تاریخچه فوم پلی اورتان
تاریخچه فوم پلی اورتان به دهه 1930 برمیگردد، زمانی که اولین بار توسط شیمیدانان آلمانی برای توسعه آن اقدام گشت. ابتداییترین شکل پلی اورتان توسط دکتر اوتو بایر و همکارانش در شرکت آیجی فاربن (که بعدها به BASF تغییر نمود) ساخته شد. آنها در جستجوی جایگزینهایی برای لاستیک طبیعی بودند که در آن زمان به دلیل جنگ جهانی دوم کمیاب شده بود.
پلی اورتان اولیه بیشتر به صورت فیبر و الاستومرها تولید میشد و بعدها برای استفاده در اجزای خودرو، کفپوشها و فایبرگلاس، توسعه یافت. در دهه 1950، فناوری ساخت فوم پلی یورتان توسط شرکت Mobay، شاخهای از شرکت Bayer در ایالات متحده، توسعه بیشتری یافت که منجر به تولید انبوه فوم پلی اورتان نرم و سخت شد.
از آن زمان، بهرهمندی از این فوم در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری گسترش یافت. از جمله این کاربردها میتوان به تشکها، مبلمان، عایقهای حرارتی، کلاههای ایمنی و چسبها اشاره نمود. به عنوان مثال، مموری فوم که یکی از انواع فوم پلی اورتان است، ابتدا توسط ناسا توسعه یافت تا فشار وارده به بدن فضانوردان هنگام پرتاب را کاهش دهد.
در طول دههها، فناوریهای تولید عایق پلی اورتان پیشرفت کرده و انواع گوناگونی از آنها با ویژگیهای متفاوت تولید شدهاند. امروزه، توجه زیادی به پایداری زیستمحیطی و ایمنی فومها معطوف شده و شرکتها مواد کندسوز و فرمولاسیونهای سازگارتر با محیط زیست را توسعه دادهاند.
معرفی فوم پلی اورتان
فوم پلی اورتان یک ماده بسیار انعطافپذیر و چندکاربردی است که از واکنش شیمیایی بین پلی ال و ایزوسیانات در حضور کاتالیزورها، عوامل فعالساز سطح، رنگها و دیگر افزودنیها به دست میآید. این فوم بسته به مواد اولیهای که در ساخت آن به کار رفتهاند، خاصیت کشسانی کم یا زیاد، سفتی و تراکم متفاوتی خواهد داشت.
پلی یورتانها در دو دستهی اصلی تولید میشوند: فومهای سخت (ریجد) و فومهای انعطافپذیر. فومهای سخت معمولا برای عایقکاری حرارتی و صوتی در صنایع ساختمانی، یخچالسازی و بستهبندیهای محافظتی استفاده میشوند. فومهای انعطافپذیر برای تولید مبلمان، صندلیهای خودرو و عایقهای صوتی کاربردی هستند.
فرایند تولید فوم پلی اورتان
فرایند تولید فوم پلی اورتان نسبتا ساده است. این فرایند به طور کلی شامل واکنش شیمیایی میان دو ماده اولیه اصلی به نامهای پلیول (واحدهای سازنده مولکولی پلی اورتان) و ایزوسیانات است. واکنش شکل گرفته پلیادیشن نامیده میشود و ساختار کفمانند ماکرو مولکولی را به وجود میآورد. در اینجا مراحل کلیدی فرآیند تولید فوم پلی یورتان را شرح میدهیم:
- ابتدا مواد اولیه، پلیالها و ایزوسیاناتها در دو مخزن جداگانه ذخیره میشوند.
- گاهی اوقات، یک مرحله پیشساختهسازی (پریپلیمرایزیشن) لازم است که در آن ایزوسیانات با بخشی از پلیولها واکنش میدهد تا پریپلیمر تشکیل شود. این پریپلیمر مزیتهایی در کنترل خواص کف نهایی دارد.
- مواد دو مخزن در یک دستگاه مخلوطکن با نسبتهای دقیقی که توسط فرمولاسیون تعیین شدهاند، با یکدیگر مخلوط میشوند.
- پس از مخلوط کردن مواد، واکنش فورا شروع میشود. در همین حین، گازهای تولید شده از هیدرولیز یا آبکافت منجر به ایجاد حبابهای شده و مایع مخلوط شده به صورت فومی درمیآید.
