La résistance à la compression d'une mousse est liée à de nombreux facteurs tels que la structure des différents segments de chaîne composant la mousse, les liaisons chimiques entre les molécules, la cristallinité des polymères, le degré de séparation de phases, la structure des isocyanates et la proportion d'isocyanates. utilisé.

1  La mousse à rebond lent est formée par la réaction de polyols de haut poids moléculaire et de polyols de faible poids moléculaire avec des isocyanates. Les segments mous formés par des polyols de haut poids moléculaire ont de grands volumes, de faibles densités de réticulation et une activité élevée. Ils sont faciles à comprimer et récupèrent rapidement une fois la pression supprimée. Les segments durs formés par des polyols de faible poids moléculaire ont de petits volumes, des densités de réticulation élevées et une faible activité. Ils sont difficiles à comprimer et également difficiles à récupérer une fois les forces externes supprimées. Cette caractéristique confère aux mousses leur fonction de rebond lent et constitue la base de la fabrication de mousses à rebond lent.

Étant donné que les propriétés des segments souples et durs dans les mousses à rebond lent sont différentes, il existe un certain degré de séparation de phases entre eux. S'il n'y a pas de séparation de phase entre les segments, le corps en mousse est un tout étroitement lié à une échelle macro, conduisant au phénomène « bougez un cheveu et tout le corps bouge », ce qui signifie qu'il rétrécit dans son ensemble lorsqu'il est comprimé et se dilate lorsqu'il est comprimé. la pression est relâchée. Cependant, la microstructure de la mousse fait que cette situation ne peut pas être réalisée complètement. En particulier dans les mousses à rebond lent, divers segments de chaîne ont des structures moléculaires différentes, des répartitions inégales du poids moléculaire et une séparation de phases inévitable. Une légère séparation de phase fait que certains segments durs, en raison de leur faible activité, ont des difficultés à récupérer pendant le processus de récupération après la suppression des forces externes. Ces « évadés » freinent plus ou moins la récupération des segments fragiles, conduisant finalement à un rétrécissement.

2  La cristallinité des segments durs, qui est plus forte que celle des segments mous, est également une raison d'une mauvaise récupération. Les matériaux ont des compatibilités similaires, qui s’appliquent également aux mousses à rebond lent. Étant donné que les segments durs ont des points de réticulation plus proches et des densités de réticulation plus élevées, les petites molécules formées sont plus susceptibles de s'agréger ensemble. En raison de la présence de liaisons hydrogène, ces substances agrégées contenant de l’hydrogène améliorent la cristallinité du matériau, conduisant à des forces de cohésion plus importantes. Après la compression, des forces externes modifient l’état d’agrégation des segments de chaîne, facilitant ainsi la fusion des groupes polaires. Lorsque la force externe est relâchée, le nouvel état d'agrégation, en raison de fortes forces de cohésion, est difficile à revenir à l'état de précontrainte, ce qui entraîne un retrait des mousses à rebond lent.

3  La structure des isocyanates est également un facteur affectant la résistance à la compression des mousses à rebond lent. Le TDI est généralement utilisé pour produire des mousses à rebond lent. Étant donné que les deux groupes NCO de la molécule TDI se trouvent aux positions 2,4 et 2,6, ils présentent un certain angle entre eux, ce qui les rend sujets à la déformation sous contrainte. En particulier dans des conditions de pressage à chaud, des déformations et des pertes de chaleur importantes se produisent, particulièrement évidentes dans les mousses des bonnets de soutien-gorge, ce qui rend difficile la récupération après ces déformations.

4  Le faible indice NCO des isocyanates utilisés dans la préparation des mousses à rebond lent est également une raison d'une mauvaise récupération. L'indice NCO des mousses ordinaires est généralement supérieur à 100, tandis que dans les mousses à rebond lent, l'indice NCO se situe généralement entre 85 et 95. Cela signifie que 5 à 15 % des groupes hydroxyle ne participent pas à la réaction. Par conséquent, bien que la surface de la mousse semble être une seule entité, il existe à l’intérieur une partie considérable de segments de chaîne indépendants les uns des autres.

Solutions pour améliorer la résistance à la compression des mousses à rebond lent:

1. Utilisez du polyéther à haute teneur en EO (appelé polyéther agent gonflant) pour remplacer du polyéther à rebond lent.

A  Le polyéther à haute teneur en EO a un faible indice d'hydroxyle et un poids moléculaire élevé. Après avoir réagi avec les isocyanates, les segments formés ont des poids moléculaires supérieurs ou proches de ceux formés lorsque le polyéther ordinaire réagit avec les isocyanates, réduisant ainsi le degré de séparation de phases et la cristallinité.

B  Le polyéther à haute teneur en EO a des segments doux et lisses, qui peuvent fournir de bons effets de rebond lent. De plus, l’ajout de polyéther à haute teneur en EO peut améliorer efficacement la résistance aux basses températures des mousses à rebond lent.

