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).
شکل ۱. اثر افزایش دانسیته بر روی استحکام فشاری و میزان جذب آب در فوم ریجید بر پایه پلیاستر.
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.
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.
شکل ۴. رابطه استحکام فشاری، دانسیته و دما در فوم ریجید یورتان.
مطالعه بیشتر : لزوم استفاده از اسپری فوم پلییورتان
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.
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.
بدون دیدگاه