קצף פוליאוריתן בעל עמידות גבוהה נרפא קר הוא חומר כרית מושב מצוין, שיש לו את היתרונות של עמידות טובה, retardancy להבה טובה ועלות נמוכה. עם זאת, בתהליך הייצור בפועל של קצף בעל עמידות גבוהה, נתקלים לעתים קרובות בסדרה של פגמים כגון התכווצות קצף, קריסה חלולה של קצף, ריח שיורי, משטח ונקבוביות ירודים וביצועי הזדקנות לקויים של חום הלחות. בשנים האחרונות, המחבר ביצע כמה חקירות על בעיות מעשיות בייצור.
1. התכווצות קצף
בייצור בפועל, הבעיה הנפוצה והקשה ביותר לפתרון היא התכווצות קצף. ישנן שתי סיבות עיקריות לתופעת ההתכווצות, תבניות כלים וחומרי גלם, והשניים משלימים זה את זה.
1.1 היבטי כלים ועובש
במקרה של איטום עובש לקוי, קל לגרום לדליפה, כך שגוף הקצף אינו יכול להגיע לצפיפות המתוכננת, וכתוצאה מכך להתכווץ קצף. תוך כדי כיווץ, מוצר הקצף יפיק תופעת קצה קשה ליד קו הפרידה המתאים. זה יכול להיפתר על ידי שיפור ההידוק של הפה עובש או להגדיל כראוי את כוח הידוק עובש.
1.2 חומרי גלם
אם דופן סרט הבועה אלסטית יותר בתהליך ההקצף, וכאשר כמות גדולה של גז מתרחשת וגורמת להתפשטות נפח, התאים גם מתרחבים מבלי להישבר, ורוב הבועות המתקבלות הן תאים סגורים, כלומר, יחס התאים הסגורים גבוה, אז כאשר הקצף הוא כאשר הגוף מתקרר, לחץ הגז בבועה יורד, מה שגורם לקצף להתכווץ ולהתעוות. המחבר מאמין כי ישנם ארבעה פתרונות עיקריים לתופעה זו של תאים סגורים.
(1) ניתן לשלוט בגודל הנקבוביות ובנקבוביות הפתוחה של הקצף על ידי התאמת כמות הזרז. בדרך כלל, זרזים של אמין בעיקר מזרזים את התגובה של איזוציאנט ומים (כלומר, תגובת קצף), וזרזים של טריאתילנדיאמין או אורגנוטין משמשים בעיקר כדי לזרז את התגובה בין איזוציאנט לפוליאול (כלומר, תגובת ג'ל). אם הזרז שמקדם את הג'לציה הוא מוגזם, הקצף יתנגש בטרם עת, וקרום דופן התאים הוא בעל קשיחות טובה ולא קל לקרוע אותו, ויוצר תאים סגורים. על מנת לשלוט בגודל הנקבוביות וביחס התאים הפתוחים של הקצף, ניתן להפחית כראוי את כמות זרז הג'ל כדי להפחית את קצב הגדילה של השרשראות המולקולריות, כך שהגמישות של דופן סרט הבועה תפחת בשיא ייצור הגז, ויחס התאים הסגורים יופחת.
2) היווצרותם של תאים סגורים קשורה גם למידת הפילמור וההסתעפות של פוליאולים פוליאתרים. הסיבה לכך היא שתגובת NCO/OH, הפוליאתר בעל הפונקציונליות הגבוהה יוצר מבנה רשת מהיר יותר, כלומר, קרום התא שנוצר גמישות הדופן גדולה יותר, ומגדילה את קצב התא הסגור. ניתן להוריד את הפונקציונליות הממוצעת של הפוליאתר כדי להפחית את קצב התאים הסגורים בקצף.
(3) כמות מייצב הקצף גבוהה מדי, מה שיגרום לתאים להיות יציבים מדי ולא פתוחים, וכתוצאה מכך להתכווץ. לכן, כמות מייצב הקצף בייצור צריך להיות מתאים.
(4) כאשר מדד האיזוציאנט גבוה מדי, הוא עלול לגרום לתופעה של תאים סגורים מוקצפים להחמיר, וכתוצאה מכך להתכווץ. יש לשלוט במדד האיזוציאנט במהלך הייצור.
2. קצף חלול חלקית ומתמוטט בפנים
ישנן שתי סיבות עיקריות לתופעה של חלחול חלקי וקריסת הקצף בתהליך הייצור של קצף פוליאוריתן בעל עמידות גבוהה.
