La stabilité du moussage éponge en mousse souple de polyuréthane indique si la mousse se brise, ferme les pores, s'effondre et comprend également la dureté, la densité, l'élasticité, la résistance à la traction, la taille des pores et d'autres aspects du produit qui répondent aux exigences des clients. Pour y parvenir, il est nécessaire de standardiser les matières premières, les formulations et les paramètres de fonctionnement, ainsi que de contrôler les réactions chimiques complexes et diverses dans différents environnements.


Densité:
La densité est mesurée en kilogrammes par mètre cube ou en grammes par centimètre cube. Pour les petits produits de forme irrégulière, il n’est pas facile de mesurer la section transversale. On peut utiliser du papier millimétré avec de petits carrés (comme du papier millimétré avec des côtés carrés de 2 millimètres) pour dessiner la section transversale du produit mesuré et calculer la densité en comptant les carrés. Au cours du processus de production, la densité de la formulation, le débit, la vitesse de la bande transporteuse et la largeur de la mousse ont été déterminés. Mesurer la hauteur de la mousse révélera la densité de la mousse. Par exemple, si une éponge atteint une hauteur de 95 centimètres, sa densité est de 20 kilogrammes par mètre cube. La densité est liée à la formulation et est également affectée par la vitesse de réaction. Il existe une différence de densité entre le haut et le bas d’une même mousse.


Dureté:
La dureté de l'éponge peut être divisée en deux types. L'un reflète la dureté superficielle du produit, utilisé pour les matériaux de chaussures, tandis que l'autre reflète la dureté globale du produit, utilisé pour les éponges pour meubles. La dureté de la mousse est liée aux segments durs, à la chaleur et à la teneur en matières premières lors de la réaction, correspondant aux matériaux TDI, MC et POP. La dureté de la mousse dépend également du degré de réticulation. À mesure que la densité de l’éponge diminue, il devient difficile d’augmenter la quantité de POP. Pour les mousses de faible densité et de haute dureté, l'accent est mis sur la manière d'augmenter les POP et les TDI dans la formulation afin de réduire les MC. Pour les mousses de densité moyenne à haute et de dureté élevée, l’accent est mis sur la maximisation de l’effet de durcissement du POP et du TDI.


Élasticité:
L'élasticité est principalement liée au poids moléculaire du polyéther. Plus le poids moléculaire est élevé, plus la résilience du produit est élevée. Deuxièmement, cela est lié à la formation de chaînes latérales lors de la réaction d’éponge ; moins il y a de chaînes latérales, meilleure est l'élasticité. La réduction de l'indice TDI peut réduire la formation de chaînes latérales, et la réduction de la chaleur à l'intérieur de la mousse peut également réduire la formation de chaînes latérales. Cependant, s’il y a trop peu de chaînes latérales, la tolérance de la formulation n’est pas élevée et la mousse n’est pas stable. L'élasticité de l'éponge est également liée à l'équilibre de la formulation. Lorsqu'une éponge en mousse ordinaire ferme ses pores, son élasticité diminue fortement. La mousse à haute dureté n'a pas une bonne élasticité, mais une mousse trop molle n'a pas non plus une grande résilience.


Résistance à la traction:
Les éponges pour meubles sont principalement utilisées pour s'asseoir et se pencher, de sorte que les exigences de résistance à la traction ne sont pas trop élevées. La résistance à la traction de l'éponge est liée à la teneur en NCO et au degré de réticulation dans les méridiens. L'augmentation de l'indice TDI et l'augmentation de la chaleur à l'intérieur de la mousse peuvent renforcer la teneur en NCO et le degré de réticulation. L'augmentation de MC réduit l'augmentation de la résistance à la traction dans de nombreux cas. La quantité de TDI qu'une formulation peut « accueillir » est liée à la méthode de moussage, comme les machines à haute pression, les machines à basse pression et le moussage manuel, qui sont différentes. Une éponge ayant un taux d'allongement élevé n'a pas nécessairement une résistance à la déchirure élevée. Pour les produits qui mettent l'accent sur la résistance à la traction, l'ajout d'une petite quantité de poudre de pierre peut réduire considérablement la résistance à la traction sans perdre l'original.


