Les mousses sont des structures cellulaires créées par des bulles de gaz lors de la polymérisation du polyuréthane. Les mousses polyuréthane (PU) flexibles ont une résistance limitée aux charges appliquées, elles sont à la fois perméables à l'air et déformables. Il existe deux types principaux de mousses flexibles, la mousse chaude (hot cure) et la mousse froide (cold cure), qui diffèrent par leur composition et leur température de traitement.

La mousse chaude en polyuréthane est largement utilisée et représente la composition principale de la mousse réelle, tandis que la mousse froide en polyuréthane présente de nombreux avantages en matière de traitement et de propriétés, par exemple, un temps de moulage plus rapide, de meilleures propriétés de résistance à l'humidité et une plus grande diversité.

Le traitement de la mousse froide est également intéressant en raison de sa faible consommation d'énergie (température du moule de 30 degrés à 65 degrés Celsius) par rapport à la mousse chaude (température du moule de 30 degrés à 250 degrés Celsius). Un autre avantage est la grande diversité des matériaux souples pour les moules traités à basse température. La mousse froide est fabriquée à base de diisocyanate de diphénylméthane (MDI), tandis que la mousse chaude est à base de diisocyanate de toluène (TDI).

Méthodes de production de mousse froide en polyuréthane

La préparation de mousses moulées est une technologie courante, et les différentes formulations de mousse moulée varient au moins autant que les types de plaques. Le concept de production de mousse moulée est simple : les composants de la mousse sont mélangés et injectés ou versés dans un moule préfabriqué que la mousse remplit lors de sa formation. La mousse a un temps de séjour défini et est retirée du moule après un temps de séjour approprié.

Après avoir été retirée du moule, la mousse est mise de côté pour un durcissement complet. Comme cela se fait dans l'industrie, la technologie de la mousse moulée en polyuréthane a été très optimisée en termes de répétabilité du traitement et de propriétés. Contrairement à la production de mousse en morceaux, où les pièces doivent être découpées à partir d'un bloc, les mousses moulées subissent la partie finale comme une partie de l'opération de fabrication de mousse.

Bien que cette méthode réduise le taux de déchets et élimine l'opération de découpe pour la fabrication de la pièce finie, la capacité d'un usine de mousse moulée est inférieure et nécessite la présence de moules, qui peuvent être très coûteux. Dans l'opération normale de mousse moulée, les moules sont placés sur des équipements rotatifs ou ovales qui tournent de manière à ce que le temps de séjour de la mousse corresponde au temps nécessaire pour tourner et remplir à nouveau le moule.

En plus des détails opérationnels, les fabricants choisissent de fabriquer des mousses moulées en raison des formes complexes qu'ils essaient de créer et de la capacité à mouler des objets spécifiques en forme tels que des pièces fonctionnelles, des revêtements décoratifs ou des renforts. Cette structure est conçue pour offrir une apparence, une fonctionnalité et une forme correctes en tant que pièce composite.

Les composants réactifs d'isocyanate (polyols, agents de chaîne, tensioactifs, catalyseurs, eau, etc.) sont placés dans un réservoir commun ou dans leurs réservoirs séparés, puis mélangés avec de l'isocyanate dans la tête d'un mélangeur à haute énergie. Les composants mélangés sont injectés dans le moule, le moule est fermé et les composants sont autorisés à durcir.

En raison de la nécessité d'optimiser le rendement de la production de mousse moulée tout en produisant des mousses durables, confortables et variées, la formulation des mousses moulées est complexe et peut être en partie décrite comme un art. La vitesse de moulage, le versement/injection et le processus de durcissement sont tous contrôlés par la formulation choisie de la mousse. De même, les détails opérationnels de la production peuvent avoir un impact significatif sur la conception de la formulation. Par exemple, si les moules de mousse sont chauffés, un système réactif moins réactif peut être utilisé, et si les moules ne sont pas chauffés ou sont chauffés à une température plus basse, une autre formulation est choisie.

Dans certains cas, le moule est partiellement rempli avec une formulation de polyuréthane pour créer une caractéristique spécifique, puis est ensuite rempli avec une autre formulation pour produire les caractéristiques souhaitées pour le reste de la pièce. Cette flexibilité de l'opération de mousse moulée la rend très souhaitable pour la production de pièces spécialisées, mais elle contribue également à la complexité de la science de la formulation.

