Fase Um: Processo de Nucleação de Gás

As matérias-primas reagem na fase líquida ou dependem da geração de substâncias gasosas e da volatilização do gás durante a reação. À medida que a reação progride e uma grande quantidade de calor é gerada, a quantidade de substância gasosa gerada e volatilizada aumenta continuamente. Quando a concentração do gás excede a concentração de saturação, finas bolhas de gás começam a se formar na fase de solução e a subir. À medida que a reação se aproxima do fim, um fenômeno leitoso aparece no material de poliuretano líquido, conhecido como “tempo leitoso”.

Fase Dois: Processo de Autonucleação

Nesta fase, a concentração do gás continua a aumentar e atinge um determinado nível. Depois disso, a concentração do gás diminui gradativamente e novas bolhas não se formam mais. O gás na solução atinge gradualmente uma concentração de saturação de equilíbrio. Durante esta fase, a viscosidade do material líquido aumenta gradualmente e o gás funde-se e expande-se continuamente na fase líquida gradualmente viscosa. O volume das bolhas continua a se expandir. A fase líquida viscosa que forma a parede externa das bolhas afina gradualmente. Devido à relação de tensão superficial entre as interfaces gás e líquido, o volume da bolha aumenta de pequeno para grande, transformando-se gradualmente de uma forma esférica para uma forma geométrica tridimensional composta por filmes finos de polímero, formando finalmente uma estrutura de rede aberta de três. microporos dimensionais. No processo de síntese da espuma de poliuretano, esta etapa apresenta expansão do volume do polímero e aumento da espuma.

Fase Três:

Depois que a concentração do gás cai para um determinado nível, as bolhas não se formam mais. Com a permeação do gás, a concentração continua a diminuir, atingindo o equilíbrio saturado final no processo de transição da parede da espuma polimérica de um estado líquido viscoso para um estado sólido não fluido.

Condições de teste:

1. A formação rápida de espuma é retirada do centro da espuma, enquanto as amostras de espuma moldada são retiradas da parte central ou para testes de amostra inteira.

2. A espuma recém-fabricada deve ser amadurecida por 72 horas em seu estado natural antes da amostragem. As amostras devem ser colocadas em um ambiente constante de temperatura e umidade (conforme GB/T2918: 23 ± 2 ℃ , humidade relativa 50 ± 5%).

Densidade : Densidade = Massa (kg) / Volume (m3)

Dureza : Deflexão de carga de indentação (ILD), Deflexão de carga de compressão (CLD)

A principal diferença entre esses dois métodos de teste é a área de carregamento da espuma plástica. No teste ILD a amostra é submetida a uma área comprimida de 323 cm2, enquanto no CLD toda a amostra é comprimida. Aqui, discutiremos apenas o método de teste ILD.

No teste ILD, o tamanho da amostra é 38*38*50mm, com diâmetro da cabeça de teste de 200mm (com canto redondo de R=10 na borda inferior) e placa de suporte com furos de 6mm espaçados de 20mm. A velocidade de carregamento da cabeça de teste é (100 ± 20) mm/min. Inicialmente, uma pressão de 5N é aplicada como ponto zero, depois a amostra é comprimida até 70% de sua espessura no ponto zero e descarregada na mesma velocidade. Este carregamento e descarregamento são repetidos três vezes como pré-carregamento e imediatamente comprimidos na mesma velocidade. As espessuras de compressão são 25 ± 1% e 65 ± 1%. Depois de atingir a deformação, segure por 30 ± 1s e registre o valor de recuo relativo. O valor registrado é a dureza da indentação naquele nível de compressão.

Além disso, 65% ILD / 25% ILD = Taxa de Compressão, que é uma medida do conforto da espuma.

Resistência à tração, alongamento na ruptura : Refere-se à tensão máxima de tração aplicada durante o teste de tração até a fratura e ao alongamento percentual da amostra na fratura.

Resistência à tração = Carga na fratura / Área da seção transversal original da amostra

Alongamento na Ruptura = (Distância de Fratura - Distância Original) / Distância Original * 100%

Resistência ao rasgo : Mede a resistência do material ao rasgo aplicando uma força de rasgo especificada em uma amostra de formato definido.

