Phase un : processus de nucléation gazeuse

Les matières premières réagissent en phase liquide ou dépendent de la génération de substances gazeuses et de la volatilisation du gaz au cours de la réaction. À mesure que la réaction progresse et qu’une grande quantité de chaleur est générée, la quantité de substance gazeuse générée et volatilisée augmente continuellement. Lorsque la concentration de gaz dépasse la concentration de saturation, de fines bulles de gaz commencent à se former dans la phase solution et montent. Alors que la réaction touche à sa fin, un phénomène laiteux apparaît dans le matériau polyuréthane liquide, connu sous le nom de « temps laiteux ».

Phase deux : processus d'autonucléation

A ce stade, la concentration de gaz continue d’augmenter et atteint un certain niveau. Après cela, la concentration de gaz diminue progressivement et de nouvelles bulles ne se forment plus. Le gaz présent dans la solution atteint progressivement une concentration de saturation d'équilibre. Au cours de cette étape, la viscosité du matériau liquide augmente progressivement et le gaz fusionne et se dilate continuellement dans la phase liquide progressivement visqueuse. Le volume des bulles continue d'augmenter. La phase liquide visqueuse formant la paroi externe des bulles s'amincit progressivement. En raison de la relation de tension superficielle entre les interfaces gaz et liquide, le volume des bulles augmente de petit à grand, se transformant progressivement d'une forme sphérique en une forme géométrique tridimensionnelle composée de films minces polymères, formant finalement une structure de réseau ouverte de trois dimensions. micropores dimensionnels. Dans le processus de synthèse de la mousse de polyuréthane, cette étape présente une expansion du volume du polymère et une montée de la mousse.

Phase trois:

Une fois que la concentration de gaz atteint un certain niveau, les bulles ne se forment plus. Avec la perméation du gaz, la concentration continue de diminuer, atteignant l'équilibre saturé final dans le processus de transition de la paroi en mousse polymère d'un état liquide visqueux à un état solide non coulant.

Conditions de test:

1. Le moussage rapide est prélevé au centre de la mousse, tandis que les échantillons de mousse moulée sont prélevés dans la partie centrale ou pour des tests sur des échantillons entiers.

2. La mousse nouvellement fabriquée doit être mûrie pendant 72 heures dans son état naturel avant d'être échantillonnée. Les échantillons doivent être placés dans un environnement à température et humidité constantes (conformément à GB/T2918: 23 ± 2 ℃ , humidité relative 50 ± 5%).

Densité : Densité = Masse (kg) / Volume (m3)

Dureté : Déflexion sous charge d'indentation (ILD), déflexion sous charge de compression (CLD)

La principale différence entre ces deux méthodes de test réside dans la zone de chargement de la mousse plastique. Dans le test ILD, l'échantillon est soumis à une surface comprimée de 323 cm2, tandis que dans le test CLD, l'échantillon entier est compressé. Ici, nous discuterons uniquement de la méthode de test ILD.

Dans le test ILD, la taille de l'échantillon est de 38*38*50 mm, avec un diamètre de tête de test de 200 mm (avec un coin rond de R=10 sur le bord inférieur) et une plaque de support avec des trous de 6 mm espacés de 20 mm. La vitesse de chargement de la tête de test est (100 ± 20) mm/min. Initialement, une pression de 5N est appliquée comme point zéro, puis l'échantillon est comprimé à 70 % de son épaisseur au point zéro et déchargé à la même vitesse. Ce chargement et ce déchargement sont répétés trois fois en préchargement, puis immédiatement comprimés à la même vitesse. Les épaisseurs de compression sont 25 ± 1% et 65 ± 1%. Après avoir atteint la déformation, maintenez pendant 30 ± 1s et enregistrez la valeur d’indentation relative. La valeur enregistrée est la dureté d'indentation à ce niveau de compression.

De plus, 65 % ILD / 25 % ILD = taux de compression, qui est une mesure du confort de la mousse.

Résistance à la traction, allongement à la rupture : Désigne la contrainte de traction maximale appliquée lors de l'essai de traction jusqu'à la rupture, et le pourcentage d'allongement de l'échantillon à la rupture.

Résistance à la traction = Charge à la rupture / Surface de la section transversale originale de l'échantillon

Allongement à la rupture = (Distance de rupture - Distance d'origine) / Distance d'origine * 100 %

La force des larmes : Mesure la résistance du matériau à la déchirure en appliquant une force de déchirure spécifiée sur un échantillon de forme définie.