2. Ajoutez une petite quantité de polyester modifié au polyéther pour augmenter la force de cohésion du matériau.

Les segments en polyester, du fait de la présence de groupes ester, ont des forces de cohésion internes élevées et de bonnes propriétés de traction et de compression, améliorant considérablement la résistance à la compression des mousses à rebond lent.

3. Utilisez une petite quantité de polyéther à haute fonctionnalité et de poids moléculaire élevé comme agent de réticulation et remplacez du polyéther ordinaire par du polyéther à haute activité pour un rebond lent.

Cela perturbe la distribution des segments de chaîne, réduit le degré de séparation des phases et augmente le degré de réaction, réduisant ainsi la cristallinité.

4. Utilisez MDI ou ajoutez MDI à TDI.

Le MDI a une structure différente du TDI et produit des mousses avec une meilleure résistance à la compression et moins de pertes de chaleur. Si vous utilisez du MDI, il est préférable d’utiliser du MDI modifié (avec une ramification élevée et une fermeture facile des cellules) ; Le MDI liquide peut également être utilisé, car il s'agit d'une cyclisation intramoléculaire et plus résistant à la compression. Les mousses à rebond lent fabriquées avec tous les MDI ont une bien meilleure résistance à la compression que le TDI pur, et de nombreux fabricants l'utilisent déjà.

La mousse flexible PU ignifuge, également connue sous le nom de mousse flexible PU ignifuge, est généralement un matériau ignifuge synthétisé en ajoutant des retardateurs de flamme à divers matériaux polyuréthane.

Fonction des retardateurs de flamme : ils peuvent absorber la chaleur et se décomposer en substances non combustibles à la température d'inflammation ou à proximité ; ils peuvent réagir avec les produits de combustion de la mousse flexible PU pour produire des substances difficiles à brûler, retardant ainsi la combustion et permettant au point d'inflammation de s'auto-éteindre.

Retardateurs de flamme courants : retardateurs de flamme à base de brome, retardateurs de flamme à base de chlore, retardateurs de flamme à base de phosphore et retardateurs de flamme inorganiques.

Qualité ignifuge et tests pour la mousse flexible PU

Le degré ignifuge fait référence à la propriété évidente qu'une substance ou un matériau présente après traitement, qui retarde considérablement la propagation des flammes.

Tests ignifuges:

HB : Le grade ignifuge le plus bas de la norme UL94. Il faut que pour les échantillons de 3 à 13 millimètres d'épaisseur, la vitesse de combustion soit inférieure à 40 millimètres par minute ; pour les échantillons de moins de 3 millimètres d'épaisseur, la vitesse de combustion est inférieure à 70 millimètres par minute ; ou éteint avant d'atteindre la barre des 100 millimètres.

V-2 : Après deux tests de combustion de 10 secondes sur l'échantillon, la flamme s'éteint en 60 secondes. Des matériaux combustibles peuvent tomber.

V-1 : Après deux tests de combustion de 10 secondes sur l'échantillon, la flamme s'éteint en 60 secondes. Aucun matériau combustible ne doit tomber.

V-0 : Après deux tests de combustion de 10 secondes sur l'échantillon, la flamme s'éteint en 30 secondes. Aucun matériau combustible ne doit tomber.

Les débutants craignent que si la plaque de décantation n'est pas correctement ajustée, le liquide s'écoulant de la buse peut provoquer une poussée avant ou arrière, affectant le processus de moussage. Deux minutes après le démarrage de la machine, la vitesse de réaction augmente progressivement, nécessitant parfois des ajustements du plateau de décantation. Les ajustements de la plaque de décantation sont plus critiques dans les formules à faible densité et à haute teneur en humidité (MC).

Le débit de TDI (Toluène Diisocyanate) peut être calculé pour correspondre à la valeur de l'échelle, mais il est recommandé de mesurer réellement le débit de TDI lors du premier moussage. Le débit est trop important ; si le débit n’est pas précis, 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.

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

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

Pour la même formule, lors du passage entre des têtes pivotantes à double pulvérisation et des têtes pivotantes à pulvérisation unique avec des sections transversales de buse similaires, les exigences en matière d'épaisseur de maille et de couches sont similaires.

Pour l'étalonnage du débit de matériau mineur, une méthode consiste à mesurer le débit de retour du matériau mineur, et l'autre consiste à le calibrer en divisant la quantité totale utilisée par le temps de moussage. Lorsqu'il existe une différence significative entre les deux méthodes d'étalonnage, fiez-vous aux données de la deuxième méthode d'étalonnage.

Les formules de mousse souple de haute qualité se situent généralement dans une plage instable, telle qu'un faible indice TDI, un faible rapport eau/MC, un faible dosage de T-9 et un faible dosage d'huile de silicone.

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.

