Impact du degré de réticulation sur les principales propriétés du polyuréthane

En polyuréthane, en dehors de l'influence de la composition du segment de la chaîne dans la molécule, le degré de réticulation est un facteur structurel primaire affectant ses principales propriétés. L'étendue de la réticulation a un impact direct sur les performances des produits en mousse et est liée au poids moléculaire et à la fonctionnalité des polyols et des polyisocyanates utilisés, les polyols étant particulièrement significatifs. La variété, la sélection et la quantité d'utilisation de polyols permettent de contrôler la densité de rébulliment du produit en ajustant le poids moléculaire et la fonctionnalité des matières premières, produisant ainsi des produits en mousse avec des propriétés variables de doux à rigide.

Des preuves empiriques montrent que les polyols utilisés en mousse douce ont généralement une fonctionnalité de 2-4, avec un rapport de poids moléculaire / fonctionnalité (M / F, anciennement appelé équivalent) d'environ 1000. Certains produits exceptionnellement doux peuvent atteindre un M / F de 1000-1500. Pour les mousses rigides, la fonctionnalité des polyéther polyols varie de 3 à 8, avec un M / F entre 100 et 150. Les mousses semi-rigides utilisent des polyols de polyéther avec M / F et des valeurs de fonctionnalité entre ces gammes ou un mélange de deux polyols.

Dans les produits souples, différentes densités de réticulation ont également un impact sur les performances en mousse. Les chercheurs ont étudié les mousses douces fabriquées à partir de divers rapports de polyols de polyéther difficultés et trifonctionnels avec 80/20 TDI pour observer l'effet de différentes densités de réticulation et densités des anneaux aromatiques, des groupes d'uréthane et de l'urée sur les performances de la mousse.

Les produits en mousse fabriqués à partir de polyéthers avec différents rapports de groupes difonctionnels et tétrafonctionnels présentent des tendances similaires. Lorsque la densité de réticulation est faible (valeur MC élevée) et que la densité des anneaux aromatiques, des groupes d'uréthane et d'urée diminue, la mousse est plus douce, avec une résistance à la traction et une charge de compression plus faibles, mais un allongement plus élevé et une meilleure flexibilité à basse température. À des densités de réticulation similaires (valeurs MC de 3375 et 3385), si la teneur en anneaux aromatiques, en uréthane et en groupes d'urée augmente, les produits deviennent plus difficiles avec une augmentation du module mécanique à des températures élevées. En comparant deux mousses avec différentes densités de réticulation mais des densités similaires des anneaux aromatiques et des groupes d'uréthane / urée, la mousse avec une densité de réticulation plus faible (valeur MC plus élevée) a une meilleure flexibilité à basse température, tandis que la mousse avec une densité de réticulation plus élevée a une rigidité de torsion accrue.

En utilisant différents rapports de polyéther tri-fonctionnel et de diisocyanate de polyéther et de tétra dans un processus moussant en une étape, la relation entre la densité de réticulation (valeur MC) et le module de traction, l'allongement et le gonflement dans le diméthylacétamide peuvent être observés dans la figure 1. Avec une densité de réticulation plus élevée (valeur MC inférieure), la mousse est plus difficile avec une résistance à la traction plus élevée mais des taux d'allongement et de gonflement plus bas. À mesure que la valeur MC augmente, les taux d'allongement et de gonflement augmentent, tandis que la résistance à la traction diminue.

Figure 1: Relation entre la valeur m (calculée) et les propriétés de la mousse de polyéther polyuréthane

Pour les produits en mousse souple avec une densité de 35,2-40,0 kg / m / m³, L'effet de la densité de réticulation sur la résistance à la compression (charge de compression) est illustré à la figure 2. La valeur MC et le réciproque de la résistance à la compression ont une relation linéaire, avec des écarts principalement en raison des différences dans les anneaux aromatiques et la teneur en uréthane dans la mousse. Cette relation est également observée dans les produits en mousse à haute densité.

Figure 2: Relation entre la valeur MC et réciproque de la résistance à la compression

L'ensemble de compression est un indicateur important de la récupération de l'élasticité en mousse, mesuré en comprimant la mousse à la moitié de sa hauteur d'origine, en le traitant 70°C pendant 22 heures et mesurer la récupération de la hauteur à température ambiante après 30 minutes. La variation en pourcentage de hauteur est la valeur définie par compression; Plus la valeur est élevée, plus les performances sont pauvres. La densité de réticulation affecte considérablement la valeur de l'ensemble de compression, avec des valeurs plus faibles lorsque la valeur MC est inférieure à 1200.

Les mousses à haute résilience avec des agents de réticulation diffèrent structurellement des mousses molles en polyuréthane général, conduisant à différentes propriétés. L'introduction d'agents de réticulation comme la diéthanolamine forme de nouveaux points de réticulation, améliorant considérablement le taux de rebond par rapport aux mousses sans ces agents.

La relation entre la densité de réticulation et les propriétés de la mousse rigide suit des tendances similaires. L'augmentation de la densité de réticulation améliore la résistance à la compression, la résistance à la température, la stabilité dimensionnelle et la perméabilité de la vapeur d'eau mais réduit la résistance à la traction et l'allongement. Une densité de réticulation excessive ou des valeurs M / F très faibles rendent le produit cassant et des réactions exothermiques élevées pendant le processus de moussage en une étape compliquent le traitement et augmentent les coûts, car les polyols sont généralement moins chers que les isocyanates. Ainsi, la densité de réticulation n'est généralement pas excessivement élevée, avec des polyols ayant des valeurs M / F entre 75 et 150.

La température a un impact significatif sur la morphologie du polymère, chaque polymère ayant sa courbe caractéristique. La figure 3 montre la courbe module-température d'un polymère typique. En dessous du point A ', le polymère est à l'état vitreux, avec un' étant la température de transition du verre. Au-dessus d'un ', les chaînes moléculaires commencent à tourner, le module tombe rapidement et le matériau entre dans un état caoutchouteux. Le chauffage supplémentaire du point C provoque une baisse soudaine du module, indiquant un état fluide, où les chaînes polymères réticulées commencent à se casser.

Figure 3: Relation entre le module et la température pour un polymère typique

Pour une mousse de polyuréthane rigide idéale, la température de transition du verre doit être supérieure à la température ambiante. Les élastomères et les mousses douces ont des températures de transition en verre sous la température ambiante. Pour obtenir une bonne résistance chimique, un module élevé et une résistance à la température dans les mousses rigides, des composants à haute fonctionnalité et à teneur aromatique élevés sont nécessaires, bien que cela réduit la résistance et l'allongement à basse température. Les mousses douces nécessitant de bonnes performances à haute température doivent consommer de l'alcool trihydrique et de l'isocyanate pour former de fortes réticulations chimiques.

En conclusion, comprendre comment divers facteurs structurels en polyuréthane affectent les performances permet de prédire et de concevoir des produits en mousse avec des propriétés souhaitées, allant de mousses molles à rigides.

Comprendre comment la réticulation affecte les propriétés en mousse n'est que le début. Pour mettre en pratique la théorie, le choix d'une machine à fabrication d'éponges stable et de haute précision est essentielle. Nous nous spécialisons dans les machines professionnelles en mousse de polyuréthane qui améliore la qualité des produits et l'efficacité de la production.

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