- فوم تازه تشکیل شده باید در یک قالب یا بر روی یک تسمه نقاله شکل بگیرد تا به فرم مورد نیاز برسد. در این مرحله فوم میتواند به صورت بلوکهای بزرگ، صفحات یا سایر اشکال تولید شود.
- فرآیند پخت که ممکن است با حرارت یا بدون حرارت انجام شود، به تشکیل پیوندهای کراسلینک (پیوندهای شیمیایی میان مولکولهای مختلف) کمک میکند و فوم را سفت میکند. این فرآیند استحکام ماده را بالا میبرد.
- فومهای پلی اورتان پس از تشکیل و سفت شدن، بریده شده یا به شکلهای مورد نیاز دیگر پرداخت میشوند.
- بسته به نوع عایق پلی اورتان مورد نظر (به عنوان مثال، فوم نرم، سخت، مموری فوم، و غیره)، اجزاء اضافی از جمله کاتالیزگرها، عاملهای کفزا، رنگها، مواد کند سوز یا سایر افزودنیها ممکن است به فرمول اضافه شوند تا خواص مورد نظر برای کاربردهای خاص به دست آیند.
انواع فوم پلی اورتان
پلی یورتان به عنوان یکی از عایقهای مهم و پرمصرف در صنعت ساختمان و دیگر صنایع شناخته میشود که غالبا به دو شکل جامد و مایع عرضه میگردد. هرچند که این عایق در انواع مختلفی همچون اسپریهای مخصوص تزریق، لولههای پیش ساخته، تختهای بلوکی و… مورد استفاده قرار میگیرد؛ اما رایجترین آنها در دو شکل کلی دستهبندی میشود:
فوم پلی اورتان نرم (Soft)
فومهای پلی اورتان نرم با داشتن خصوصیات انعطافپذیری و نرمی، گسترهای وسیع از مصارف را در بر میگیرند. این نوع فوم از نسبت بالایی پلییول نرم در فرمولاسیون آن بهره میبرد که باعث شده فوم حاصل بسیار نرم و انعطافپذیر باشد. این فومها در تولید کوسنهای صندلی، تشکهای خواب، بخشهای داخلی خودروها (مانند داشبوردها و سقفها) و دیگر محصولاتی که از قابلیت ارتجاعی آنها بهرهبرداری میشود، کاربرد دارند.
فوم پلی اورتان سخت (Rigid)
فومهای پلی اورتان سخت دارای ساختار متراکمتری هستند و از نسبت بیشتری از ایزوسیانات سختکننده در مقایسه با پلییول استفاده میکنند. این ساختار باعث میشود که فوم انعطاف پذیری خود را از دست داده و تراکم بیشتر و خصوصیات مکانیکی قویتری داشته باشد.
فومهای سخت بیشتر برای عملکردهای عایقکاری همچون عایقبندی دیوارها، پشتبامها و سایر بخشهایی که نیازمند عایق حرارتی یا صوتی با کارایی بالا هستند، مورد استفاده قرار میگیرند. برخی از کاربردهای مربوط به این فوم عبارت است از: مثالهایی از کاربرد آن عبارتاند از:
- ساندویچ پانلهای ساختمانی
- عایق کف یخچالها
- عایق کانتینرهای حمل
فوم پلی اورتان نیمه نرم و نیمه سخت
دو نوع فوم پلی یورتان نیمه سخت (Semi Rigid) و نیمه نرم (Semi Soft) نیز میتوانند در این دستهبندی حضور داشته باشند. فومهای نیمه نرم قابلیت جذب آب را داشته و به دلیل تغییری که در فرمولاسیون آنها اعمال میشود، در سختی و دیگر خواص نهایی تاثیر بهسزایی دارند در صورتیکه در فومهای نیمه سخت پلی اورتان مرز مشخصی بین سلولهای باز و بسته در ساختار سلولی فوم وجود نداشته و درصد سلولهای باز بسیار کمتر و تا 15 درصد میباشد. معمولا کاربرد آنها در قطعات تزئینی و اسباب بازی کودکان، فومهای ضربهگیر و… میباشد.