Taille de l'échantillon : 150*25*25 mm (GB/T 10808), avec la direction de l'épaisseur de l'échantillon comme direction de montée de la mousse. Une incision de 40 mm de long est pratiquée dans le sens de l’épaisseur (sens de montée de la mousse) au centre d’une extrémité de l’échantillon. Mesurez l'épaisseur dans le sens de l'épaisseur de l'échantillon, puis ouvrez l'échantillon et fixez-le dans le support de la machine de test. Appliquez la charge à une vitesse de 50 à 20 mm/min, en utilisant une lame pour couper l'échantillon, en gardant la lame en position centrale. Enregistrez la valeur maximale lorsque l'échantillon se brise ou se déchire à 50 mm.

Résistance à la déchirure = valeur de force maximale (N) / épaisseur moyenne de l'échantillon (cm)

Habituellement, trois échantillons sont testés et la moyenne arithmétique est établie.

Résilience : Mesure les performances de rebond de la mousse en permettant à une bille d'acier d'un diamètre et d'un poids donnés de tomber librement sur la surface de l'échantillon de mousse plastique à partir d'une hauteur spécifiée. Le rapport entre la hauteur de rebond et la hauteur de chute de la bille d'acier indique la résilience de la mousse.

Exigences du test : taille de l'échantillon 100*100*50 mm, la direction de chute de la balle doit être cohérente avec la direction d'utilisation de la mousse. La taille de la bille d'acier est ∮ 164 mm, pèse 16,3 g et tombe d'une hauteur de 460 mm.

Taux de résilience = Hauteur de rebond de la bille d'acier / Hauteur de chute de la bille d'acier * 100 %

Remarque : les échantillons doivent être horizontaux, la bille d'acier doit être fixée avant de tomber (statique), chaque échantillon est testé trois fois à intervalles de 20 s et la valeur maximale est enregistrée.

Déformation permanente par compression : Dans un environnement constant, l'échantillon de matériau en mousse est maintenu sous déformation constante pendant une certaine période, puis on le laisse récupérer pendant un certain temps, en observant l'effet de la déformation sur l'épaisseur de l'échantillon. Le rapport entre la différence entre l'épaisseur initiale et l'épaisseur finale de l'échantillon et l'épaisseur initiale représente la déformation permanente par compression de la mousse plastique.

Déformation permanente par compression = (Épaisseur initiale de l'échantillon - Épaisseur finale de l'échantillon) / Épaisseur initiale de l'échantillon * 100

Résistance au feu

COV (Composés Organiques Volatils)

Calcul de la distance de moussage pour c machine à mousse continue

Données données : le temps de libération des bulles pour la formule est de 108 secondes, la vitesse de la bande transporteuse pendant le moussage est de 4,6 mètres par minute. Calculez les distances de balancement et de moussage.

Distance de moussage lors du balancement : (108/60) x 4,6 = 8,28 mètres

Distance de moussage en auge : [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 mètres

Explication : Pour une même formule, la machine à mousse continue a un temps de dégagement des bulles plus court que les petites bulles. La distance de moussage calculée est plus courte que la distance de moussage réelle. Cette méthode ne fournit qu’une confirmation approximative de la distance de moussage, facilitant ainsi le réglage de la plaque de décantation. Auge :  18" indique le temps en secondes pendant lequel la matière première reste dans le bac de trop-plein.

Calcul de la hauteur de moussage pour  c machine à mousse continue

Donné : Débit de formule : 80 kilogrammes par minute pour le polyéther, 20 pour le polyéther blanc, 60 pour le TDI, 20 pour la poudre de pierre, vitesse du tapis roulant 4,5 mètres par minute, largeur du moule 1,65 mètres, produisant une mousse d'une densité de 25 kilogrammes par cube mètre. Quelle est la hauteur de mousse en mètres ?

Poids total de la formule : 80 + 20 + 60 + 20 = 180 kilogrammes

Volume de formule : 180/25 = 7,2 mètres cubes

Surface de base du convoyeur fonctionnant par minute:

4,5 x 1,65 = 7,425 mètres cubes

Hauteur de mousse : 7,2/7,425 = 0,97 mètres

Explication : L'huile de silicone, l'amine et l'étain ne sont pas pris en compte ici car ils compensent la quantité de dioxyde de carbone utilisée pendant le processus de moussage. La teneur en humidité (MC) n'est pas prise en compte car la MC n'augmente pas le poids de la mousse lorsqu'elle est vaporisée.

