Há muitas razões para a rachadura da espuma de poliuretano, incluindo fatores químicos e mecânicos. Durante a produção, é importante parar e inspecionar, certificando-se de eliminar o fenômeno de rachaduras. Abaixo estão alguns insights que resumimos com base em anos de experiência em produção, na esperança de inspirar a todos.


1.
Mudanças repentinas


Mudanças repentinas na velocidade do transportador, variações no uso do catalisador ou operação irregular do transportador podem causar rachaduras na espuma. Ajuste as situações acima com cuidado e gradualmente. Uma mudança significativa na velocidade do transportador pode levar a grandes rachaduras nos blocos de espuma.


2
Filme de Polietileno


Se o filme parar de se mover por algum motivo, a espuma entrará em contato com a superfície estática, causando rachaduras. Se essa situação ocorrer, verifique o rolo de enrolamento do rebobinador e examine a separação do filme na área de cura.


3
Espuma se formando ao redor de certas substâncias


A espuma tende a se formar ao redor de certas substâncias, especialmente na calha de alimentação, o que pode facilmente causar rachaduras.


Antes da produção, certifique-se de que não haja resíduos ou detritos na montagem do cabeçote de mistura, na mangueira de alimentação e na calha de descarga.


4
Amina Excessiva


Quando há octoato estanoso insuficiente, o excesso de amina pode levar ao mesmo efeito e acelerar o tempo de subida. Portanto, a dosagem de amina deve ser reduzida.


5
Octoato estanoso insuficiente


Devido à reação de formação de espuma mais rápida em comparação à reação de polimerização, um pouco de espuma pode fluir, causando rachaduras. Portanto, a quantidade de octoato estanoso deve ser aumentada.


6
Óleo de silicone


A formação de espuma se torna instável e propensa a rupturas, podendo formar "depressões" na espuma, por isso é necessário aumentar a dosagem de óleo de silicone.


7
Estrutura de pequenas bolhas de ar


Paredes finas de espuma devido à formação de espuma podem causar rachaduras. Para resolver esse problema de forma abrangente: reduza o teor de ar, diminua a velocidade do cabeçote de mistura ou aumente a pressão do cabeçote de mistura. Também é necessário alterar a dosagem do catalisador octoato estanoso.

A temperatura interna da espuma é tão indispensável quanto a vitalidade para uma pessoa. Se a temperatura pós-cura da esponja for muito baixa, as suas propriedades físicas não serão ideais e haverá flutuações significativas nestas propriedades.



Uma vez que a espuma esteja bem desenvolvida, sua temperatura interna sobe rapidamente para mais de 120 graus Celsius devido à reação exotérmica que ocorre sob más condições de dissipação de calor, tornando-se um dos riscos de incêndio.



A temperatura interna da espuma é crucial para a formação de suas propriedades superiores. A espuma amadurecida em temperaturas externas específicas exibe propriedades físicas excepcionalmente superiores, como resistência à tração. Alguns calculam a temperatura da espuma por meio de fórmulas, enquanto outros usam software para inserir fórmulas e calcular automaticamente a temperatura interna da espuma. Então, quais fatores influenciam a temperatura interna da espuma? É significativo conhecer esses fatores? É semelhante ao modo como as câmeras dos telefones modernos são de alta resolução, mas isso torna a fotografia profissional inútil? Ajustes como abertura, distância focal e tempo de exposição são inúteis? Para controlar melhor as coisas, é preciso compreender mais as variáveis-chave daquela coisa. Vamos começar com princípios básicos para compreender as mudanças na temperatura interna da espuma.



Primeiro, vamos entender algumas regras básicas.



A temperatura de um espaço é diretamente proporcional à quantidade de energia térmica injetada naquele espaço e inversamente proporcional ao seu tamanho.


Por exemplo, se 10 quilojoules de calor forem distribuídos num espaço de 8 litros, a temperatura desse espaço será de 20 graus Celsius. Se os mesmos 10 quilojoules de calor forem distribuídos em um espaço de 4 litros, a temperatura passa a 40 graus Celsius.


