Foamlar, gaz kabarcıkları tarafından poliüretan polimerizasyonu sırasında oluşturulan hücresel yapılar olarak tanımlanır. Esnek poliüretan (PU) köpükler, uygulanan yüke karşı sınırlı bir direnç gösterir, hem hava geçirebilir hem de şekil değiştirebilirler. İki ana tür esnek köpük bulunmaktadır: sıcak köpük (hot cure) ve soğuk köpük (cold cure), bunlar bileşim ve işleme sıcaklığı açısından farklılık gösterir.

Sıcak poliüretan köpük, yaygın olarak kullanılmakta olup, gerçek köpüğün ana bileşimini temsil ederken, soğuk poliüretan köpük, işleme ve özellikler açısından birçok avantaja sahiptir; örneğin, daha hızlı kalıp alma süresi, daha iyi nem dayanıklılığı ve daha fazla çeşitlilik sunar.

Soğuk köpüğün işlenmesi, düşük enerji tüketimi (kalıp sıcaklığı 30 derece ile 65 derece santigrat arasında) nedeniyle sıcak köpüğe (kalıp sıcaklığı 30 derece ile 250 derece santigrat arasında) kıyasla dikkat çekicidir. Diğer bir avantaj, düşük sıcaklıklarda işleme için yüksek çeşitlilikte yumuşak malzemelerin bulunmasıdır. Soğuk köpük, difenil metan diizosiyanat (MDI) bazında üretilirken, sıcak köpük toluen diizosiyanat (TDI) bazındadır.

Soğuk poliüretan köpük üretim yöntemleri

Kalıp dökme köpüklerinin hazırlanması yaygın bir teknolojidir ve kalıp dökme köpüklerinin formülasyonları, en azından levha türleri kadar çeşitlidir. Kalıp dökme köpüğü üretim konsepti basittir: köpük bileşenleri karıştırılır ve enjekte edilir veya köpüğün oluşumu sırasında doldurduğu önceden hazırlanmış bir kalıba dökülür. Köpüğün belirli bir bekleme süresi vardır ve kalıptan çıkarılmadan önce uygun bir süre bekletilir.

Kalıptan çıkarıldıktan sonra, köpük tamamen kürlenmesi için bir kenara konur. Sanayide olduğu gibi, poliüretan kalıp dökme teknolojisi, işleme ve özelliklerin tekrarlanabilirliği açısından oldukça optimize edilmiştir. Parça üretimi için kesim gerektiren parça köpüğü üretiminden farklı olarak, kalıp köpükleri, köpük üretim işleminin bir parçası olarak nihai parçayı oluşturur.

Bu yöntem, atık oranını azaltırken, tamamlanmış parça üretiminde kesim işlemini ortadan kaldırır; ancak kalıp dökme fabrikasının işleme kapasitesi daha düşüktür ve kalıpların varlığını gerektirir, bu da oldukça maliyetli olabilir. Kalıp dökme işlemi sırasında, kalıplar döner veya oval ekipman üzerine yerleştirilir ve köpüğün bekleme süresi, kalıbın döndürülmesi ve yeniden doldurulması için gereken süre ile eşleşecek şekilde döner.

Operasyonel detayların yanı sıra, üreticiler, oluşturmak istedikleri karmaşık şekiller ve belirli şekillerde aşırı kalıplama yetenekleri (örneğin, işlevsel parçalar, dekoratif kaplamalar veya takviye elemanları) nedeniyle kalıp köpükleri üretmeyi tercih ederler. Bu yapı, bir bileşen olarak doğru görünüm, işlev ve şekli sunacak şekilde tasarlanmıştır.

Reaksiyonel izosiyanat bileşenleri (polioller, zincir uzatıcılar, yüzey aktif maddeler, katalizörler, su vb.) ortak bir tankta veya ayrı tanklarda yerleştirilir ve ardından yüksek enerjili bir karıştırıcının ucunda izosiyanat ile karıştırılır. Karışım bileşenleri kalıba enjekte edilir, kalıp kapatılır ve bileşenlerin kürlenmesine izin verilir.