Tamanho da amostra: 150*25*25mm (GB/T 10808), com a direção da espessura da amostra como a direção de subida da espuma. Uma incisão de 40 mm de comprimento é feita ao longo da direção da espessura (direção de subida da espuma) no centro de uma extremidade da amostra. Meça a espessura ao longo da direção da espessura da amostra, depois abra a amostra e prenda-a no dispositivo da máquina de teste. Aplique carga a uma velocidade de 50-20mm/min, utilizando uma lâmina para cortar a amostra, mantendo a lâmina na posição central. Registre o valor máximo quando a amostra quebrar ou rasgar em 50 mm.

Resistência ao rasgo = Valor máximo da força (N) / Espessura média da amostra (cm)

Normalmente, três amostras são testadas e a média aritmética é obtida.

Resiliência : Mede o desempenho de rebote da espuma, permitindo que uma bola de aço de determinado diâmetro e peso caia livremente sobre a superfície da amostra de espuma plástica a partir de uma altura especificada. A relação entre a altura do rebote e a altura de queda da bola de aço indica a resiliência da espuma.

Requisitos de teste: Tamanho da amostra 100*100*50mm, a direção de queda da bola deve ser consistente com a direção de uso da espuma. O tamanho da esfera de aço é ∮ 164 mm, peso 16,3 ge cai de uma altura de 460 mm.

Taxa de resiliência = Altura de rebote da bola de aço / Altura de queda da bola de aço * 100%

Nota: As amostras devem ser horizontais, a esfera de aço deve ser fixada antes de cair (estática), cada amostra é testada três vezes com intervalos de 20s, e o valor máximo é registrado.

Deformação Permanente por Compressão : Em um ambiente constante, a amostra de material de espuma é mantida sob deformação constante por um determinado período, depois recuperada por um período de tempo, observando o efeito da deformação na espessura da amostra. A razão entre a diferença entre a espessura inicial e a espessura final da amostra e a espessura inicial representa a deformação permanente por compressão da espuma plástica.

Deformação Permanente por Compressão = (Espessura Inicial da Amostra - Espessura Final da Amostra) / Espessura Inicial da Amostra * 100

Resistência ao fogo

VOC (compostos orgânicos voláteis)

Cálculo da distância de formação de espuma para c máquina de formação de espuma contínua

Dado: O tempo de liberação da bolha para a fórmula é de 108 segundos, a velocidade da correia transportadora durante a formação de espuma é de 4,6 metros por minuto. Calcule as distâncias de oscilação e formação de espuma.

Distância de espuma ao balançar: (108/60) x 4,6 = 8,28 metros

Distância de formação de espuma durante a calha: [((108-18)/60)] x 4,6 = 6,9 metros

Explicação: Para a mesma fórmula, a máquina de formação de espuma contínua tem um tempo de liberação de bolhas mais curto do que as bolhas pequenas. A distância de formação de espuma calculada é menor que a distância de formação de espuma real. Este método fornece apenas uma confirmação aproximada da distância de formação de espuma, apoiando o ajuste da placa de assentamento. Calha :  18" indica o tempo em segundos que a matéria-prima permanece na calha de transbordamento.

Cálculo da altura de formação de espuma para  c máquina de formação de espuma contínua

Dado: Taxa de fluxo da fórmula: 80 quilogramas por minuto para poliéter, 20 para poliéter branco, 60 para TDI, 20 para pó de pedra, velocidade da correia transportadora 4,5 metros por minuto, largura do molde 1,65 metros, produzindo espuma com densidade de 25 quilogramas por metro cúbico metro. Qual é a altura da espuma em metros?

Peso total da fórmula: 80 + 20 + 60 + 20 = 180 quilogramas

Volume da fórmula: 180/25 = 7,2 metros cúbicos

Área base do transportador funcionando por minuto:

4,5 x 1,65 = 7,425 metros cúbicos

Altura de espuma: 7,2/7,425 = 0,97 metros

Explicação: O óleo de silicone, a amina e o estanho não são considerados aqui porque compensam a quantidade de dióxido de carbono utilizado durante o processo de formação de espuma. O teor de umidade (MC) não é considerado porque o MC não aumenta o peso da espuma quando vaporizado.

