¿Cuál es la teoría de la nucleación de burbujas en la espuma flexible de poliuretano?

1. Formación del polímero–Sistema de soluciones de gas

Un paso crucial en el moldeo de espuma continua es crear un polímero uniforme–Solución de gas. El límite de la uniformidad de la solución determina el número de burbujas nucleadas. Se debe usar un agente de soplado apropiado (por ejemplo, CO₂ o un agente físico volátil) para que el gas generado se mezcle completamente y se disuelva en la masa fundida del polímero. Si se usa demasiado, algo de gas permanece sin problemas, formando grandes vacíos.

La velocidad de disolución está estrechamente vinculada al gas.’S Velocidad de difusión—El tiempo de disolución es inversamente proporcional a la velocidad de difusión, que depende principalmente de la temperatura. Producir la cantidad correcta de gas es importante, pero la mezcla uniforme también requiere coincidir el tiempo de difusión/disolución de gas con el tiempo de residencia de la masa fundida del polímero en el molde.

2. Teoría de la nucleación de burbujas

La nucleación es crítica para el proceso de espuma: el número de núcleos establece la densidad de burbuja; A temperatura y presión fija, esto determina el tamaño de la burbuja y, en última instancia, la densidad del producto y la relación de espuma. Los mecanismos de nucleación caen en la nucleación clásica y la nucleación inducida por cizallamiento.

2.1. Mecanismo de nucleación de punto caliente

① En la etapa inicial de la formación de burbujas, se forman numerosos núcleos de burbujas en la solución y luego se expanden en células de espuma. Un núcleo de burbujas es el embrión original—Moléculas de fase gaseosa inicialmente agregando en la fusión de polímero—y su formación es clave para la calidad de la espuma.

La teoría de la mancha caliente, después de que la fusión sale del dado, la presión cae repentinamente y el gas se vuelve sobresaturado e inestable, nucleando fácilmente pequeñas burbujas. Mientras tanto, el agente de soplado residual se descompone, liberando calor que crea puntos calientes locales. Estos puntos de acceso aumentan la temperatura de fusión, reduciendo la viscosidad y la tensión superficial. Las caídas de solubilidad local desencadenan la segregación de gas, formando núcleos de burbujas dispersos.

Microscópicamente, los puntos de acceso promueven la nucleación porque el aumento de la energía cinética molecular y la energía potencial reducida permiten que el gas sobresaturado salga y agregue.

④ En resumen, la nucleación requiere dos condiciones: gas sobresaturado y sitios de nucleación. Agregados de gas sobresaturados en sitios de nucleación; Cuando la energía molecular supera la barrera de energía de cambio de fase, se forman núcleos de fase gaseosa (embriones de burbujas).

2.2. Teoría de nucleación clásica

Nucleación homogénea: en sistemas de polímeros puros y en sistemas que contienen aditivos

Nucleación heterogénea

Modos mixtos de nucleación

3. Teoría del crecimiento de burbujas

① El crecimiento de cubos se impulsa por la caída de presión que reduce la solubilidad de gas en el polímero. El gas continúa difundiendo en los núcleos; La viscosidad, el coeficiente de difusión, la concentración de gas y el recuento de núcleos determinan la cinética de crecimiento. Después de la nucleación, se forma un gradiente de concentración alrededor del núcleo, promoviendo una mayor difusión y expansión de burbujas.

② Cuando el polímero–La solución de gas sale del dado, la despresurización rápida induce instantáneamente la sobresaturación y la nucleación de masa. Una vez que la presión interna de la burbuja excede la presión de fusión externa combinada y la tensión superficial, las burbujas comienzan a expandirse, reduciendo la presión interna y interrumpiendo el equilibrio. Forma un gradiente de concentración; El gas se difunde en burbujas, restableciendo el equilibrio. A medida que el fundido se enfría y se solidifica, una carcasa de polímero rígido atrapa el gas. En ese punto, el gas adicional no puede inflar la capa sólida aún más, deteniendo el crecimiento y definiendo la estructura final de la burbuja.

4. Solidificación de burbujas y procesos inestables

① La solidificación es puramente física—El enfriamiento aumenta la viscosidad, fijando gradualmente la estructura.

② Dar expansión y antes de solidificación completa, el gas–La coexistencia líquida es inestable. Las burbujas pueden romperse, expandirse aún más, fusionarse, ruptura o perder gas.

4.1. Fusión de burbujas

① Cuando el contacto adyacente de burbujas, pueden fusionarse. Si los tamaños difieren significativamente, sus películas límite pueden romperse debido a las diferencias de presión, causando la fusión.

② Para minimizar la coalescencia, el aumento de la presión de la presión reduce el tamaño de la burbuja y la separación.

4.2. Ruptura y colapso de burbujas

El crecimiento sin control conduce a la inestabilidad, la ruptura de la pared de burbujas y la densidad reducida—especialmente a temperaturas de procesamiento más altas. Para prevenir la ruptura, aumente la viscoelasticidad de la fusión (por ejemplo, agregando estaño para una reacción gel o tensioactivos más rápida para aumentar la energía de la nucleación) y controlar la tasa de expansión para permitir la relajación del estrés de la pared de la burbuja. Para bloquear la estructura de espuma final en la expansión del objetivo, elija el momento adecuado para solidificar y acelerar el enfriamiento.