Alicat Massendurchflussregler für Polyurethan-Blockschaumverfahren

Polyurethanschaum (PU) ist ein vielseitiger, schwammiger Kunststoffschaum, der häufig in Haushalts- und Verbraucherprodukten verwendet wird. Er befindet sich in Matratzen und Kissen, Küchenschwämmen, Wärmedämmung, Yogamatten, Spielzeug und Schuhsohlen. Wenn Sie zu Hause oder bei der Arbeit sind, befinden Sie sich wahrscheinlich auch in Reichweite eines PU-Produkts, selbst wenn Sie sich dessen nicht bewusst sind. Die Anwendungsmöglichkeiten von Polyurethanschaum in unserer täglichen Umgebung sind praktisch endlos. Wenn wir mehr über die Wissenschaft dahinter erfahren, können wir wichtige Fragen beantworten, z. B. woher kommen die Schaumstoffpfeile?

Wie wird Polyurethanschaum hergestellt?

PU kann durch verschiedene Methoden hergestellt werden, aber im Allgemeinen wird es durch Mischen von Polyolen (ein organisches Molekül, das eine oder mehrere Hydroxylgruppen (OH) enthält), Isocyanatverbindungen (Verbindungen, die Isocyanatgruppen (NCO) enthalten) und Treibmitteln hergestellt.

Treibmittel werden als chemische (z. B. Wasser, das mit Isocyanaten unter Bildung von CO₂ reagiert) oder physikalische flüchtige Flüssigkeiten eingestuft, die während der Reaktion verdampfen.

Andere Zusatzstoffe wie Tenside, Katalysatoren, Farbstoffe und Vernetzer werden beigemischt, um eine leuchtende, neonfarbene chemische Aufschlämmung zu erzeugen, die grundiert und zum Schäumen bereit ist.

In der Brammenproduktionwerden diese Zutaten in einem Single-Shot-System mit Luft vermischt und dann auf ein Förderband gestrahlt. Wie der Name schon sagt, dehnt sich der Schaum, der aus der Flüssigkeit aufsteigt, aus und füllt das Förderband zu einer massiven, durchgehenden Schaumplatte.

Diese Platte wird dann mit Wachspapier in der Schiene geführt und zum weiteren Aushärten in kleinere Stücke geschnitten.

Aber was ist mit den Blasen?

Die chemische Reaktion, die PU seine poröse Zellstruktur verleiht, besteht aus einem zweistufigen Prozess der Polymerisation und Gasbildung.

Die Polymerisation setzt eine Kettenreaktion in Gang, bei der Urethanbindungen zwischen anderen Polyolen und Isocyanaten entstehen. Gleichzeitig wird ein physikalisches Mittel, z. B. Wasser, in die Diisocyanate geblasen, wodurch CO₂ entsteht. Das CO₂-Gas wird dann eingeschlossen, wodurch mikroskopisch kleine Lücken im Schaum entstehen.

Bei der Reaktion mit Wasser werden Milliarden von Gasblasen mit einer Größe von mehreren Zentimetern bis zu weniger als 50 Mikrometern (µm) - ungefähr die Breite eines Haares - gleichmäßig im Schaum verteilt. Seine Dichte liegt je nach Rezeptur des Herstellers zwischen 0,25 und 0,65 g/cm³.

Polyurethanschaum enthält oft eine größere Anzahl offener Zellblasen, was zu einem viel weicheren, matschigeren Produkt führt - man denke an Sofakissen und Mikrofon-Pop-Filter. Die Zellzahl wirkt sich auf die Dichte, die Tragfähigkeit und die Struktur aus. Schaumstoff kann einen unterschiedlichen Prozentsatz an geschlossenen und offenen Zellen enthalten, was zu unterschiedlichen strukturellen Eigenschaften führt.

Die strukturellen Eigenschaften von Zweikomponenten-Polyurethan-Weichschaum können sein präzise gesteuert über den Luftdruck die während des Schäum- und Aushärtungsprozesses aufgebracht werden. Dies beeinflusst den Prozentsatz der geschlossenen Zellen, verändert die Dichte und wirkt sich letztlich auch auf die Gesamtleistung des Schaums aus.

Die Herstellung von Plattenmaterial ist eine gängige Methode, um große Mengen an weichem, offenzelligem Schaumstoff zu erzeugen, kann aber je nach den Präferenzen des Herstellers auch steifere Schaumstoffarten herstellen.