La production de mousse souple en forme de bloc utilise généralement le machine à mousse par lots moussant   Processus, une méthode de production de type écart. Cette méthode a évolué à partir du moussage manuel en laboratoire. Le processus consiste à verser immédiatement les matériaux de réaction mélangés dans un moule ouvert ressemblant à une boîte en bois ou en métal, d'où le nom de « mousse en boîte ». Les moules (boîtes) pour mousse en boîte peuvent être rectangulaires ou cylindriques. Pour empêcher le bloc de mousse de former un dessus en forme de dôme, une plaque de recouvrement flottante peut être placée sur le dessus de la mousse pendant le moussage. La plaque de couverture reste étroitement attachée au sommet de la mousse et se déplace progressivement vers le haut à mesure que la mousse monte.

L'équipement principal pour la production de mousse en boîte comprend : 1) Un agitateur électromécanique, un baril de mélange ; 2) Boîte de moule ; 3) Outils de pesée tels que balances, balances à plate-forme, tasses à mesurer, seringues en verre et autres appareils de mesure ; 4) Chronomètre pour contrôler le temps de mélange. Une petite quantité d'agent de démoulage est appliquée sur les parois intérieures de la boîte pour faciliter le retrait de la mousse.

Les avantages de la production de mousse souple à l'aide de la méthode de mousse en boîte comprennent : un faible investissement en équipement, un faible encombrement, une structure d'équipement simple, une utilisation et une maintenance faciles et pratiques et une production flexible. Certaines petites entreprises nationales et municipales sous-financées utilisent cette méthode pour produire de la mousse souple de polyuréthane. Le moulage de mousse en boîte est une méthode de production non continue de mousse souple, de sorte que l'efficacité de la production est inférieure à celle des méthodes continues et que l'équipement est principalement actionné manuellement, ce qui entraîne une intensité de travail plus élevée. La capacité de production est limitée et les pertes liées à la découpe des mousses plastiques sont plus importantes. Les paramètres de processus pour la mousse en boîte doivent être contrôlés dans une certaine plage car même avec la même formule, les propriétés de la mousse peuvent ne pas être les mêmes lorsque différents paramètres de processus sont utilisés. La température des matières premières doit être contrôlée à (25 ± 3) degrés Celsius, vitesse de mélange de 900 à 1 000 tr/min et temps de mélange de 5 à 12 secondes. Le temps de mélange du mélange de polyéther et d'additifs avant l'ajout du TDI peut être ajusté de manière flexible en fonction de la situation, et après l'ajout du TDI, un temps de mélange de 3 à 5 secondes est suffisant, la clé étant un mélange minutieux après l'ajout du TDI.

Lors du moulage de mousse en boîte, il convient de prêter attention aux aspects suivants:

1)  Se préparer avant la production, y compris l'inspection de la température des matériaux et de l'équipement de la machine ;

2) Mesurer aussi précisément que possible ;

3) Contrôler le temps de mélange de manière appropriée ;

4) Versez le liquide mélangé rapidement et régulièrement, en évitant une force excessive ;

5) Assurez-vous que la boîte est placée de manière stable, avec le papier inférieur plat, pour éviter un écoulement inégal du matériau pendant le versement ;

6) Lorsque la mousse monte, appuyez doucement sur le couvercle pour garantir que la mousse monte en douceur ;

7) Les additifs doivent être utilisés comme spécifié et les matériaux pré-mélangés ne doivent pas être laissés trop longtemps.

Trois types d'équipements en mousse ont émergé dans le moulage de mousse en boîte. Initialement, diverses matières premières étaient pesées dans un récipient selon la formule, mélangées avec un mélangeur à grande vitesse et versées dans le moule pour le moussage et le façonnage. Cette méthode entraînait souvent des résidus dans le récipient de mélange. Une méthode améliorée utilisait une pompe doseuse pour transporter les matières premières vers le baril de mélange pour un mélange uniforme. Un dispositif mécanique fermait automatiquement le fond du fût et de l'air comprimé était utilisé pour presser le matériau dans la boîte de moussage pour le façonner. Ces deux méthodes pourraient créer des tourbillons en raison de l’afflux rapide de matériaux dans la boîte, ce qui pourrait provoquer des défauts ou des dépressions dans les produits en mousse. Le dispositif de mousse en boîte le plus raisonnable consiste à placer un fût de mélange sans fond directement au centre de la boîte de mousse. Une pompe doseuse délivre les différentes matières premières nécessaires au moussage dans le fût de mélange. Après avoir mélangé pendant quelques secondes, le dispositif de levage soulève le fût de mélange hors de la boîte à mousse, permettant au matériau moussant de s'écouler en douceur sur tout le fond de la boîte. Cela empêche la fissuration de la mousse due aux tourbillons de matériaux et garantit une hauteur relativement uniforme dans toute la mousse.

Un dispositif de pression peut être ajouté au matériau en mousse expansible pour produire une mousse à dessus plat, réduisant ainsi les déchets lors de la découpe. Cet appareil convient à la production de mousse souple en polyuréthane de type polyéther et de mousse en bloc souple à haut rebond. Pour les blocs de polyuréthane polyvinylacétate, cette méthode ne peut pas être utilisée en raison de la viscosité élevée du matériau, et des méthodes continues sont généralement utilisées.