Como escolher o agente de expansão certo para espuma de PU flexível?

Controlar a dosagem dos agentes de expansão é fundamental para produzir espuma de alta qualidade. O ponto principal é sincronizar a geração de gás com a cura do polímero. Somente quando esses dois processos estão equilibrados a espuma pode atingir estrutura celular uniforme, densidade desejada e desempenho sem defeitos. Isso requer não apenas cálculos teóricos, mas também uma consideração abrangente de múltiplos fatores e ajustes dinâmicos na produção real.

I. Definindo os Padrões Essenciais de “Efeito de espuma ideal”

Antes de ajustar a dosagem, o alvo deve estar claro. O efeito de formação de espuma ideal é avaliado pelos seguintes indicadores-chave:

Estrutura celular : Tamanho de poro uniforme, desvio dentro de 20%. As espumas flexíveis requerem >Taxa de células abertas de 90% para garantir o desempenho do rebote.

Densidade da espuma : A densidade real deve desviar menos de 5% da meta. Para espumas de sofá, o alvo normalmente é 30–40 kg/m³.

Defeitos : Sem queimaduras (núcleo amarelo queimado), colapso ou encolhimento.

Propriedades mecânicas : A taxa de recuperação, a resistência à tração e a resistência ao rasgo devem atender aos padrões de projeto. Espuma de alta resiliência requer >60% de recuperação.

II. Determinando a dosagem básica pelo tipo de agente de expansão

Agente de expansão químico (água) : Reage com isocianato para gerar CO₂. 1 g de água produz ~1,24 L de CO₂. Para espumas flexíveis convencionais (30–50 kg/m³), a água geralmente é 1.2–1,8 partes por 100 partes de poliol. Ajuste com base no índice de isocianato.

Agente de expansão físico (CO₂ líquido) : Proporciona células uniformes por meio de evaporação rápida. Dosagem típica 0.5–3 partes dependendo da densidade, exigindo equipamento de injeção de alta pressão.

III. Ajuste dinâmico baseado em matérias-primas e condições de processo

1. Características da matéria-prima

*Atividade de isocianato: o MDI reage mais rápido; reduza a dosagem de água para evitar o colapso da espuma. O TDI reage mais lentamente; aumente a dosagem de água se necessário.

*Peso molecular/funcionalidade do poliol: polióis de baixo peso molecular curam mais rápido → aumentar o agente de expansão. Polióis viscosos de alto peso molecular → reduza a dosagem para evitar células grandes.

*Tipo de catalisador: catalisadores espumantes aceleram a geração de gás → reduzir a dosagem. Catalisadores de gelificação aceleram a cura → aumentar a dosagem. Mantenha a proporção de tempo de formação de espuma/gelificação entre 1:1.2–1,5 para estrutura ideal.

2. Condições do processo

*Temperatura de reação: +10°C aumenta a taxa de reação 1.5–2× → reduzir a dosagem. Em baixas temperaturas, aumente a dosagem.

*Velocidade de mistura: Baixa velocidade de mistura → dispersão pobre → reduzir a dosagem. Alta mistura → mais entrada de ar → reduzir o agente de expansão físico.

*Pressão: Na formação de espuma em molde fechado, aumente a dosagem; na formação de espuma aberta, diminua a dosagem.

IV. Ajuste de dosagem e efeitos sinérgicos

Equilíbrio térmico : Reduza a água, aumente o agente de expansão física (absorção de calor) para evitar queimaduras.

Refinamento celular : Combine água com CO₂ líquido para obter uma estrutura celular fina.

Espumas de ultrabaixa densidade (<20 kg/m³) : Utilize o sistema água + pentano para equilibrar o volume de espuma e a exotermia.

V. Monitoramento e Ajuste Fino na Produção

Teste offline :

Meça a densidade 1h após a formação de espuma. Se desvio >5%, ajuste a dosagem (±0,1 parte por 1 kg/m³ diferença). Fatia para verificar células: muito grande → reduzir dosagem; muito fino → aumentar a dosagem. Baixo rebote → aumentar a água.

Feedback on-line:

Falta de borda do molde: Formação de espuma insuficiente → aumentar a dosagem.

Excesso de transbordamento: muita espuma → reduzir a dosagem.

Queimadura: Reduzir água, aumentar agente físico.

Colapso: Reduzir o agente físico ou aumentar o catalisador de gelificação.

Resumo

Controlar a dosagem do agente de expansão consiste em equilibrar a geração de gás com a cura do polímero. A superdosagem causa ruptura celular e baixa densidade; a subdosagem leva à alta densidade e espuma incompleta. Ao combinar cálculo teórico, testes piloto e ajuste de lote, os fabricantes podem obter células uniformes, densidade precisa e espumas de PU flexíveis sem defeitos.