A quantidade de entrada de calor é diretamente proporcional ao valor da entrada de calor e à velocidade da entrada de calor.


Por exemplo, se 100 quilojoules de calor são liberados na velocidade “v”, a entrada de calor é “A”. Se os mesmos 100 quilojoules de calor forem liberados na velocidade de 2 V, a entrada de calor se tornará 2A.


O tamanho de um espaço é diretamente proporcional à temperatura absoluta.


Por exemplo, um espaço de 1 litro a 0 graus Celsius torna-se 1,366 litros a 100 graus Celsius porque (273,15 + 100)/(273,15 + 0) = 1,366.


O tamanho de um espaço é inversamente proporcional à pressão atmosférica.


O atraso na vaporização do metano precisa ser considerado.


A seguir, vamos examinar como o ajuste fino da fórmula afeta a temperatura interna da espuma.



Como se trata de um ajuste fino, estimaremos que o ambiente circundante permanece inalterado antes e depois dos ajustes. Vamos considerar os efeitos do ajuste da água e do metano na temperatura interna da espuma.


Por exemplo, se uma fórmula aumenta o metano em 5%, podemos ter certeza de que a temperatura interna da espuma diminui porque a vaporização do metano absorve calor, reduzindo a entrada de calor para a espuma e aumentando o espaço para acomodar o calor. Da mesma forma, se o teor de água for aumentado em 5%, a água adicionada libera calor após a injeção na espuma, aumentando a entrada de calor, e a reação da água adicionada gera gás, aumentando o espaço para calor. Então, a temperatura interna da espuma aumenta ou diminui neste caso? A experiência indica que a temperatura interna da espuma aumenta. Isto sugere que o aumento da entrada de calor devido a esta mudança contribui mais para o aumento da temperatura interna da espuma do que o gás produzido pela água diluindo a temperatura.



As mudanças envolvendo índice de espuma, liberação de calor e dissipação de calor podem tornar difícil adivinhar intuitivamente se a temperatura interna da espuma aumentará ou diminuirá. Pode ser necessário inserir uma sonda após a formação de espuma para comparar as temperaturas internas ou calcular para chegar a uma conclusão.



Para os cálculos, são necessárias diversas fórmulas (expressões algébricas) derivadas das regras básicas anteriores, juntamente com alguns dados: o calor liberado quando a água reage com o TDI para formar dióxido de carbono em quilojoules por mol, o calor absorvido durante a vaporização do metano em quilojoules por mol . Para estimar a temperatura interna total da espuma, é necessário conhecer o calor liberado durante a formação de amino metil formato, ureia metil formato, uréia e biureto (poliureia), em quilojoules por mol, e a taxa de reação (tempo de reação).



Isto também explica porque a densidade calculada a partir do índice de espuma difere drasticamente dos valores teóricos e reais para espumas sem enchimentos a 50 densidades. Quanto menor a densidade, mais próximos serão os valores teóricos e reais da densidade da espuma.

O que é espuma rígida de poliuretano?



A espuma rígida de poliuretano, muitas vezes abreviada como espuma rígida de PU, é um dos produtos de poliuretano mais comumente usados, perdendo apenas para a espuma macia de poliuretano, em aplicações de poliuretano. A espuma rígida de poliuretano é principalmente uma estrutura de células fechadas, conhecida por seu excelente isolamento, leveza, alta relação resistência-peso, facilidade de construção, bem como isolamento acústico, absorção de choque, isolamento elétrico, resistência ao calor, resistência ao frio, resistência a solventes , e mais. É amplamente utilizado nas camadas de isolamento de caixas de refrigeradores e freezers, câmaras frigoríficas, caminhões refrigerados, bem como materiais de isolamento para edifícios, tanques e tubulações. Uma pequena quantidade é usada em aplicações não isolantes, como imitações de madeira e materiais de embalagem. Geralmente, a espuma rígida de poliuretano de baixa densidade é usada principalmente como material de isolamento térmico, enquanto a espuma rígida de poliuretano de alta densidade pode ser usada como material estrutural (imitação de madeira).



