فوم ریجید پلی‌یورتان چیست؟

نیک پلی یورتان - فوم ریجید پلی یورتان چیست؟

فوم ریجید پلی‌یورتان چیست؟

فوم ریجید پلی‌یورتان از پیوندهای یورتانی و تعداد زیادی سلول­‌های بسته تشکیل شده که همین امر خواص منحصر به فردی به آن می­‌دهد. این فوم ریجید از واکنش دو جزء پلی‌­ال و پلی‌ایزوسیانات به دست می­‌آید که واکنش آن­‌ها گرماده است و در نتیجه فوم می‌­تواند بدون نیاز به دمای اضافی تشکیل گردد. پلی­‌ال­‌ها با عاملیت بیشتر از ۲ به عنوان بلوک سازنده و ایزوسیانات­‌ها به عنوان بلوک متصل­‌کننده در تهیه فوم ریجید شناخته می‌شوند. همچنین از عوامل مختلفی مانند عامل فوم­‌زا، کاتالیست و سورفکتانت برای کنترل زمان ‌های واکنش، ایجاد سلول­‌بندی ریز و پایداری ابعادی فوم ریجید استفاده می‌شود که در فرمولاسیون تهیه پلی­‌ال وجود دارند. دیواره‌های سلولی بایستی دارای الاستیسیته بوده تا قابلیت کشش بدون شکست و پارگی را داشته باشند. در تهیه فوم ریجید پلی‌یورتان نیاز به استحکام بالای دیواره سلولی است تا از تراکم فوم ناشی از انقباض گاز جلوگیری شود. بنابراین، ساختاری با چگالی شبکه‌­ای شدن بالا موردنیاز است تا استحکام لازم را خصوصاً در لحظات اولیه پخت تامین کند.

خواص عمومی فوم پلی‌یورتان

برخی از خواص عمومی و مشترک در فوم­­‌های ریجید یورتانی بر پایه پلی‌استر یا پلی­‌اتر شامل قابلیت فوم­ شدن در محل از طریق پاشش یا ریختن، انعطاف در به دست آمدن طیف وسیعی از خواص فیزیکی، دارا بودن استحکام بالا در عین سبک بودن، خواص مقاومت گرمایی مناسب و قابلیت چسبندگی به سطوح مختلف می‌­باشد. وزن هم­ ارز پلی‌ال یا ترکیب پلی­‌ال‌ها تأثیر قابل توجهی روی خواص فوم ریجید حاصل دارد. در کل، اگر وزن هم ارز متوسط پلی‌ال از ۳۰۰ به ۱۰۰ یا پایین­‌تر کاهش یابد، فوم ریجید حاصل دارای استحکام فشاری بالاتر، درصد سلول بسته بیشتر، سرعت نفوذ بخار آب پایین­‌تر، جذب آب کمتر، مقاومت گرمایی بالاتر، سرعت پایین از دست دادن گاز در سیستم­‌های فوم‌­زایی با عامل فوم‌­زای فیزیکی، تمایل بیشتر به شکنندگی و سوختن خواهد بود. برای یک سیستم پلی‌­ال مشخص، تغییر در خواص فوم ریجید می‌­تواند تنها با تغییر دانسیته فوم ایجاد گردد. خواص فشاری، کششی، خمشی، برشی، مقاومت ضربه، هدایت حرارتی، جذب آب و مدول الاستیسیته تا حد زیادی به دانسیته فوم ریجید بستگی دارد. همانگونه که در شکل ۱ مشاهده می­‌گردد، برای فوم ریجید بر پایه پلی‌استر، افزایش دانسیته فوم منجر به افزایش استحکام فشاری و کاهش میزان جذب آب خواهد شد. همچنین استحکام برشی با افزایش دانسیته، افزایش می­ یابد (شکل ۲). 

figure-1

شکل ۱. اثر افزایش دانسیته بر روی استحکام فشاری و میزان جذب آب در فوم ریجید بر پایه پلی‌استر.

figure-2

شکل ۲. اثر افزایش دانسیته بر روی استحکام برشی در فوم ریجید بر پایه پلی‌استر

درصد سلول بسته در فوم ریجید پلی‌یورتان به درجه شبکه­­‌سازی، نوع سورفکتانت و نیز وزن هم­ ارز پلی‌ال مورد استفاده در فرآیند فوم­‌زایی بستگی دارد. برای کاربردهای مختلف، میزان اختلاط مستقیماً روی درصد سلول بسته در فوم ریجید تأثیرگذار است. برای اکثر کاربردها درصد سلول بسته بالا مطلوب است. درصد سلول بسته بالاتر در فوم ریجید برای جذب آب کم­تر، نفوذپذیری پایین در برابر رطوبت و نیز ماندگاری عامل فوم­‌زا در میان سلول­‌های فوم ضروری است. بیشتر فوم­‌های ریجید، دارای درصد سلول بسته بالایی در حدود %۹۵-۸۵ هستند. برای استفاده­‌های خاص مثل فیلتر هوا، فوم با درصد سلول بسته کمتر مورد نیاز است.