Die Herstellung von Schaumstoff beinhaltet eine Reihe komplexer chemischer Reaktionen, die schon durch kleinste Veränderungen destabilisiert werden können. Abweichungen bei den Rohstoffen, der Mischgeschwindigkeit, der Luftfeuchtigkeit und der Rezeptur können katastrophale Auswirkungen auf die Form und Morphologie des Schaums haben.

Diese nicht reproduzierbaren Fehler stellen eine Bedrohung für große Chargen dar, die auf kontinuierliches Gießen angewiesen sind; daher erfordert die Herstellung von Polyurethanschaumplatten ein hohes Maß an wiederholter Präzision und Messung.

Für Kunden in dieser Branche sind die Low-Flow-Produkte von Alicat Scientific laminare dp-massendurchflussregler bot sich als Lösung an.

Regler, die für einen Gasdurchfluss von 50 SCCM bei 100PSIG ausgelegt sind, wurden für die Luftregulierung in Mischkammern verwendet, in denen Chemikalien in gasförmigem Zustand kombiniert werden.

Einige der Vorprodukte des Schaums würden in Gegenwart von Wasser kristallisieren, was die Fähigkeit erforderte, die Feuchtigkeit der Druckluft und der Gase jederzeit zu überwachen.

Daher wurden die bestellten Alicat-Massedurchflussregler mit Sensoren für die relative Luftfeuchtigkeit und Anzeigen zur Überwachung und Aufrechterhaltung der Stabilität während des gesamten Prozesses ausgestattet.

Durch die präzise Regelung des Durchflusses in der Mischkammer mit Alicat konnten die Schaumabmessungen und andere Variablen, die die gewünschten physikalischen Eigenschaften steuern, in Echtzeit kontrolliert werden.

Andere mögliche Verwendungszwecke

Während der chemischen Expansion des Schaums können endotherme Reaktionen zu einem Temperaturanstieg im System führen. Unkontrolliert kann dies zu einer Verbrennung oder Verbrennung des Produkts führen.

Die Installation von Luftstromkontrollsystemen zur Temperaturregulierung war bereits in der Glasindustrie bekannt. Alicat MFCs mit hohem Durchfluss wurden eingesetzt, um die Kühlgasströme für Flachglas auf einer präzisen Rate zu halten.

Eine andere Situation erforderte eine Alicat CODA Coriolis-Pumpe um flüssige Grundstoffe im Vakuum zu transportieren. Ein ähnlicher Verwendungszweck besteht bei den Single-Shot-Systemen für die Herstellung von Brammenmaterial.

Mit Ansprechzeiten von nur 30 ms und stationären Regelbereichen von 0,1 - 100% des Skalenendwerts, Alicat Druckwächter bedeutet, dass die Benutzer den Druck vor und nach der Aushärtung beibehalten und ändern können, um die Dichte und Zellgröße ihres Schaums genau zu steuern.

Warum das wichtig ist

Wenn man sich mit den Feinheiten einer Branche beschäftigt, vergisst man leicht die Fülle an Fachwissen, die für die Herstellung dieser Produkte erforderlich ist. Die Wissenschaft, die die Schaumstoffproduktion zu einem der größten Industriezweige der Welt gemacht hat, ist für die Endverbraucher eines Produkts meist trivial. Sie sehen nicht, wie es hergestellt wird, ergo ist es auch nicht so wichtig.

Vielleicht muss nicht jeder über die chemische Expansion von Schaumstoffplatten Bescheid wissen, aber wichtig ist, wie abhängig die Menschen von Polyurethanschaum sind. Die Menschheit hat sich die Kraft der duroplastischen Polymere zunutze gemacht und sie zu bequemen Möbeln, weichen Matratzen und Hausisolierungen verarbeitet.

Als Beitrag zur Nachhaltigkeit können etwa 30% der in Polyurethan-Hartschaum enthaltenen Polymere nach dem Mahlen und Recyceln ein zweites Leben in Baumaterialien finden.

Wenn Sie sich also das nächste Mal auf Ihrer Couch ausruhen oder Ihr Nerf-Gewehr auf Ihr Ziel ausrichten, sollten Sie Ihrem Schaumstoff dafür danken, dass er alles unterstützt, was Sie tun.