Espumando Operação Diária

Os iniciantes temem que o ajuste inadequado da placa de assentamento faça com que o líquido pulverizado do bico se mova para frente ou para trás, afetando a formação de espuma. A taxa de reação aumenta gradualmente nos primeiros dois minutos após a partida da máquina, às vezes exigindo ajustes correspondentes na placa de assentamento. Os ajustes na placa de decantação são mais críticos em fórmulas com baixa densidade e alto MC.

A vazão do TDI pode ser calculada determinando o valor da escala correspondente para a vazão, mas é recomendado medir a vazão do TDI durante a primeira produção de espuma. A taxa de fluxo é muito importante; se a vazão estiver incorreta, todo o resto ficará uma bagunça. É melhor confiar no método mais simples e intuitivo de medir a vazão.

Quando o pó estiver sendo misturado, o pó de pedra misturado deve ser deixado durante a noite e a produção deve começar no dia seguinte. Para formulações contendo melamina e pó de pedra, recomenda-se primeiro misturar a melamina com o poliéter por um período de tempo antes de adicionar o pó de pedra.

As fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais longa ou mais dentes no eixo de mistura normalmente têm menos amina e temperatura do material mais baixa. Por outro lado, as fórmulas para máquinas de espuma com câmara de mistura mais curta ou menos dentes no eixo de mistura normalmente têm mais amina e temperatura do material mais alta.

Para a mesma fórmula, ao alternar entre cabeças oscilantes de pulverização duplas e cabeças oscilantes de pulverização simples, se a área da seção transversal dos dois bicos for semelhante, os requisitos para a finura e o número de camadas da malha são semelhantes.

A correção da taxa de fluxo de material pequeno pode ser feita medindo a taxa de fluxo de retorno do material pequeno ou dividindo o uso total pelo tempo de formação de espuma para correção. Quando os valores obtidos dos dois métodos de correção diferirem significativamente, deverão ser utilizados os dados do segundo método de correção.

As fórmulas para espuma macia com melhores propriedades geralmente estão em uma faixa instável, como menor índice de TDI, menor proporção de água para MC, menor dosagem de T-9 e menor dosagem de óleo de silicone. Assim como em nosso trabalho, deve haver esforço antes da recompensa.

Compreender os princípios por trás das reações de espuma é crucial. Para dominar a formação de espuma, devemos nos esforçar para estabelecer um modelo de reação de espuma em nossas mentes usando as quatro equações de reação a seguir. Através da familiaridade com as variações do modelo, cultivamos uma sensibilidade que nos permite compreender todo o processo de reação da espuma. Essa abordagem ajuda a estruturar nossa base de conhecimento e habilidades profissionais em espuma de poliuretano. Seja estudando ativamente os princípios da reação da espuma ou explorando-os passivamente durante o processo de formação de espuma, ele serve como um meio vital para aprofundarmos nossa compreensão das formulações e aprimorarmos nossas habilidades.

Reação 1

TDI + Poliéter → Uretano

Reação 2

TDI + Uretano → Isocianurato

Reação 3

TDI + Água → Uréia + Dióxido de Carbono

Reação 4

TDI + Uréia → Biureto (Poliureia)

01: As reações 1 e 2 são reações de crescimento em cadeia, formando a cadeia principal da espuma. Antes da espuma atingir dois terços da sua altura máxima, a cadeia principal alonga-se rapidamente, com reações de crescimento em cadeia predominando no interior da espuma. Nesta fase, devido às temperaturas internas relativamente baixas, as reações 3 e 4 não são proeminentes.

02: As reações 3 e 4 são reações de reticulação, formando os ramos da espuma. Quando a espuma atinge dois terços da sua altura máxima, a temperatura interna aumenta e as reações 3 e 4 intensificam-se rapidamente. Durante esta etapa, as reações 1 a 4 são vigorosas, marcando um período crítico para a formação das propriedades de espuma. As reações 3 e 4 proporcionam estabilidade e suporte ao sistema de espuma. A reação 1 contribui para a elasticidade da espuma, enquanto as reações 3 e 4 contribuem para a resistência à tração e dureza da espuma.