علاوه بر بافت و خصوصیات فیزیکی، یکی از تفاوتهای عمده میان فومهای گفته شده در سطح شیمیایی، نوع پیوندهای میان مولکولهاست. در فومهای نرم، پیوندها قابلیت ارتجاعی بیشتری دارند؛ ولی در فومهای سخت، پیوندها سفت و بسیار مقاوم هستند. این ویژگیها به فومهای پلی اورتان اجازه میدهند تا در یک طیف وسیع از کاربردها استفاده شوند.
ویژگیها و نقاط قوت فوم پلی اورتان
فوم پلی اورتان دارای خواص متنوعی است که آن را برای کاربردهای گسترده همچون استفاده در ساندویچ پانل مناسب میکند. هر کدام از ویژگیهای آن میتواند با تغییر در فرمولاسیون یا فرآیند تولید، تقویت یا اصلاح شود تا محصول نهایی متناسب با کاربردهای خاصی باشد که برای آنها در نظر گرفته شده است. در اینجا برخی از مهمترین خواص آن آورده شدهاند:
- عایقبندی حرارتی بالا: فومهای پلی اورتان سخت از ضریب هدایت حرارتی پایینی برخوردارند که آنها را به عایقهای حرارتی بسیار کارآمد تبدیل میکند.
- مقاومت در برابر رطوبت: فوم پلی اورتان در مقابل نفوذ رطوبت مقاومت خوبی نشان میدهد، بهخصوص انواع سخت آن که بهطور گسترده به عنوان مواد عایق به کار میروند.
- انعطافپذیری: انواع نرم پلی یورتان دارای انعطافپذیری فوقالعادهای هستند که آنها را برای استفاده در مبلمان و کالای خواب ایدهآل میسازد.
- مقاومت شیمیایی: این فومها به طیف وسیعی از مواد شیمیایی مقاومند و تجزیه آنها در شرایط عادی کمتر رخ میدهد.
- مقاومت در برابر سایش: این فوم برای کاربردهایی که نیاز به دوام بالا دارند مانند صنایع خودرویی و کفش مناسب میباشد.
- سبکی وزن: توانایی کاهش وزن بدون از دست دادن مقاومت مکانیکی، این فومها را برای تولید قطعات خودرو و هوافضا بسیار مناسب نموده است.
- تنوع ساختاری و تراکمپذیری: قابلیت تولید در تراکمها و ساختارهای متفاوت، برای دستیابی به استحکام یا نرمی مورد نیاز.
- عایق بندی صوتی: فومهای پلی اورتان به دلیل بافت منفرد خود در کاهش انتقال صدا مؤثرند؛ بنابراین بهعنوان عایقهای صوتی نیز به کار میروند.
فوم پلی اورتان PIR و PUR
فومهای PIR (Polyisocyanurate) و PUR (Polyurethane) دو نوع از فومهای پلیمری هستند که بر پایه پلی اورتان ساخته شده و در بسیاری از ویژگیها شبیه به هم میباشند؛ اما تفاوتهایی با یکدیگر دارند. در ادامه به بررسی آنها از جنبههای ترکیب، خاصیت و کاربردشان پرداخته شده است:
فوم پلی اورتان (PUR)
ترکیب شیمیایی: تولید فوم پلی اورتان از واکنش یک پلیول (Polyol)، ایزوسیانات (Isocyanate) با چند افزودنی و کاتالیزور دیگر به وجود میآید که کیفیت این مواد اولیه تاثیر مستقیم بر کیفیت فوم پلی یورتان دارد.
خواص: فومهای PUR سبک هستند و عایق حرارتی و صوتی خوبی به شمار میروند. آنها میتوانند در برابر حلالها و مواد شیمیایی مقاومت نشان دهند، ولی به طور کلی در برابر حرارت مقاومت کمتری دارند.
کاربرد: فومهای PUR در صنایع مختلفی استفاده میشوند از جمله ساخت عایقهای حرارتی برای ساختمانها، بستهبندیهای حفاظتی، صندلیهای خودرو و مبلمان.