خواص فیزیکی و مکانیکی فوم ریجید   

فوم ریجید یورتانی در دانسیته‌­های متنوع از مقادیر پایین ۱۰ تا kg/m۳ ۵۰۰ و حتی بالاتر می­‌توانند ساخته شوند. فوم­­‌های ریجید با دانسیته پایین‌­تر از kg/m۳ ۲۰ از لحاظ ابعادی پایدار نیستند. اثر دانسیته روی خواص مکانیکی بسیار مهم در فوم ریجید‌ یورتان در شکل ۳ نشان داده شده است. استحکام کششی، برشی و فشاری و نیز مدول کششی، برشی و فشاری در فوم ریجید با افزایش دانسیته، افزایش می­‌یابند.

figure-3

شکل ۳. اثر دانسیته بر روی خواص مکانیکی فوم ریجید یورتان.

شکل ۴، تغییرات استحکام فشاری با دانسیته را در دماهای مختلف نشان می­‌دهد. استحکام فشاری با افزایش دانسیته و کاهش دما افزایش می­‌یابد. افزایش دما منجر به کاهش در استحکام فشاری خواهد شد، به گونه‌­ای که این کاهش در دانسیته­‌های بالاتر، بیشتر است. در یک فوم ریجید پلی‌یورتان معمول، استحکام فشاری در جهت عمود بر بالا آمدن فوم تقریباً نصف مقدار آن در جهت موازی با بالا آمدن فوم است. فوم­‌‎های پلی‌یورتانی ریجید بر پایه پلی‌اترها معمولاً استحکام بالاتری نسبت به انواع ساخته شده از پلی‌استرها در دانسیته یکسان دارند. در هر دو نوع فوم ریجید، استحکام فشاری با افزایش دانسیته، افزایش می­‌یابد.

figure-4

شکل ۴. رابطه استحکام فشاری، دانسیته و دما در فوم ریجید‌ یورتان.

در اکثر فوم­‌های ریجید یورتان یک ناحیه الاستیک وجود داشته که رابطه­‌ای مستقیم بین تنش و کرنش وجود دارد. اما رفتار آن­‌ها به طور کامل الاستیک نبوده و از قانون هوک تبعیت نمی­‌کنند. تحت فشار، ناحیه الاستیک بین %۵ تا ۱۰% از کرنش اولیه متغیر است. معمولاً در کرنش‌های پایین، رفتار الاستیک (بازگشت الاستیک) مشاهده می‌شود و تنش اولیه با کرنش متناسب است. بعد از نقطه تسلیم، فوم بازگشت الاستیک کمی دارد. اگر فوم بالای نقطه تسلیم تحت فشار قرار گیرد، ساختار سلولی از هم می‌پاشد. برای فوم‌های با دانسیته پایین‌تر از kg/m۳ ۶۰، میزان تنش لازم برای درهم پاشیدن ساختار فوم برابر با تنش نقطه تسلیم است. در ناحیه­ پلاتو، کرنش با افزایش میزان تنش ثابت مانده یا به طور جزئی افزایش می­‌یابد. در فوم‌­های ریجید با دانسیته پایین، ناحیه پلاتو تا %۷۰ تراکم (کرنش) افزایش می­‌یابد. در دانسیته­‌های بالاتر، ناحیه پلاتو کاهش یافته و با افزایش کرنش میزان تنش لازم برای در هم پاشیدن ساختار فوم، افزایش می­‌یابد. با بالا رفتن سرعت تنش، استحکام بالاتر و ناحیه پلاتو کوچک­تر به دست می­‌آید. خاصیت ناهمسانگرد در اکثر فوم­‌های ریجید با دانسیته پایین مشاهده می­‌شود، به طوری که مقاومت و استحکام در جهت رشد فوم بیشتر است. این خاصیت در فوم‌­های پانلی و فوم رشد کرده در فاصله رشد عمودی طولانی، بیشتر است. در این حالت ممکن است فوم استحکام بیشتری تا حد دو برابر در جهت موازی رشد فوم در مقایسه با جهت عمود بر رشد فوم داشته باشد. این ناهمسانگردی در فوم­‌های ریجید قالب‌گیری شده از طریق اعمال بار اضافی روی قالب می­‌تواند به حداقل برسد اما افزایش دانسیته فوم ریجید مشاهده خواهد شد. 

نیک-پلی-یورتان-فوم-ریجید-پلی-یورتان-چیست؟

مزایای استفاده از فوم ریجید یا فوم سخت

فوم ریجید پلی‌یورتان قابلیت اتصال به سطوح مختلف از جمله چوب، پلاستیک، فولاد، فیبر و … را داشته و در برابر حلال­‌های قطبی مانند نفت، بنزین و … مقاوم است. فوم‌هایی با دانسیته­ متنوع، سلول­‌بندی ریز و زمان تشکیل قابل کنترل می­‌توانند از طریق تغییر فرمولاسیون (تغییر در نسبت عامل فوم‌­زا، سورفکتانت و کاتالیست) تولید شوند به گونه‌ای که فوم‌­های دارای دانسیته پایین معمولاً خواص عایقی بهتری در برابر حرارت از خود نشان می­‌دهند. وزن سبک، کارآیی بالا، مقاومت مطلوب در برابر عوامل محیطی، قابلیت فرآیندپذیری و تولید اشکال متنوع، ضریب هدایت حرارتی پایین و نیز کاهش میزان مصرف انرژی و سوخت موجب افزایش تمایل به استفاده از فوم ریجید در صنایع مختلف مانند ساخت و ساز، عایق­ برودتی، خودروسازی، دکوراتیو و … شده است.  

نیک-پلی-یورتان-فوم-ریجید-پلی-یورتان-چیست؟

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *