Келесі бөлімдерде полиуретан көбігінің тұтқыр серпімді эволюциясы кезең-кезеңімен түсіндіріледі, реакция механизмдерін, байқалатын құбылыстарды және практикалық өндірістік факторларды біріктіреді.

1. Негізгі ұғымдар

1. Тұтқырлық

Тұтқырлық материалдың ағынға төзімділігін білдіреді және оның тұтқырлық қасиетін көрсетеді. Жоғары тұтқырлық нашар ағындылықты білдіреді.

2. Серпімділік

Серпімділік материалдың деформациядан кейін бастапқы пішінін қалпына келтіру қабілетін білдіреді. Жоғары серпімділік деформацияға және көбіктің құлауына жақсы төзімділікті қамтамасыз етеді.

3. Гель нүктесі

Гель нүктесі - жүйенің ағынды сұйықтықтан ағынсыз қатты желіге ауысатын маңызды ауысу нүктесі. Бұл көбіктену процесіндегі ең маңызды бөлу нүктесі.

4. Жалпы үрдіс

Көбіктену кезінде тұтқырлық үздіксіз артады, ал серпімділік өте әлсізден басымға дейін біртіндеп дамиды. Гельденуден кейін серпімділік жүйенің басқарушы сипаттамасына айналады.

2. Көбіктену сатысы арқылы тұтқыр серпімді эволюция

1-кезең: Бастапқы араластыру кезеңі (кілегей уақытына дейінгі индукция кезеңі)

Штат

Полиол, изоцианат және қоспалар жаңа ғана араластырылды. Химиялық реакциялар баяу жүреді, газдың түзілуі минималды және жүйе біртекті сұйықтық болып қалады.

Тұтқырсерпімді сипаттамалары

• Төмен тұтқырлық және тамаша ағымдылық.
• Іс жүзінде ешқандай серпімділік жоқ.
• Сыртқы күш әсерінен материал еркін ағады және деформация қайтымсыз.

Өзгеріс себебі

Молекулалық тізбектер әлі айтарлықтай көлденең байланыстар түзген жоқ. NCO–OH реакция жылдамдығы төмен болып қала береді және полимерлік желі құрылмаған.

Өндірісті бақылау

Қоспа мөлдір немесе аздап сүтті болып көрінеді және еркін ағады.

2-кезең: Кремді кезең (көбіктің пайда болуы)

Штат

Реакция жылдамдығы артады. Су изоцианатпен әрекеттесіп, айтарлықтай мөлшерде CO2 түзеді. Жүйе ақ түске айналады, кішкентай көпіршіктер пайда болады және бастапқы кеңею басталады.

Тұтқырсерпімді сипаттамалары

• Олигомерлер мен ұзын молекулалық тізбектер пайда болған кезде тұтқырлық тез артады.
• Алдын ала тізбектік ассоциациялардың пайда болуына байланысты әлсіз серпімділік пайда бола бастайды.
• Жүйе негізінен тұтқыр болып қалады және ағып, созылуды жалғастырады.

Негізгі мүмкіндік

Көпіршіктер үздіксіз пайда болып, өседі. Жүйе газ көпіршіктерін қаптау және газдың шығуына жол бермеу үшін негізінен тұтқырлығына сүйенеді.

3-кезең: Көтерілу кезеңі (гель түзілу алдындағы қарқынды көбіктену кезеңі)

Штат

Реакция жылдамдығы ең жоғары деңгейге жетеді. Көп мөлшерде газ түзіледі, көбік көлемі тез кеңейеді және жасушалар тез өседі. Бұл көбік түзілуінің ең маңызды кезеңі.

Тұтқырсерпімді сипаттамалары

• Тұтқырлық күрт артуды жалғастыруда.
• Су өткізгіштігі айтарлықтай төмендейді.
• Айқас байланыс реакциялары күшейеді, бұл серпімділіктің тез артуына әкеледі.
• Тұтқыр-серпімді мінез-құлық айқынырақ бола бастайды, біртіндеп серпімді басымдыққа ауысады.
• Материал созылу беріктігі мен құлауға төзімділікті дамытады.

Созылған кезде көбік деформацияланады, бірақ күш жойылғаннан кейін ішінара қалпына келеді. Өсіп келе жатқан көпіршіктер матрица ішінде тиімді түрде тұрақтанған күйінде қалады.

Процестің салдары

• Егер серпімділік жеткіліксіз болса және тұтқырлық басым болса, көпіршіктер жарылып, бірігіп немесе құлап кетуі мүмкін.
• Егер серпімділік тым ерте немесе тым күшті дамыса, көбіктің кеңеюі шектеледі, бұл соңғы тығыздықтың жоғарылауына әкеледі.

4-кезең: Гель нүктесі (критикалық өтпелі кезең)

Штат

Үш өлшемді көлденең байланысқан желі негізінен қалыптасады. Көбіктену және гельдену тепе-теңдікке жетеді, бұл бүкіл процестің ең маңызды сәтіне айналады.

Тұтқыр серпімді трансформация

• Жүйе ағынды өткізу қабілетін жоғалтады.
• Көрінетін тұтқырлық шексіздікке жақындайды.
• Серпімділік басым қасиетке айналады.
• Деформация негізінен серпімді болады, қысудан немесе созылудан кейін тез қалпына келеді.
• Жасуша қабырғалары қатаю кезінде жасуша құрылымдары тұрақты түрде бекітіледі.