Pores:
Les mousses avec de très bons pores deviennent souvent des mousses de milieu à haut de gamme, et leur prix augmente également considérablement. La formation des pores est un problème global et pour obtenir des pores uniformes, délicats et sans défauts, il faut avoir une compréhension approfondie des machines, des matières premières, des formulations et des paramètres. La formation de piqûres et de piqûres est généralement provoquée par un entraînement excessif d'air dans les matières premières lors de l'agitation au niveau de la tête de la machine ou lors du déplacement des matières premières. Cela peut également résulter d’une mauvaise qualité des matières premières ou d’une contamination. La théorie selon laquelle les fuites d’air dans les canalisations provoquent des trous d’épingle n’est pas tenable. Lors du moussage, la pression à l’intérieur du tuyau est supérieure à la pression atmosphérique à l’extérieur du tuyau. Seule la matière première s'écoule du tuyau et l'air de l'extérieur ne peut pas entrer

PLC (automate programmable)


Il s'agit d'un dispositif de contrôle automatique avec mémoire d'instructions, interfaces E/S numériques ou analogiques ; principalement utilisé pour les opérations logiques, séquentielles, de synchronisation, de comptage et arithmétiques avec des opérations sur bits ; utilisé pour contrôler des machines ou des processus de production.



Entraînement à fréquence variable (VFD)


Un VFD est un dispositif de contrôle qui transforme la fréquence d'alimentation d'une fréquence à une autre en utilisant l'action marche-arrêt de dispositifs à semi-conducteurs de puissance.


Les circuits principaux d'un VFD peuvent généralement être divisés en deux types:


- Type de tension : convertit la tension CC d'une source de tension en CA dans le VFD, avec filtrage par condensateur dans le circuit CC.


- Type de courant : convertit le courant CC d'une source de courant en CA dans le VFD, avec filtrage par inductance dans le circuit CC.



Interrupteur photoélectrique


Il utilise l'obstruction ou la réflexion d'un faisceau de lumière infrarouge par un objet détecté, détecté par le circuit synchrone, pour déterminer la présence ou l'absence de l'objet. Il peut détecter tout objet réfléchissant la lumière, sans se limiter aux métaux.


Un interrupteur photoélectrique réfléchissant le miroir est utilisé sur la perforatrice sous vide.



Système d'échangeur de chaleur


Contrôle la température des matières premières dans le système pour répondre aux exigences.


À mesure que la température de la matière première augmente après son passage dans l'échangeur de chaleur, sa viscosité augmente. Pour assurer le fonctionnement normal de la pompe haute pression, une pompe d'alimentation spéciale est nécessaire. Les exigences spécifiques sont calculées en fonction du débit et de la viscosité de la matière première.


Le contrôle de la température de l'échangeur de chaleur doit être proche de la tête de mélange, corrélant la température de la matière première avec le commutateur de l'eau de refroidissement pour contrôler automatiquement le débit d'eau de refroidissement pour refroidir la matière première.



Machine à perforer


Il existe des perforatrices à rouleaux, des perforatrices sous vide et des perforatrices à brosses, les machines à rouleaux ayant le meilleur effet de contrôle, suivies par les perforatrices sous vide et les perforatrices à brosses étant les pires. Actuellement, les perforatrices à brosses sont rarement utilisées.


Le but de la perforation est d'éviter la déformation du produit.


La perforatrice à rouleaux contrôle la taille des espaces. Si les espaces sont trop grands, l’effet perforant n’est pas bon ; si les espaces sont trop petits, des marques de pression évidentes apparaîtront sur le produit.


Il existe deux méthodes de perforation : 1. Méthode chimique - utilisation d'agents perforants, 2. Méthode mécanique - utilisant des perforatrices.


