y gel para lograr un buen equilibrio.

La trietilendiamina (A33, una solución al 33% de éter diisopropílico o dipropilenglicol) es el catalizador de amina terciaria más importante en la producción de espuma blanda. Tiene una eficacia del 60 % para promover la reacción entre isocianato y agua, es decir, reacción de formación de espuma, y ​​una eficacia del 40 % para promover la reacción entre hidroxilo e isocianato, es decir, reacción de gel.

El dilaurato de dibutilestaño (A-1) es un catalizador de amina terciaria de uso general para espuma blanda. Tiene una eficacia del 80 % para promover la reacción de espuma y del 20 % para promover la reacción de gel. A menudo se utiliza en combinación con trietilendiamina.

El uso inadecuado de catalizadores de amina puede tener un impacto significativo en el producto. Demasiada amina puede causar:

(1) Tiempo de reacción corto, aumento rápido de la viscosidad inicial y humo excesivo durante la formación de espuma.

(2) Grietas de la espuma. Muy poca amina dará como resultado una velocidad de inicio lenta, lo que afectará la altura de la espuma.

El dilaurato de dibutilestaño es el catalizador orgánico de estaño más utilizado, que es muy fácil de hidrolizar y oxidar en presencia de agua y catalizadores de amina terciaria en mezclas de poliéter.

Cuanto menor sea la densidad de la espuma, más estrecho será el rango ajustable de dilaurato de dibutilestaño. El efecto de la dosis de estaño sobre la espuma es el siguiente.:

Dosificación demasiado pequeña: Fisura de la espuma.

Demasiada dosis: Aumento rápido de la viscosidad, formación de espuma en células cerradas y encogimiento, formando pieles en la parte superior y laterales.

6. Estabilizadores de espuma (también llamados aceites de silicona)

Los estabilizadores de espuma reducen la tensión superficial de la mezcla del sistema de espuma, estabilizando así las burbujas, evitando el colapso de la espuma y controlando el tamaño y la uniformidad de los huecos.

Aumentar la cantidad de aceite de silicona desde la cantidad mínima hasta un nivel apropiado puede producir plásticos de espuma bien abiertos. Cuando la cantidad es demasiado alta, aumenta la tasa de células cerradas de la espuma.

7. Otros factores que influyen

Además de la formulación, los parámetros del proceso y el entorno también tienen un cierto impacto en las propiedades de la espuma.

Temperatura de la materia prima: Bajo temperaturas ambiente relativamente normales (20-28 ° C), la temperatura de la materia prima se controla a 25 ± 3° C, preferiblemente dentro de un rango de ± 1° C. También se puede controlar dentro del rango de 28-30 ° C.

El efecto del aumento o disminución de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones de formación de espuma y gel varía. Un aumento de temperatura da como resultado un aumento mucho mayor en la reacción de polimerización en comparación con la reacción de formación de espuma. Los catalizadores deben ajustarse a los cambios de temperatura.

Para la misma formulación, utilizando la misma cantidad de agente espumante, la densidad de la espuma también está relacionada con la altitud. En zonas elevadas, la densidad de la espuma disminuye notablemente.

La producción de espuma blanda en forma de bloque normalmente utiliza el máquina de espuma por lotes   proceso, un método de producción de tipo hueco. Este método evolucionó a partir de la espumación manual en los laboratorios. El proceso implica verter inmediatamente los materiales de reacción mezclados en un molde abierto que se asemeja a una caja de madera o metal, de ahí el nombre de "espuma en caja". Los moldes (cajas) para espuma encajonada pueden ser rectangulares o cilíndricos. Para evitar que el bloque de espuma forme una parte superior abovedada, se puede colocar una placa de cubierta flotante en la parte superior de la espuma durante la formación de espuma. La placa de cubierta permanece estrechamente unida a la parte superior de la espuma y se mueve gradualmente hacia arriba a medida que la espuma sube.

El equipo principal para la producción de espuma en caja incluye: 1) Agitador eléctrico-mecánico, barril mezclador; 2) Caja de molde; 3) Herramientas de pesaje como básculas, básculas de plataforma, tazas medidoras, jeringas de vidrio y otros dispositivos de medición; 4) Cronómetro para controlar el tiempo de mezcla. Se aplica una pequeña cantidad de agente desmoldeante a las paredes internas de la caja para facilitar la extracción de la espuma.