A espuma rígida de poliuretano normalmente é espumada à temperatura ambiente, com um processo de moldagem relativamente simples. Pode ser categorizada em espumação manual e espumação mecânica com base no grau de mecanização da construção; formação de espuma de alta pressão e formação de espuma de baixa pressão com base na pressão de formação de espuma; e moldagem de espuma e pulverização de espuma com base no método de moldagem.



O que é espuma macia de poliuretano?



A espuma macia de poliuretano, também conhecida como espuma macia de PU, é um tipo de espuma flexível de poliuretano com certo grau de elasticidade. É o produto de poliuretano mais utilizado entre todos os produtos de poliuretano.



A espuma macia de poliuretano é principalmente uma estrutura de células abertas, caracterizada por baixa densidade, boa recuperação elástica, absorção sonora, respirabilidade e propriedades de isolamento. É usado principalmente como material de amortecimento para móveis, colchões, almofadas de assento de veículos e também encontra aplicações industriais e domésticas como materiais de filtro, materiais de isolamento acústico, materiais de absorção de choque, materiais decorativos, materiais de embalagem e materiais de isolamento. Com base no grau de suavidade e capacidade de carga, a espuma macia de poliuretano pode ser dividida em espuma macia comum, espuma supermacia, espuma macia de alta carga, espuma macia de alta resiliência, etc. Espumas macias de alta resiliência e alta capacidade de carga são geralmente usadas na fabricação de almofadas de assento e colchões. De acordo com o processo de produção, a espuma macia de poliuretano pode ser dividida em espuma em bloco e espuma moldada. A espuma em bloco é produzida por processo contínuo para formar espuma de grande volume que é então cortada nos formatos necessários, enquanto a espuma moldada é produzida por injeção direta da mistura em moldes para formar produtos de espuma com os formatos desejados.



Depois de compreender a espuma rígida de poliuretano e a espuma macia de poliuretano, surge a pergunta: como diferenciar as duas?



Na verdade, a classificação pode ser baseada no grau de dureza, dividindo-os em espumas plásticas macias e plásticos duros. Os plásticos de espuma macia têm um componente de polímero de matriz acima do ponto de fusão cristalino ou, se for um polímero amorfo, está acima da temperatura de transição vítrea; a espuma dura, por outro lado, tem seu polímero de matriz em estado cristalino ou amorfo, mas abaixo da temperatura de transição vítrea. A espuma semirrígida é uma espuma plástica entre a espuma macia e a dura. É semelhante à espuma macia, com uma taxa de células abertas acima 90

℃

, mas a espuma semirrígida tem maior densidade e maior resistência à compressão. Após a deformação por compressão, a espuma semirrígida leva muito mais tempo para se recuperar e sua densidade de reticulação é muito maior que a da espuma macia, mas menor que a da espuma dura.



Com base nesta classificação de suavidade e dureza, a maioria das espumas de poliolefina, espumas de cloreto de polivinila (PVC) não plastificadas, espumas fenólicas, espumas de policarbonato e espumas de éter de polifenileno são todas classificadas como espumas duras, enquanto espumas elásticas de poliuretano e algumas espumas de poliolefina e espumas de PVC plastificadas são classificados como espumas macias.



De acordo com a norma nacional, os plásticos de espuma macia são aqueles que são flexíveis, apresentam baixa dureza à compressão, retornam ao seu estado original após o alívio da tensão e apresentam deformação residual mínima. Por outro lado, os plásticos de espuma dura são inflexíveis, possuem alta dureza à compressão, deformam-se quando a tensão atinge um certo nível e não retornam ao seu estado original após o alívio da tensão.



A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) especifica que para diferenciar entre espumas plásticas macias e duras, a uma temperatura de 18-29

℃

, uma haste com diâmetro de 2,5 cm é girada em torno dela por uma rotação completa em 5 segundos. Se não fraturar, é classificado como espuma plástica macia; caso contrário, é classificado como espuma plástica dura.