فوم پلیایزوسیانورات (PIR)
ترکیب شیمیایی: فومهای PIR در واقع نسخه بهبودیافتهای از فومهای PUR هستند که طی یک فرآیند واکنش شیمیایی مشابه با استفاده از پلیولها و ایزوسیاناتها تولید میشوند؛ اما نسبت مواد اولیه و شرایط واکنش متفاوت است تا ساختار شبکهای متراکمتری پیدا کنند.
خواص: فومهای PIR نسبت به PUR در برابر حرارت مقاومتر هستند و نقطه آتشگیری بالاتری دارند. همچنین، عایقبندی حرارتی بهتری ارائه میدهند و کمتر مستعد تجزیه تحت تأثیر رطوبت هستند.
کاربرد: به دلیل مقاومت بالاتر در برابر حرارت و آتش، فومهای PIR معمولاً در محیطهایی که نیاز به عملکرد عایقی بالاتری دارند مانند پانلهای عایق صنعتی و تجاری و عایق بندی لولههایی که دمای بالاتری دارند، استفاده میشوند.
تفاوت اصلی بین این دو نوع فوم در ساختار شیمیایی و خواص حرارتی نهایی آنها میباشد. PIR معمولاً گزینهای گرانتر اما با عملکرد بالاتر برای کاربردهایی است که نیاز به استانداردهای سختگیرانهتری دارند. کارشناسان توصیه میکنند از این فوم در محیطهایی که امکان بروز آتش سوزی در آنها بالا بوده استفاده گردد.
قابلیت مقاومت در برابر آتش فوم پلی یورتان
فوم پلی اورتان میتواند به شکل کندسوز (Fire-retardant) تولید شود؛ اما باید توجه داشت که کند سوز بودن به معنای غیرقابل اشتعال بودن نیستف بلکه به معنای کاهش سرعت واکنش فوم با آتش است.
اگرچه فوم پلی یورتان به طور خود به خود کندسوز نیست؛ اما میتوان با اضافه کردن مواد افزودنی مناسب، خاصیت کند سوز بودن آن را افزایش داد و از این طریق ضمن بهبود ایمنی آن، میزان خسارات ناشی از آتشسوزی را کاهش داد. در زیر به چگونگی و اهمیت این ویژگی میپردازیم:
- مواد افزودنی کند سوز (Fire-retardant additives): این مواد ممکن است با ایجاد یک طبقه سخت و غیرقابل اشتعال بر روی سطح فوم در هنگام تاباندن حرارت یا با مداخله در واکنشهای شیمیایی مرتبط با احتراق، سرعت شعلهور شدن فوم را کاهش دهند.
- دستهبندیهای ایمنی: فومهای پلی اورتان کند سوز را مطابق با استانداردهای ایمنی ملی و بینالمللی طبقهبندی میکنند. به عنوان مثال، ممکن است فومها دارای رتبهبندیهای UL 94 یا ASTM E84 باشند که نشاندهنده خاصیت عدم اشتعال یا کند سوز بودن آنها است.
- انتشار دود و گازهای سمی: در صورت آتش گرفتن، فومهای پلی اورتان میتوانند مقادیر زیادی دود و گازهای سمی از جمله سیانور هیدروژن آزاد کنند. افزودن مواد کند سوز به این فومها میتواند به کاهش این خطرات نیز بینجامد.
- رفتار در برابر آتش: هنگامی که فوم پلی اورتان کند سوز در معرض آتش قرار میگیرد، میتواند با تشکیل یک لایه کربنیزه شده در سطح خود به جلوگیری از انتقال حرارت به داخل فوم و گسترش آتش کمک کند.
- اهمیت در حوزه ساختمان: در ساختمانسازی و صنایع دیگر، استفاده از مواد کند سوز اغلب طبق قوانین و مقررات ایمنی مورد نیاز است تا اطمینان حاصل شود که ساختمانها و مصالحی که در آنها به کار میروند، در صورت وقوع آتشسوزی، زمان کافی برای تخلیه ایمن افراد را فراهم میآورند.
سخن پایانی
علاقهمندان به دریافت اطلاعات بیشتر در رابطه با فوم و ساندویچ پانل پلی اورتان میتوانند با شمارههای قرار داده شده درون وبسایت با کارشناسان فروش ماموت در تماس بوده و تمامی اطلاعات مورد نظر اعم از قیمت روز این محصول را دریافت نمایند.