Les produits doivent être perforés dès leur sortie du moule. Certains produits peuvent se dilater après avoir été démoulés et, à ce stade, ils doivent être laissés pendant un certain temps avant de se perforer.



TPR


Il peut empêcher le rétrécissement du produit et l'effondrement des bulles ; sa fonction la plus élémentaire est une perforation efficace pour faciliter le démoulage. Cependant, cela peut également entraîner des fluctuations de l'ILD (Indentation Load Deflection) ; Le TPR affecte directement la vitesse de montée de la mousse.



Vanne de régulation de pression en boucle


Il est crucial pour équilibrer la pression du système dans le système de contrôle et doit être placé aussi près que possible de la buse. S'il est éloigné de la buse, des fluctuations de pression peuvent se produire, entraînant une instabilité du système et des produits instables.

1. Réactions de base



La formation de mousse de polyuréthane implique deux réactions fondamentales : la réaction de moussage et la réaction de polymérisation (également appelée réaction de gel).



Réaction moussante : l'isocyanate réagit avec l'eau pour produire une réaction d'urée disubstituée et de dioxyde de carbone. L'équation de réaction est la suivante:



2R-N=C=O + HOH
→

R-NH-CO-NH-R + CO2

↑



Le dioxyde de carbone libéré agit comme le noyau de la bulle, provoquant l’expansion du mélange réactionnel, ce qui donne lieu à une mousse à structure à cellules ouvertes.



Réaction de polymérisation : le groupe hydroxyle du polyéther subit une réaction de polymérisation par étapes avec l'isocyanate pour former un aminoformate. L'équation de réaction est la suivante:



R=N=C=O + R

&premier ;

-OH
→

R-NH-COO
—
R
&premier ;



2. Polyols



La production nationale de mousse en bloc utilise des polyéthers de mousse souple à 3 fonctionnalités, de poids moléculaire 3 000 (indice d'hydroxyle 56) ou 3 500 (indice d'hydroxyle 48, moins couramment utilisé).



3. Polyisocyanates



Le principal polyisocyanate utilisé est le diisocyanate de toluène (TDI). Il existe trois principaux types de produits industriels TDI : le 2,4-TDI pur (ou TDI100), le TDI80/20 et le TDI65/35. Le TDI80/20 présente le coût de production le plus bas et constitue la variété la plus largement utilisée dans les applications industrielles.



Le poids moléculaire du TDI est de 174, avec deux groupes isocyanate (-N=C=O) ayant un poids moléculaire de 84. Par conséquent, la teneur en isocyanate du TDI est de 48,28 %.



La quantité de TDI utilisée a un impact significatif sur les propriétés de la mousse. Dans les formulations de mousse, l'excès de TDI est exprimé par l'indice d'isocyanate, qui est le rapport entre l'utilisation réelle et la quantité théorique calculée. Lors de la production de mousse souple, l'indice est généralement de 105 à 115 (100 est égal à la quantité théorique calculée). Dans cette plage, à mesure que l'indice TDI augmente, la dureté de la mousse augmente, la résistance à la déchirure diminue, la résistance à la traction diminue et l'allongement à la rupture diminue. Si l'indice TDI est trop élevé, cela peut conduire à des cellules volumineuses et fermées, à des temps de maturation longs et à une combustion de la mousse ; si l'indice TDI est trop faible, cela peut entraîner des fissures, un mauvais rebond, une faible résistance et une déformation permanente par compression importante.



4. Agents gonflants



L'eau réagissant avec le TDI pour produire du dioxyde de carbone est le principal agent gonflant utilisé dans le moussage de la mousse souple. L'augmentation de la quantité d'eau dans la formulation augmentera la teneur en urée, augmentera la dureté de la mousse, diminuera la densité de la mousse et réduira la capacité portante de la mousse. Cependant, le TDI réagit avec l’eau pour produire une grande quantité de chaleur. Si la teneur en eau est trop élevée, la mousse peut brûler ou s'enflammer.



