Como a temperatura afeta a produção flexível de espuma PU?

A espuma flexível de poliuretano é um material de polímero crucial cuja produção envolve processos complexos de transformação física e química. As flutuações da temperatura ambiental afetam diretamente a cinética do sistema de reação, resultando em alterações significativas na estrutura dos poros, propriedades mecânicas e estabilidade térmica.

Este artigo analisa sistematicamente os efeitos das variações de campo de temperatura no processo de moldagem por espuma de três perspectivas: movimento do segmento molecular, cinética de espuma e termodinâmica de espuma.

Efeito regulatório da temperatura ambiente na cinética de espuma de poliuretano

Na reação de adição entre TDI/MDI e Polyols, todos 10°C Aumento da temperatura ambiente resulta em 1.8–2.2 vezes aumenta a taxa de reação constante entre os grupos isocianato e os grupos hidroxila. Quando a temperatura sobe de 20°C a 30°C, o tempo do creme diminui 32–38%, e o tempo de fibra ocorre 22–26% antes.

Sistemas de espuma de ciclopentano convencional atual (potencial de aquecimento global GWP < 5) Mostre alta sensibilidade às mudanças de temperatura. Quando a temperatura flutua ±5°C, a taxa de evaporação muda por 15–18% (medido por cromatografia gasosa, Agilent 7890b). Dados mostram isso em 25°C, o desvio padrão do diâmetro celular aumenta por 12–14% em comparação com 20°C.

O coeficiente de temperatura de viscosidade dos poliéters poliéLos é de aproximadamente -2,3%/°C. Sob condições idênticas de agitação (2000 rpm, misturador de paddle), taxa de células abertas de espuma em 30°C é 7–11 pontos percentuais superiores ao 25°C.

Efeito do gradiente de temperatura na formação da estrutura de espuma

A transferência de calor durante a cura de espuma é bastante influenciada pela temperatura ambiente. Quando a temperatura ambiente está abaixo 25°C, a 7–11°C O gradiente de temperatura se desenvolve entre a superfície da espuma e o núcleo, levando a 0.06–Aumento de 0,09 mm na espessura da pele. Essa diferença estrutural aumenta a dureza da superfície por 14–18%, mas reduz o alongamento no intervalo 28–38%.

A separação da microfase é altamente sensível à variação da temperatura. Teste DSC (instrumento TA Q20, taxa de aquecimento 5°C/min) revela que flutuações de temperatura ambiente de ±5°C Mudar a temperatura de transição vítrea (TG) dos segmentos moles em 1.8–2.8°C e aumentar o desvio padrão da distribuição de tamanho de microdomínio de segmento duro por 16–18%.

Efeito não linear do campo de temperatura na densidade de reticulação da estrutura da rede 3D

Quando a temperatura ambiente excede 28°C, reações competitivas entre os grupos uretano e uréia se intensificam, aumentando a distância do ponto de reticulação em 0.18–0,28 nm. Isso reduz a regularidade da rede, resultando em um 7–9% diminuição da resiliência de espuma.

Mecanismo de ciclagem de temperatura na durabilidade do produto

Testes de envelhecimento acelerado (GB/T 3512-2014) mostram que em -20°C a 60°C Ciclismo de temperatura (4 horas por ciclo), o conjunto de compressão de espuma PU flexível aumenta em 0.7–1,1% semanalmente. Espectroscopia FTIR (Nicolet IS50, Modo ATR) mostra um 10–12% de redução na intensidade do pico característico da uretano (1720 cm⁻¹) Após 100 ciclos.

Análise mecânica dinâmica (DMA, TA Q800, 1 Hz, tensão de 0,1%) mostra que o ciclo de temperatura muda o tanδ pico 5–7°C em direção a temperaturas mais baixas e aumenta a dependência da temperatura do módulo de armazenamento por 22–28%.

Observações SEM (Hitachi SU8010, 20 kV, 10⁻³ PA) revelam que, após 50 ciclos, a densidade da trinca da parede celular aumenta em 3.2–4,5 vezes, e a taxa de propagação de crack atinge (0.80±0.05) μM/ciclo (intervalo de confiança de 95%).

Conclusão e perspectiva

Este estudo estabeleceu um modelo quantitativo de vincular temperatura, estrutura e desempenho (r² > 0,92), oferecendo orientação precisa de controle de processos para a produção flexível de espuma PU. Os resultados indicam que manter o ambiente de produção em 23±1.5°C alcança a estabilidade ideal do desempenho do produto (coeficiente de variação < 5%). Pesquisas futuras devem se concentrar em:

*Mecanismos sinérgicos entre sistemas inteligentes controlados por temperatura e catalisadores adaptativos

*Aplicação industrial de tecnologias de simulação em várias escalas

*Mecanismos de efeitos de umidade de temperatura acoplados