Өндірістік маңыздылық

• Гельденудің тым ерте жүруі толық емес кеңеюге және көбіктің жоғары тығыздығына әкелуі мүмкін.
• Гельденудің тым кеш жүруі газдың жоғалуына, көбіктің кішіреюіне және құлауына әкелуі мүмкін.

5-кезең: Қатайту және жетілу кезеңі (геледен кейінгі)

Штат

Қалған реактивті топтар реакциясын жалғастыра отырып, өзара байланысқан желіні одан әрі нығайтады. Көбіктің кеңеюі тоқтайды және материал біртіндеп қатаяды.

Тұтқырсерпімді сипаттамалары

• Айқас байланыс тығыздығы артуды жалғастыруда.
• Қаттылық біртіндеп артады.
• Серпімділік тұрақтанады.

Серпімді көбік үшін:

• Жоғары серпімділік сақталады.
• Жақсы беріктік пен төзімділік сақталады.

Қатты көбік үшін:

• Серпімділік төмендейді.
• Материал қатты күйге ауысады.
• Деформация серпімдіден гөрі пластикалыққа айналады.

Қалдық ішкі кернеулер бастапқыда болады, бірақ қатайту кезінде біртіндеп босатылады, бұл тұтқыр серпімді қасиеттердің тұрақтануына мүмкіндік береді.

Кейінгі өзгерістер

Қоршаған орта жағдайында жеткілікті түрде қатаюдан кейін, көлденең байланыстыру іс жүзінде аяқталады, ал механикалық және тұтқыр серпімді қасиеттер салыстырмалы түрде тұрақты болып қалады.

3. Тұтқыр серпімділікке әсер ететін негізгі факторлар

1. Катализаторлар (ең маңызды бақылау факторы)

Үрлеу катализаторлары

• Газ түзілуін жеделдету.
• Тұтқырлықтың ерте дамуына ықпал етіңіз.
• Көбіктің кеңеюін жылдамдатыңыз.

Гель катализаторлары

• Айқас байланыс реакцияларын жеделдету.
• Серпімді желіні тезірек орнатыңыз.
• Гельдің әсер ету уақытын қысқартады.

Катализатор теңгерімсіздігі

Үрлеу және гель катализаторлары арасындағы дұрыс емес тепе-теңдік көбіктену-гельдену үйлесімділігін бұзады, тұтқыр-серпімді профильді бұрмалайды және көбіктің құлауына, кішіреюіне немесе ірі жасуша құрылымдарына әкелуі мүмкін.

2. Шикізат температурасы

Жоғары температура

• Жалпы реакция жылдамдығын арттырады.
• Тұтқырлық пен серпімділіктің даму жылдамдығын арттырады.
• Ерте гельденуді тудырады.

Төмен температура

• Реакция жылдамдығын баяулатады.
• Тұтқыр серпімді қасиеттердің біртіндеп артуын тудырады.
• Гель түзілуін кешіктіреді және газдың жоғалу қаупін арттырады.

3. NCO индексі (изоцианат индексі)

Жоғары NCO индексі

• Күшті көлденең байланыстыруды нығайтады.
• Серпімділік пен қаттылықты тезірек арттырады.
• Сынғыш көбік түзеді.

Төмен NCO индексі

• Нәтижесінде көлденең байланыстың жеткіліксіздігі орын алады.
• Әлсіз серпімділікке және жоғары қалдық тұтқырлыққа әкеледі.
• Деформациясы жоғары және қалпына келуі нашар жұмсақ көбік түзеді.

4. Беттік белсенді заттар мен толтырғыштар

Силиконды беттік белсенді заттар

• Бетаралық кернеуді бақылауды жақсарту.
• Көбіктің бойымен біркелкі тұтқыр-серпімді таралуын қамтамасыз етіңіз.
• Жергілікті тұтқырлық немесе серпімділік айырмашылықтарынан туындаған біркелкі емес жасуша құрылымдарының алдын алыңыз.

Бейорганикалық толтырғыштар

• Бастапқы жүйенің тұтқырлығын арттырыңыз.
• Серпімділікті азайтыңыз.
• Көбік құрылымын жалпы қаттырақ етіңіз.

5. Полиол құрылымы

Жоғары функционалды полиолдар

• Тығыз көлденең байланысқан желілерді оңайырақ құрыңыз.
• Серпімділік пен қаттылықты тез арттырыңыз.

Жоғары молекулалық салмақтағы, ұзын тізбекті полиолдар

• Біртіндеп айқас байланыстыру процесін жасаңыз.
• Жұмсақ серпімді мінез-құлықты қалыптастырыңыз.
• Тұтқырлықты ұзақ уақыт бойы сақтаңыз.
• Икемді көбікті құрамдарға тән.

4. Қысқаша мазмұны: Көбіктену кезіндегі жалпы тұтқыр серпімді үрдіс

Негізінде, көбіктенудің бүкіл процесі - бұл жүйенің эволюцияланатын реологиялық трансформациясытаза тұтқыр сұйықтықішінеүш өлшемді көлденең байланысқан эластомерлік желі.

Арасындағы тепе-теңдіккөбіктің кеңеюі және гельденуі, жүйенің өзгеретін тұтқыр серпімді қасиеттерімен көрсетілгендей, көбіктің соңғы құрылымын, өлшемдік тұрақтылығын және өнімнің жалпы сапасын тікелей анықтайды.