03: As reações produtoras de gás são denominadas reações de formação de espuma. A geração de dióxido de carbono é uma reação de formação de espuma e a reação exotérmica primária na espuma de poliuretano. Em sistemas de reação contendo metano, a vaporização do metano constitui uma reação de formação de espuma e um processo endotérmico.

04: As reações que levam à formação de constituintes de espuma são conhecidas como reações de gelificação, abrangendo todas as reações, exceto as reações de produção de gás. Isso inclui a formação de uretano, ureia, isocianurato e biureto (poliureia) nas reações 1 a 4.

As formulações para o mesmo produto podem variar significativamente entre diferentes regiões, matérias-primas, máquinas e condições, portanto as formulações são fornecidas apenas para referência. Ilustraremos isso usando a formulação de uma espuma de PU flexível regular. As razões para usar uma espuma de PU flexível regular de alta fórmula como exemplo são:

O poliéter de espuma regular tem baixa reatividade, portanto sua reação com água e TDI não é muito intensa, ao contrário do poliéter de alta resiliência ou de resiliência lenta que reage muito fortemente com água e TDI.

As taxas de reação do poliéter regular com TDI e da água com TDI são relativamente semelhantes, tornando-as mais fáceis de coordenar durante o processo de reação. Portanto, a formulação regular de espuma de PU flexível demonstra efetivamente os princípios de reação.

Agora vamos discutir a resistência ao rasgo.

A resistência ao rasgo está relacionada aos três fatores a seguir: 1. Reação de reticulação; 2. Segmentos duros e segmentos moles; 3. Calor interno da espuma.

Quanto mais forte for a reação de reticulação, maior será a resistência ao rasgo.

Quanto mais segmentos duros houver na espuma flexível de PU, maior será a resistência ao rasgo.

O calor interno da espuma controla a reação de reticulação e os segmentos duros. Quanto maior o calor interno, mais forte será a reação de reticulação e maior será a geração de segmentos duros.

É importante notar que a reação de reticulação não é controlada por aminas e estanho; é controlado pelo calor interno da espuma.

A seguir, vejamos as formulações.

Primeiro, compararemos a Formulação 1 com a formulação original. A principal diferença é que a Formulação 1 possui uma parte de TDI a mais que a formulação original, portanto o índice de TDI da Formulação 1 é maior. A reação de reticulação também possui a característica de estar relacionada ao índice TDI; quanto maior o índice TDI, mais rápida e forte será a reação de reticulação. Portanto, a resistência ao rasgo da Formulação 1 é superior à formulação original.

Agora vamos examinar a Formulação 2. Na Formulação 2, o teor de água aumentou e o teor de metano diminuiu. A reação entre a água e o TDI é exotérmica, enquanto o metano é endotérmica. Este aumento na água e diminuição no metano resultam em uma temperatura interna mais elevada na Formulação 2 em comparação com a formulação original. À medida que o calor interno aumenta, a reação de reticulação e os segmentos duros também aumentam, de modo que a resistência ao rasgo da Formulação 2 é significativamente melhor que a formulação original. Este também é um método principal para ajustar a resistência ao rasgo.

Finalmente, vejamos a Formulação 3. A Formulação 3 possui uma quantidade aumentada de A33, que catalisa a reação entre água e TDI. Portanto, o aumento de A33 também eleva o calor interno, resultando em uma resistência ao rasgo maior que a formulação original.

Adicionalmente, vale ressaltar que as substâncias produzidas pelas reações de reticulação e endurecimento estão relacionadas ao calor interno da espuma. Estas substâncias não só melhoram a resistência ao rasgo, mas também aumentam a estabilidade térmica da espuma. Por exemplo, o Padrão Britânico para perda térmica de peso é um indicador da estabilidade térmica da espuma. Por outras palavras, a estabilidade térmica das Formulações 1, 2 e 3 é superior à formulação original.