Fonctionnement quotidien moussant

Les débutants craignent qu'un mauvais réglage de la plaque de décantation fasse monter le liquide pulvérisé par la buse vers l'avant ou vers l'arrière, affectant ainsi la formation de mousse. La vitesse de réaction augmente progressivement au cours des deux premières minutes suivant le démarrage de la machine, nécessitant parfois des ajustements correspondants du plateau de décantation. Les ajustements de la plaque de décantation sont plus critiques dans les formules à faible densité et à MC élevée.

Le débit de TDI peut être calculé en déterminant la valeur d'échelle correspondante pour le débit, mais il est recommandé de mesurer le débit de TDI lors de la première production de mousse. Le débit est trop important ; si le débit est incorrect, tout le reste sera un désastre. Il est préférable de s'appuyer sur la méthode la plus simple et la plus intuitive pour mesurer le débit.

Lorsque la poudre est mélangée, la poudre de pierre mélangée doit être laissée toute la nuit et la production doit commencer le lendemain. Pour les formulations contenant de la mélamine et de la poudre de pierre, il est recommandé de mélanger d'abord la mélamine avec le polyéther pendant un certain temps avant d'ajouter la poudre de pierre.

Les formules pour machines à mousse avec une chambre de mélange plus longue ou plus de dents sur l'arbre de mélange contiennent généralement moins d'amines et une température de matériau plus basse. À l’inverse, les formules pour machines à mousse avec une chambre de mélange plus courte ou moins de dents sur l’arbre de mélange contiennent généralement plus d’amines et une température de matériau plus élevée.

Pour la même formule, lors du passage entre les têtes pivotantes à double pulvérisation et les têtes pivotantes à pulvérisation unique, si la section transversale des deux buses est similaire, les exigences relatives à la finesse et au nombre de couches du maillage sont similaires.

La correction du petit débit de matériau peut être effectuée en mesurant le débit de retour du petit matériau ou en divisant l'utilisation totale par le temps de moussage pour la correction. Lorsque les valeurs obtenues à partir des deux méthodes de correction diffèrent de manière significative, les données de la deuxième méthode de correction doivent être utilisées.

Les formules de mousse souple avec de meilleures propriétés se situent généralement dans une plage instable, telle qu'un indice TDI plus faible, un rapport eau/MC plus faible, un dosage de T-9 plus faible et un dosage d'huile de silicone plus faible. Tout comme dans notre travail, il doit y avoir un effort avant une récompense.

Comprendre les principes derrière les réactions de mousse est crucial. Pour maîtriser le moussage, nous devons nous efforcer d’établir dans notre esprit un modèle de réaction de mousse en utilisant les quatre équations de réaction suivantes. Grâce à la familiarité avec les variations au sein du modèle, nous cultivons une sensibilité qui nous permet de comprendre l’ensemble du processus de réaction de la mousse. Cette approche permet de structurer notre base de connaissances et nos compétences professionnelles en mousse polyuréthane. Qu'il s'agisse d'étudier activement les principes de réaction de la mousse ou de les explorer passivement pendant le processus de moussage, cela constitue pour nous un moyen essentiel d'approfondir notre compréhension des formulations et d'améliorer nos compétences.

Réaction 1

TDI + Polyéther → Uréthane

Réaction 2

TDI + Uréthane → Isocyanurate

Réaction 3

TDI + Eau → Urée + Dioxyde de Carbone

Réaction 4

TDI + Urée → Biuret (Polyurée)

01 : Les réactions 1 et 2 sont des réactions de croissance en chaîne, formant la chaîne principale de la mousse. Avant que la mousse n’atteigne les deux tiers de sa hauteur maximale, la chaîne principale s’allonge rapidement, les réactions de croissance en chaîne prédominant à l’intérieur de la mousse. A ce stade, en raison des températures internes relativement basses, les réactions 3 et 4 ne sont pas importantes.

02 : Les réactions 3 et 4 sont des réactions de réticulation, formant les branches de la mousse. Une fois que la mousse atteint les deux tiers de sa hauteur maximale, la température interne augmente et les réactions 3 et 4 s'intensifient rapidement. Durant cette étape, les réactions 1 à 4 sont vigoureuses, marquant une période critique pour la formation des propriétés moussantes. Les réactions 3 et 4 assurent la stabilité et le soutien du système de mousse. La réaction 1 contribue à l’élasticité de la mousse, tandis que les réactions 3 et 4 contribuent à la résistance à la traction et à la dureté de la mousse.