Las ventajas de producir espuma blanda utilizando el método de espuma en caja incluyen: baja inversión en equipo, tamaño reducido, estructura de equipo simple, operación y mantenimiento fáciles y convenientes, y producción flexible. Algunas empresas nacionales y municipales pequeñas y con fondos insuficientes utilizan este método para producir espuma blanda de poliuretano. El moldeado de espuma en caja es un método de producción no continuo para espuma blanda, por lo que la eficiencia de producción es menor que la de los métodos continuos y el equipo se opera principalmente de forma manual, lo que resulta en una mayor intensidad de mano de obra. La capacidad de producción es limitada y hay una mayor pérdida en el corte de espumas plásticas. Los parámetros del proceso para la espuma en caja deben controlarse dentro de un cierto rango porque incluso con la misma fórmula, las propiedades de la espuma pueden no ser las mismas cuando se utilizan diferentes parámetros del proceso. La temperatura de la materia prima debe controlarse a (25 ± 3) grados Celsius, velocidad de mezclado de 900 a 1000 r/min y tiempo de mezclado de 5 a 12 segundos. El tiempo de mezclado de la mezcla de poliéter y aditivos antes de agregar TDI se puede ajustar de manera flexible dependiendo de la situación, y después de agregar TDI, un tiempo de mezclado de 3 a 5 segundos es suficiente, siendo la clave un mezclado completo después de agregar TDI.

Durante el moldeado de espuma en caja, se debe prestar atención a los siguientes aspectos:

1)  Prepararse antes de la producción, incluida la temperatura del material y la inspección del equipo de la máquina;

2) Medir con la mayor precisión posible;

3) Controlar adecuadamente el tiempo de mezcla;

4) Verter el líquido del material mezclado de forma rápida y constante, evitando fuerza excesiva;

5) Asegúrese de que la caja esté colocada de manera estable, con el papel inferior plano, para evitar un flujo desigual del material durante el vertido;

6) Cuando la espuma suba, presione suavemente la cubierta para asegurarse de que la espuma suba suavemente;

7) Los aditivos deben usarse según lo especificado y los materiales premezclados no deben dejarse por mucho tiempo.

Han surgido tres tipos de equipos de espuma en el moldeado de espuma en caja. Inicialmente, se pesaron diversas materias primas en un recipiente según la fórmula, se mezclaron con una mezcladora de alta velocidad y se vertieron en el molde de caja para formar espuma y darles forma. Este método a menudo generaba residuos en el recipiente de mezcla. Un método mejorado utilizaba una bomba dosificadora para transportar las materias primas al barril de mezcla para una mezcla uniforme. Un dispositivo mecánico cerró automáticamente el fondo del barril y se utilizó aire comprimido para presionar el material en la caja de espuma para darle forma. Ambos métodos podrían crear remolinos debido a la rápida entrada de materiales en la caja, lo que podría causar defectos o depresiones en los productos de espuma. El dispositivo de espuma en caja más razonable es colocar un barril mezclador sin fondo directamente en el centro de la caja de espuma. Una bomba dosificadora transporta las distintas materias primas necesarias para la formación de espuma al barril de mezcla. Después de mezclar durante unos segundos, el dispositivo de elevación levanta el cilindro mezclador fuera de la caja de espuma, permitiendo que el material de espuma fluya suavemente sobre todo el fondo de la caja. Esto evita el agrietamiento de la espuma debido a los remolinos del material y garantiza una altura relativamente uniforme en toda la espuma.

Se puede agregar un dispositivo de presión al material de espuma en expansión para producir espuma con la parte superior plana, lo que reduce el desperdicio durante el corte. Este dispositivo es adecuado para la producción de espuma blanda de poliuretano tipo poliéter y espuma blanda en bloque de alto rebote. Para bloques de poliuretano de acetato de polivinilo, este método no se puede utilizar debido a la alta viscosidad del material y generalmente se emplean métodos continuos.