Le chlorure de méthylène est un agent gonflant physique avec un point d'ébullition de 39.8
°
C. C'est un gaz ininflammable qui peut se vaporiser pendant le moussage, réduisant ainsi la densité et la dureté de la mousse. La quantité de chlorure de méthylène ajoutée doit empêcher la mousse de brûler tout en garantissant qu'une trop grande quantité n'élimine pas trop de chaleur, ce qui affecterait le durcissement de la mousse. La quantité de chlorure de méthylène utilisée est limitée.



5. Catalyseurs



Le rôle principal des catalyseurs est d’ajuster la vitesse des réactions de moussage et de gel pour obtenir un bon équilibre.



La triéthylènediamine (A33, une solution à 33 % d'éther diisopropylique ou de dipropylène glycol) est le catalyseur d'amine tertiaire le plus important dans la production de mousse souple. Il est efficace à 60 % pour favoriser la réaction entre l'isocyanate et l'eau, c'est-à-dire une réaction moussante, et à 40 % efficace pour favoriser la réaction entre l'hydroxyle et l'isocyanate, c'est-à-dire une réaction de gel.



Le dilaurate de dibutylétain (A-1) est un catalyseur d'amine tertiaire à usage général pour la mousse souple. Il est efficace à 80 % pour favoriser la réaction moussante et à 20 % pour favoriser la réaction de gel. Il est souvent utilisé en association avec la triéthylènediamine.



Une mauvaise utilisation des catalyseurs aminés peut avoir un impact significatif sur le produit. Trop d'amine peut provoquer:



(1) Temps de réaction court, augmentation rapide de la viscosité initiale et fumée excessive pendant le moussage.


(2) Fissuration de la mousse. Trop peu d’amine entraînera une vitesse d’amorçage lente, affectant la hauteur de la mousse.



Le dilaurate de dibutylétain est le catalyseur à base d'étain organique le plus couramment utilisé, qui est très facile à hydrolyser et à oxyder en présence d'eau et de catalyseurs d'amines tertiaires dans des mélanges de polyéthers.



Plus la densité de la mousse est faible, plus la plage de réglage du dilaurate de dibutylétain est étroite. L'effet du dosage d'étain sur la mousse est le suivant:



Dosage trop faible : Fissuration de la mousse.



Trop de dosage : Augmentation rapide de la viscosité, mousse formant des cellules fermées et rétrécissant, formant des peaux sur le dessus et les côtés.



6. Stabilisants de mousse (également appelés huiles de silicone)



Les stabilisateurs de mousse réduisent la tension superficielle du mélange du système de mousse, stabilisant ainsi les bulles, empêchant l'effondrement de la mousse et contrôlant la taille et l'uniformité des vides.



Augmenter la quantité d'huile de silicone d'une quantité minimale à un niveau approprié peut produire des mousses plastiques bien ouvertes. Lorsque la quantité est trop élevée, le taux de cellules fermées de la mousse augmente.



7. Autres facteurs d'influence



Outre la formulation, les paramètres du processus et l'environnement ont également un certain impact sur les propriétés de la mousse.



Température des matières premières : à des températures ambiantes relativement normales (20 à28
°
C), la température des matières premières est contrôlée à 25
±
3°
C, de préférence dans une plage de
±
1°
C. Il peut également être contrôlé dans la plage de 28 à30
°
C.



L'effet de l'augmentation ou de la diminution de la température sur la vitesse des réactions de moussage et de gel varie. Une augmentation de la température entraîne une augmentation beaucoup plus importante de la réaction de polymérisation par rapport à la réaction de moussage. Les catalyseurs doivent être ajustés aux changements de température.



Pour une même formulation, utilisant la même quantité d’agent gonflant, la densité de la mousse est également liée à l’altitude. Dans les zones de haute altitude, la densité de la mousse diminue sensiblement.