2.1 שיעורי תגובה לא מאוזנים של ג'ל וקצף
בתהליך ההקצף, בשלב הסופי של יצירת כמות גדולה של גז, הצמיגות של דופן סרט הבועה גדולה יחסית, אך האלסטיות ירודה. בדרך זו, כאשר הגז בבועה ממשיך לעלות, הוא אינו יכול לעמוד במתיחה של קיר הסרט, וכתוצאה מכך קרע הבועה. כדי לאפשר לגז לברוח, החור נפתח. אם הדופן של סרט הקצף נקרעת כאשר כמות גדולה של גז מתרחשת, למרידיאנים ולשלדים של התאים אין מספיק כוח כדי למנוע את הקרע הזה, והקרע יתפשט עוד יותר, מה שיגרום לכל הקצף להתמוטט; אם הקרע מתפשט לחלק קטן, הוא יעשה אם הוא מפסיק, הוא גם יגרום לקצף להיות חלול חלקית או סדוק. במקרה זה, אם זרז הג'ל בחומר הגלם גדל או כמות הזרז המקציף מופחתת כדי לשפר את האיזון בין ג'לציה לתגובת קצף, ניתן להגדיל את חוזק דופן סרט הבועה כאשר מתרחשת כמות גדולה של גז, ואת כמות הגז שנוצר ניתן להפחית כראוי, ובכך להפחית את Or לשפר את התופעה של קצף חלול או מתמוטט. תופעה זו היא בדיוק ההיפך מתופעת התכווצות התאים הסגורים. כאשר הזרז המקציף אינו משתנה וכמות זרז הג'ל נמוכה, קל לגרום לפתיחה מוגזמת וקריסת הקצף.
2.2 כמות מייצב הקצף נמוכה
מייצב קצף סיליקון הוא אחד מחומרי הגלם החיוניים בתהליך קצף הפוליאוריתן. זה יכול להפחית את מתח הפנים של כל רכיב חומר גלם במערכת הקצף, לייצב את תהליך ההקצפה ולהפוך את התאים עדינים ואחידים. כאשר המערכת נמצאת בשלב הצמיגות הנמוכה, היא מאפשרת לסרט הקיר של הסטומטה לגדול לעובי המתאים לפתיחה, ויוצרת תנאים לפתיחה הסופית. אם כמות מייצב הקצף נמוכה מדי, יציבות נקבוביות הקצף תהיה ירודה, והנקבוביות ייפתחו בטרם עת, וכתוצאה מכך קצף קורס או חלול חלקי.
מייצבי קצף מתאימים יכולים לתאם את פרק הזמן של פתיחת התא, שהוא תהליך מרכזי בתהליך הקצף של קצף בעל עמידות גבוהה, אחרת תתרחש התכווצות תאים סגורים. עם זאת, הפתח חייב להופיע כאשר תגובת ההקצף ותגובת הג'ללינג הושלמו בעצם ומגיעים לשיווי משקל, כלומר, כאשר הקצף מגיע לנקודה הגבוהה ביותר וחוזק הקצף יכול לתמוך במשקלו שלו, אחרת הקצף יתמוטט או יהפוך חלול.
3. לקצף יש ריח שיורי
ריח שיורי בקצף עשוי לנבוע משלושה מקורות.
(1) כאשר האיזוציאנט מוגזם, יהיו שאריות של טולואן דיאיזוציאנט בקצף שנוצר, וכתוצאה מכך ייווצר ריח חריף.
(2) אם הפוליאתר שנבחר בנוסחת חומר הגלם מכיל חומר נדיף רב, ייתכן שיהיה "ריח פוליאתר" לאחר הקצף.
(3) ריח האמין הנגרם על ידי זרז האמין השיורי בקצף הוא גדול יחסית. ישנן שתי דרכים לפתור את הריח הזה. ראשית, ניתן לאחסן את הקצף בטמפרטורה גבוהה למשך פרק זמן מסוים כדי להפוך את הזרז השיורי בקצף, אך קשה לפעול בפועל. שנית, הוספת זרז אמין שיכול להשתתף בתגובה הכימית של מערכת הקצף יכולה להפחית את ריח האמין הנגרם על ידי זרזים אמינים קונבנציונליים, אך יחד עם זאת, עלות הקצף תוגדל בהתאם.
4. יש נקבוביות על פני השטח של מוצרי קצף
ישנם חורי אוויר על פני השטח של מוצרי קצף, או חורים כהים בפנים, תופעות אלה עשויות להיות חמש הסיבות הבאות.
(1) גימור פני השטח של התבנית אינו מספיק, מה שמשפיע על נזילות מערכת החומרים, מה שהופך את פני השטח של הקצף למחוספסים ונקבוביים. זה תלוי בעיקר בשיפור גימור פני השטח של התבנית, פעולה זהירה ושימוש בסוכן שחרור טוב יותר.
(2) אם הצמיגות של מערכת החומר גבוהה מדי והנזילות ירודה, היא תגרום לשאריות בועות על פני השטח של מוצר הקצף. זה נפתר בעיקר על ידי הפחתת הצמיגות של הפוליתר המשולב. הצמיגות המתאימה יותר בפועל היא 1500-1800mPa·s.
(3) אם מהירות הג'ל מהירה מדי והזמן קצר מדי בתהליך ההקצפה, הצמיגות של מערכת החומר תגדל במהירות, והנזילות תהפוך לירודה, מה שעלול לגרום לנקבוביות על פני השטח. זמן הג'ל נשלט בדרך כלל על 55-65 שניות. אבל זמן הג'ל לא צריך להיות ארוך מדי. אחרת, אם הידוק של התבנית אינו עומד בדרישות, זה יגרום לבזבוז של חומרי גלם.