De acordo com as normas ISO, quando a deformação por compressão atinge 50% e depois é liberada, se a espessura não diminuir mais que 2% em relação à espessura original, é classificado como espuma plástica macia. Se diminuir mais de 10%, é classificado como plástico de espuma dura. Se a diminuição estiver entre 2-10%, é classificado como espuma plástica semirrígida.



Se usarmos o módulo de elasticidade como critério, em um ambiente padrão de 23

℃

e 50% de umidade relativa, uma espuma plástica com módulo de elasticidade superior a 686 MPa é classificada como espuma dura, inferior a 68,6 MPa é classificada como espuma macia e entre 68,6-686 MPa é classificada como espuma semirrígida. Embora o módulo de elasticidade da espuma semirrígida seja superior ao da espuma macia, o seu comportamento tensão-deformação é mais próximo do da espuma macia e significativamente diferente da espuma dura. Geralmente, os plásticos de espuma macia têm principalmente uma estrutura de células abertas, enquanto os plásticos de espuma duros têm principalmente uma estrutura de células fechadas, mas há exceções.

Em espumas flexíveis de poliuretano, o diclorometano (MC) é frequentemente usado para ajustar a densidade e a dureza da espuma. Com ponto de ebulição de apenas 40.4
°
C, durante a formação de espuma, a reação da água e do TDI gera uma grande quantidade de calor, fazendo com que o MC evapore em gás, expandindo assim o corpo da espuma e reduzindo a densidade da espuma.



A vaporização do MC consome muito calor, o que pode afetar o processo de formação de espuma da espuma em alguns casos. As duas figuras a seguir mostram as mudanças na temperatura máxima da espuma e o tempo para alcançá-la após a adição de diferentes quantidades de MC a uma fórmula específica.



A partir dos gráficos, pode-se observar que após a adição de MC, a temperatura máxima da espuma diminui significativamente e o tempo para atingir a temperatura máxima também aumenta.



Estas são apenas alterações nos dados, mas como elas se manifestam durante o processo de formação de espuma? Para entender isso, vejamos brevemente o processo de reação do poliuretano.



A principal reação na espuma de poliuretano é a reação da água e do isocianato para produzir dióxido de carbono e amina, e a reação do poliéter poliol e isocianato para produzir poliuretano. No entanto, existem muitas reações secundárias, resumidas como reações que geram uretano e reações que geram ureia.



As reações secundárias alteram a estrutura molecular do polímero de linear para reticulada. Devido às diferentes condições de reação e matérias-primas, a estrutura do poliuretano pode variar muito. Em geral, quanto mais reações secundárias, mais complexa é a estrutura reticulada, resultando em maior dureza e melhor resistência ao rasgo. Claro que a resistência ao amarelecimento também melhora, mas isso é outro assunto. Aumentar o índice de formação de espuma fortalecerá as reações secundárias.



Dito isso, o que isso tem a ver com MC? As reações secundárias são todas reações endotérmicas, exigindo absorção de calor. Porém, a vaporização do MC também requer uma grande quantidade de calor, criando assim uma relação competitiva. A adição de uma grande quantidade de MC enfraquecerá significativamente as reações secundárias, aumentando a proporção de estruturas lineares na espuma, tornando-a mais macia e diminuindo a plasticidade térmica.



Mesmo em temperaturas mais frias durante o inverno, deve-se prestar atenção a esta questão. Aumentar adequadamente o teor de água na fórmula para gerar mais calor ajuda a manter as propriedades físicas da espuma sem alterações significativas.

A espuma flexível de poliuretano, também conhecida como esponja, geralmente passa por um processo de transformação de líquido em sólido em dois minutos. Em comparação com outros campos de poliuretano, o tempo de reação curto e intenso da espuma flexível aumenta a dificuldade em alcançar uma estrutura celular fina e ordenada, bem como um arranjo molecular.