Comme mentionné précédemment, les exemples de formulations de mousse moulée reflètent une gamme de choix disponibles, mais sont insuffisants. Cependant, les catégories principales des composants utilisés dans les mousses moulées sont similaires à celles utilisées pour les mousses froides en blocs. Si le fabricant chauffe activement son moule en le faisant passer par un four chaud, dans ce cas, on parle de mousse moulée chaude.

Dans la formulation de mousse chaude, des polyols peuvent être utilisés qui peuvent avoir un poids moléculaire élevé et dans lesquels un polyol tridimensionnel est entouré par l'isocyanate. Un fabricant peut utiliser TDI, un mélange de TDI avec MDI polymérique (pDMI). Le choix dépend du prix, des préférences du fabricant et, dans certains cas, de la géographie, où un isocyanate spécifique est préféré selon le contrat.

Les mousses moulées de mousse froide en polyuréthane, en contraste avec la mousse chaude précédemment décrite, présentent une nouvelle innovation industrielle et sont produites par des moules plus froids et à une température de four distincte. Ces mousses montrent généralement plus de 60 à 70 pour cent de flexibilité.

Tout comme les mousses en morceaux froides, dans les mousses froides moulées, des polyols à poids moléculaire plus élevé sont utilisés. La basse température fait souvent que les mousses moulées froides contiennent un plus grand nombre de cellules de mousse avec une structure intacte. Souvent, dans le protocole de production, il est prévu de broyer mécaniquement la mousse après récupération du moule afin de briser les cellules et d'augmenter le flux d'air et la respirabilité de la mousse, bien qu'à l'origine, elle puisse être formulée de manière à ne pas nécessiter d'opération de broyage supplémentaire pour garantir l'achèvement de la phase de gélification. Certains fabricants de mousses moulées produisent uniquement de la mousse en utilisant pMDI comme isocyanate.

En réalité, le choix du type d'isocyanate est principalement une question de préférence, avec divers facteurs en jeu. Cependant, il existe plusieurs différences dans les propriétés des mousses produites entre celles fabriquées avec TDI et pMDI. Une différence est que les mousses pMDI durcissent généralement plus rapidement en raison de la réaction uniforme de l'isocyanate MDI (la seconde réaction de l'isocyanate dans le TDI est généralement significativement plus lente que la première). Alors que la vitesse est une caractéristique préférée dans l'opération de mousse moulée, une augmentation rapide de la viscosité peut interférer avec le remplissage complet du moule.

Cependant, lorsqu'elle est formulée de manière efficace, la mousse pMDI peut être fabriquée avec un cycle plus court. Cette caractéristique peut également permettre au fabricant de réduire la température de son moule et de son four afin de mieux équilibrer la cinétique chimique et le processus. Le volume moléculaire plus élevé de pMDI par rapport à TDI signifie également que le volume de la pièce dure produite pour la mousse MDI est plus élevé que pour la mousse TDI. Ce volume moléculaire différent entraîne des mousses basées sur MDI ayant un potentiel de charge plus élevé dans l'indice d'eau et l'indice d'isocyanate par rapport à TDI.

Cependant, il a été mentionné que les mousses moulées avec un indice plus élevé peuvent être destructrices dans certaines propriétés dynamiques tout en montrant une plus grande dureté.

L'aspect complexe de la formulation de mousse polyuréthane, mentionné précédemment, est un aspect conventionnel de l'utilisation de mousse moulée. Cela est largement influencé par une compréhension approximative du confort qui est ensuite lié à la rigidité de la mousse, à sa flexibilité et à sa respirabilité (liée au flux d'air). Une autre caractéristique de la mousse, dictée par la préférence régionale, est le degré de changement de résistance avec l'augmentation de la compression, qui est parfois appelée facteur de "soutien" ou de "confort" et est quantitativement définie par le rapport de rigidité de la mousse à deux pressions différentes.

Les facteurs constitutifs de la mousse que le concepteur de mousse peut prendre en compte pour répondre aux préférences du client comprennent :

Densité de la mousse (influencée par le niveau d'eau et le pourcentage de la partie dure)

Structure cellulaire et ouverture de la mousse (en partie dictée par les tensioactifs et les catalyseurs)

Type et indice d'isocyanate

Performance du polyol et poids équivalent

Copolymère de polyol et pourcentage de solides

Matériaux additifs pour la conception

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