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.

Vous êtes-vous déjà demandé comment se forme la mousse plastique polyuréthane ? Dans l’article précédent, nous avons révélé les réactions de base qui se cachent derrière : les isocyanates, les polyéthers (ou polyesters) polyols et l’eau travaillent tous ensemble pour créer cette substance magique. Alors, cela signifie-t-il que dans la production réelle, nous n’avons besoin que de ces trois matières premières ? La réponse est loin de là. Dans notre processus de production actuel, afin de contrôler plus précisément la vitesse de réaction et de produire des produits offrant d’excellentes performances, nous devons souvent exploiter la puissance de divers additifs. Ces additifs ont non seulement de nombreuses applications, mais peuvent également jouer un rôle important en rendant notre processus de production plus efficace et plus stable.



Tensioactifs / Huile de silicone


Les tensioactifs, également appelés huiles de silicone, sont également appelés stabilisants de mousse. Dans le processus de production de mousse polyuréthane, son rôle est crucial. La fonction fondamentale de l'huile de silicone est de réduire la tension superficielle du système moussant, améliorant ainsi la miscibilité entre les composants, ajustant la taille des bulles, contrôlant la structure des bulles et améliorant la stabilité de la mousse. En outre, il a également la responsabilité d’empêcher l’effondrement de la mousse. On peut donc dire que l’huile de silicone joue un rôle indispensable dans la production de mousse de polyuréthane.



Catalyseurs


Les catalyseurs jouent un rôle crucial dans le processus de synthèse du polyuréthane, principalement en accélérant la réaction entre les isocyanates, l'eau et les polyols. Cette réaction est une réaction de polymérisation typique. Sans la présence de catalyseurs, cette réaction peut se dérouler très lentement, voire pas du tout. Actuellement, les catalyseurs sur le marché sont principalement divisés en deux types : les catalyseurs aminés et les catalyseurs métalliques organiques. Les catalyseurs aminés sont des composés à base d'atomes d'azote, qui peuvent favoriser efficacement la réaction de polymérisation du polyuréthane. Les catalyseurs métalliques organiques, quant à eux, sont des composés qui affectent particulièrement la réaction entre les polyols et les isocyanates lors de la formation de polyuréthane, généralement des composés organostanniques. La caractéristique de ces catalyseurs réside dans leur capacité à contrôler avec précision le processus de réaction, ce qui donne un produit final plus uniforme et plus stable.



Agents gonflants


Les agents gonflants sont des substances qui génèrent du gaz lors de la réaction du polyuréthane et contribuent à la formation de mousse. Selon la manière dont le gaz est généré, les agents gonflants sont généralement divisés en agents gonflants chimiques et agents gonflants physiques. Les agents gonflants chimiques font référence à des substances qui subissent des modifications chimiques au cours de la réaction, génèrent des gaz et favorisent la formation de mousse. De nombreuses substances courantes dans notre vie quotidienne sont en réalité des agents gonflants chimiques, comme l'eau. Les agents gonflants physiques, quant à eux, sont des substances qui génèrent du gaz par des moyens physiques. Par exemple, le dichlorométhane (MC) est un agent gonflant physique courant.



Autres additifs


S'appuyer uniquement sur des matières premières de base est loin d'être suffisant pour que les produits aient des performances exceptionnelles. Afin de répondre aux différents besoins, d’autres additifs sont intelligemment incorporés au processus de production, et leur rôle ne doit pas être sous-estimé. Par exemple, les retardateurs de flamme peuvent ajouter une résistance aux flammes aux produits, les agents de réticulation peuvent améliorer leur stabilité, les colorants et les charges peuvent donner aux produits une apparence et une texture plus colorées, et divers autres additifs ayant des fonctions différentes jouent également leur rôle. Ce sont ces additifs soigneusement sélectionnés qui améliorent considérablement les performances des produits et offrent aux utilisateurs une meilleure expérience utilisateur.