Pesquisa e desenvolvimento (R&D) envolvem a introdução de novos materiais para conferir novas propriedades aos produtos. Novos materiais podem ser categorizados em dois tipos com base em suas características de reação: um tipo consiste em matérias-primas que estão em conformidade com as reações químicas do poliuretano, como poliéter, isocianato, óleo de silicone e catalisadores com diferentes propriedades e atividades. Esses materiais não perturbam fundamentalmente o processo de reação química. O outro tipo inclui matérias-primas (cargas) que não estão em conformidade com as reações químicas do poliuretano, como adição de substâncias não espumantes, como pós metálicos especiais, pós inorgânicos ou orgânicos especialmente formulados com propriedades únicas, pós inorgânicos ultrafinos (com finura de mais de 5000 mesh), agentes antibacterianos especiais, etc. Às vezes, esses materiais interrompem completamente o processo de reação, levando a novos padrões de reação. Alguns enchimentos causam o colapso completo da fórmula original, enquanto outros causam uma alteração significativa na densidade do produto acabado em 30% a 50%. Algumas cargas alteram drasticamente o tempo de subida da reação na fórmula, e algumas cargas causam danos graves à estrutura da espuma após serem adicionadas.



R&D geralmente mantém certas matérias-primas à mão para lidar com problemas comuns encontrados durante o processo. Essas matérias-primas normalmente requerem uma ampla gama de propriedades físicas e químicas. Por exemplo, aminas como A33, A-1, A-210, A-230, A-260, 33-LV, CS-90, 9717 e 9727 são comumente usadas na produção, mas nem todas podem ser mantidas à mão para R&D propósitos porque sua reatividade não tem uma diferença fundamental. Em extenso R&D, as aminas acima mencionadas podem ser classificadas como materiais da mesma categoria. Por exemplo, se a adição de uma determinada substância causar um colapso significativo quando se utiliza A33 para a formação de espuma, então os restantes oito tipos de aminas podem ser considerados ineficazes.



Um problema comum encontrado em R&D é o colapso da espuma, que é o resultado menos eficiente. Costuma-se dizer que a análise e o ajuste só podem ser feitos de forma eficaz quando a estrutura da espuma estiver estável. Muitos casos de colapso da espuma não podem ser resolvidos apenas com o ajuste da fórmula; ou as propriedades da espuma mudam drasticamente, tornando-a impraticável, ou a espuma permanece instável. Para resolver isso, são introduzidos agentes de reticulação. Agentes de reticulação, comumente usados ​​como aditivos em R&D, geralmente vêm em dois tipos: agentes estruturados lineares, onde 1,4-butanodiol representa a matéria-prima e a formação de uréia ocorre através do crescimento da cadeia linear, e agentes estruturados em massa, como dietanolamina e glicerol, que estão mais próximos dos padrões de crescimento da cadeia de poliéter. .



Por exemplo, em um R&No caso D, o ajuste da fórmula não conseguiu evitar o colapso da espuma. A experiência revelou que a forte atividade das aminas causava desequilíbrio. O teor de amina foi reduzido de 0,2 partes por cem poliéter para 0,05 partes, e o alto teor de cianato na fórmula parecia estranho. A taxa global de reacção também diminuiu significativamente com a redução do teor de amina, mas o colapso persistiu. Mais tarde, a mudança para uma amina mais fraca resolveu o problema. Assim, por vezes a actividade de uma amina não pode ser compensada apenas pela sua concentração. Deve-se notar que a adição de certas substâncias pode resultar em diferenças significativas no desempenho entre a produção de espuma em pequena e grande escala. Nesses casos, o desempenho da última espuma produzida em larga escala deve ser a principal referência para ajuste.



Luz solar, ar e água
—
as coisas mais comuns e muitas vezes esquecidas
—
são os mais preciosos. Dominar a produção de espuma, que à primeira vista parece simples e sem conteúdo, é na verdade bastante desafiador. Como colega em R&D costuma dizer: “Tenho muito pouco conhecimento (lamentamos ter muito pouco conhecimento quando necessário)” e “Por quanto tempo continuaremos fazendo isso? (Há pressão)”. R&D e aprender a produção de espuma envolvem o uso de pontos conhecidos para compreender áreas desconhecidas, enquanto a produção e o ensino da produção de espuma envolvem o uso de áreas conhecidas para operar pontos desconhecidos. Embora estes dois aspectos pareçam semelhantes, colmatar a lacuna entre eles é bastante difícil.