03 : Les réactions produisant du gaz sont appelées réactions moussantes. La génération de dioxyde de carbone est une réaction de moussage et la principale réaction exothermique de la mousse de polyuréthane. Dans les systèmes réactionnels contenant du méthane, la vaporisation du méthane constitue une réaction de moussage et un processus endothermique.

04 : Les réactions conduisant à la formation de constituants de mousse sont appelées réactions de gélification et englobent toutes les réactions à l'exception des réactions produisant des gaz. Cela inclut la formation d'uréthane, d'urée, d'isocyanurate et de biuret (polyurée) à partir des réactions 1 à 4.

Les formulations d'un même produit peuvent varier considérablement selon les régions, les matières premières, les machines et les conditions. Les formulations sont donc fournies à titre de référence uniquement. Nous illustrerons cela en utilisant la formulation d’une mousse PU flexible ordinaire. Les raisons d'utiliser une mousse PU flexible à haute formule ordinaire à titre d'exemple sont:

Le polyéther en mousse ordinaire a une faible réactivité, sa réaction avec l'eau et le TDI n'est donc pas très intense, contrairement au polyéther à haute ou à résilience lente qui réagit très fortement avec l'eau et le TDI.

Les vitesses de réaction du polyéther ordinaire avec le TDI et de l'eau avec le TDI sont relativement similaires, ce qui les rend plus faciles à coordonner pendant le processus de réaction. Par conséquent, la formulation régulière de mousse PU flexible démontre efficacement les principes de réaction.

Parlons maintenant de la résistance aux déchirures.

La résistance à la déchirure est liée aux trois facteurs suivants : 1. Réaction de réticulation ; 2. Segments durs et segments mous ; 3. Chaleur interne de la mousse.

Plus la réaction de réticulation est forte, plus la résistance à la déchirure est élevée.

Plus les segments de la mousse PU flexible sont durs, plus la résistance à la déchirure est élevée.

La chaleur interne de la mousse contrôle la réaction de réticulation et les segments durs. Plus la chaleur interne est élevée, plus la réaction de réticulation est forte et plus la génération de segments durs est importante.

Il est important de noter que la réaction de réticulation n’est pas contrôlée par les amines et l’étain ; elle est contrôlée par la chaleur interne de la mousse.

Examinons ensuite les formulations.

Tout d’abord, nous comparerons la formulation 1 avec la formulation originale. La principale différence est que la Formule 1 contient une partie de TDI de plus que la formulation d'origine, de sorte que l'indice TDI de la Formule 1 est plus élevé. La réaction de réticulation a également pour caractéristique d'être liée à l'indice TDI ; plus l'indice TDI est élevé, plus la réaction de réticulation est rapide et forte. Par conséquent, la résistance à la déchirure de la Formule 1 est supérieure à celle de la formulation originale.

Examinons maintenant la formulation 2. Dans la Formule 2, la teneur en eau a augmenté et la teneur en méthane a diminué. La réaction entre l'eau et le TDI est exothermique, tandis que le méthane est endothermique. Cette augmentation d'eau et cette diminution de méthane entraînent une température interne plus élevée dans la Formulation 2 par rapport à la formulation originale. À mesure que la chaleur interne augmente, la réaction de réticulation et les segments durs augmentent également, de sorte que la résistance à la déchirure de la formulation 2 est nettement meilleure que celle de la formulation originale. Il s’agit également d’une méthode principale pour ajuster la résistance à la déchirure.

Enfin, regardons la Formule 3. La formulation 3 contient une quantité accrue d'A33, qui catalyse la réaction entre l'eau et le TDI. Par conséquent, l’augmentation de l’A33 augmente également la chaleur interne, ce qui entraîne une résistance à la déchirure supérieure à celle de la formulation originale.

De plus, il convient de noter que les substances produites par les réactions de réticulation et de durcissement sont liées à la chaleur interne de la mousse. Ces substances améliorent non seulement la résistance à la déchirure, mais améliorent également la stabilité thermique de la mousse. Par exemple, la norme britannique relative à la perte de poids thermique est un indicateur de la stabilité thermique de la mousse. En d'autres termes, la stabilité thermique des formulations 1, 2 et 3 est supérieure à la formulation originale.