(4) מהירות ההקצף הראשונית מהירה מדי. באופן כללי, לאחר שחומר הגלם מכוסה באופן שווה יותר על פני השטח הפנימיים של תחתית התבנית, ואז עולה במהירות, הקצף יהיה באיכות משטח טובה יותר; אם חומר הגלם אינו זורם באופן טבעי אל פני השטח של התבנית ולאחר מכן קצף, הרמה מרחיבה את חומר הגלם עד לנקודה זו, שבה בועות או חורים כהים נוטים יותר להיווצר. לכן, יש להאריך את זמן ההרמה כראוי. נשלט בדרך כלל ב 10-15 שניות. עם זאת, הפעם מושפע מאוד מכמות הזרזים וטמפרטורת החומר וטמפרטורת העובש בייצור בפועל. לכן, טמפרטורת החומר וטמפרטורת העובש צריכים להיות מבוקרים בקפדנות במהלך הייצור. באופן כללי, יש לשלוט בטמפרטורת החומר בטמפרטורה של 22-24 מעלות צלזיוס.
(5) תכנון חור הפליטה בתבנית אינו מתאים. באופן כללי, חורי האוורור של התבנית צריכים להיות קטנים וגדולים ככל האפשר, והמיקומים צריכים להיות מופצים על הנקודה הגבוהה ביותר של תבנית ההקצפה וקו ההידוק. חור האוורור יכול להנחות את מערכת החומרים. חלוקה סבירה של חורי אוורור יכולה למזער בועות אוויר או חורים כהים. יחד עם זאת, בייצור בפועל, העיצוב של מסלול המזיגה צריך להתאים גם את התפלגות חורי הפליטה. בייצור כריות מושב גדולות, אם שופכים חומרי גלם בשני מקומות בו זמנית, יש להציב חורי אוורור מעל המפגש של שני חומרי הגלם ככל האפשר כדי למנוע יצירת חורים כהים.
5. ביצועי הזדקנות לקויים של חום לח
ביצועי הזדקנות החום הלחים של קצף כרית המושבים הם מבחן תובעני יותר הנדרש על ידי תקן פולקסווגן פולקסווגן פולקסווגן 50180. בדיקה זו, שבעבר שימשה בעיקר לבדיקת קצף מושבים של BORA A4, נפרסת כעת על קצף מושב JETTA. בדיקה זו היא לאחסן את הקצף בלחות יחסית של 95%-100% ו-90 מעלות צלזיוס למשך 200 שעות, ואז לדחוס את הקצף ב-50% בתנור של 70 מעלות צלזיוס, לאחסן אותו למשך 22 שעות, ואז להוציא אותו ולמדוד אותו לאחר הנחתו במשך 0.5 שעות. יותר מ-15%.
הסיבה שמשפיעה על ביצועי ההזדקנות של החום הלח קשורה בעיקר למדד האיזוציאנטים.
(1) בייצור בפועל, כאשר מדד האיזוציאנט נמוך, ניתן להידרדר ביצועי החום הלחים של הקצף.
בנסיבות רגילות, הכמות הכללית של איזוציאנט צריכה להיות מעט גבוהה יותר מזו שבתגובה הכוללת התיאורטית, ומדד האיזוציאנט הוא 1.05, כך שקבוצת הקצה של המכפלה הסופית של תגובת הארכת השרשרת צריכה להיות NCO.
כלומר, nOCN-R-NCO+(n-1)HO-R'-OH→OCN-R-NHCOO-R'-OCONH-R-NCO
כאשר כמות האיזוציאנט נמוכה מהכמות התיאורטית, קצה המקרומולקולה שאמור להתקבל על ידי תגובת הארכת השרשרת הוא קבוצת הידרוקסיל. לקבוצות הידרוקסיל יש הידרופיליות חזקה, מה שמוביל לירידה בעמידות הקצף במצב של חום לח, כלומר ירידה בביצועי הזדקנות החום הלח. זו גם הסיבה לכך שהקצף נוטה להיות רך ומעוות בקיץ הגשום, או באזורים עם לחות גבוהה וטמפרטורה גבוהה בדרום.
(2) אם מדד האיזוציאנט גבוה מהרגיל 5% או יותר, בשל NCO מוגזם, NCO יכול להגיב עם מים באוויר, ויש יותר מדי קבוצות אוריאה בקצף, וכתוצאה מכך תחושת קצף נוקשה ועמידות מופחתת, מה שעלול גם להוביל להידרדרות תכונות הזדקנות החום הלח של הקצף.
6. סיכום
יצירת פגמי קצף מושפעת בעיקר מגורמים כגון נוסחת חומרי גלם, מצב כלים ועובש ובקרת פרמטרים בתהליך הייצור. יש צורך לשקול באופן מקיף גורמים שונים כדי להפחית ביעילות פגמים קצף.