Kalıp dökme köpüğünün üretim verimliliğini optimize etme ihtiyacı ve aynı zamanda dayanıklı, konforlu ve çeşitli köpükler üretme amacıyla, kalıp dökme köpüklerinin formülasyonu karmaşıktır ve kısmen bir sanat olarak tanımlanabilir. Kalıp alma hızı, dökme/enjeksiyon ve kürleme süreci, seçilen köpük formülasyonu ile kontrol edilir. Benzer şekilde, üretim operasyonlarının detayları formülasyon tasarımını önemli ölçüde etkileyebilir. Örneğin, eğer kalıplar sıcaksa, daha az reaktif bir sistem kullanılabilir; eğer kalıplar ısıtılmamışsa veya daha düşük sıcaklıklarda ısıtılıyorsa, başka bir formül seçilecektir.

Bazı durumlarda, kalıp belirli bir formül ile kısmen doldurulur, böylece belirli bir özellik oluşturulur ve ardından başka bir formülasyon ile doldurularak kalan parçanın istenen özelliklerini üretir. Bu esneklik, kalıp dökme işlemini özel parçaların üretimi için çok arzu edilir hale getirir, ancak aynı zamanda formülasyon biliminin karmaşıklığına da büyük katkı sağlar.

Daha önce belirtildiği gibi, kalıp dökme köpüklerinin formülasyonlarına dair örnekler, mevcut seçeneklerin geniş bir yelpazesini yansıtmakta yetersizdir. Ancak, kalıp dökme köpüklerinde kullanılan ana bileşen kategorileri, soğuk blok köpükleri için kullanılanlarla benzerdir. Eğer üretici, kalıbını aktif olarak sıcak bir fırınla ısıtıyorsa, bu durumda kalıp dökme köpüğüne sıcak köpük denir.

Sıcak köpük formülasyonunda, yüksek moleküler ağırlığa sahip polioller kullanılabilir ve bunlar arasında üç yönlü bir poliol izosiyanat tarafından çevrelenmiştir. Bir üretici, TDI veya TDI ile MDI polimer karışımını (pDMI) kullanabilir. Seçim, fiyat, üretici tercihleri ve bazı durumlarda belirli bir izosiyanatın tercih edildiği coğrafi faktörlere bağlıdır.

Soğuk poliüretan kalıp köpükleri, daha önce açıklanan sıcak köpükten farklı olarak, yeni bir endüstriyel yenilik sunar ve daha soğuk kalıplar ve fırın sıcaklığı ile ayırt edilir. Bu köpükler genellikle %60 ile %70 arasında bir esneklik gösterir.

Soğuk parça köpüklerinde olduğu gibi, kalıp soğuk köpüklerinde daha yüksek moleküler ağırlığa sahip polioller kullanılır. Düşük sıcaklık, genellikle soğuk kalıp dökme köpüklerinin daha fazla sayıda dokunulmamış hücreye sahip olmasına neden olur. Genellikle, kalıptan çıkarıldıktan sonra hücreleri kırmak ve hava akışını artırmak için mekanik kırma protokolleri uygulanır. Aslında, ek bir kırma işlemi olmadan formüle edilebilir, böylece jel haline gelme aşamasının tamamlanması garanti edilir. Bazı kalıp üreticileri, yalnızca pMDI kullanarak köpük üretirler.

Gerçekten de, izosiyanat türünün seçimi, esasen tercih meselesidir ve birçok faktör rol oynamaktadır. Ancak, TDI ve pMDI ile üretilen köpükler arasında birkaç farklılık vardır. Bir farklılık, pMDI köpüklerinin genellikle MDI izosiyanatının homojen reaksiyonu nedeniyle daha hızlı kürlenmesidir (TDI'deki izosiyanatın ikinci reaksiyonu genellikle ilkinden önemli ölçüde daha yavaştır). Hız, kalıp dökme işlemi için tercih edilen bir özellikken, viskozitenin hızlı artışı, kalıbın tamamen doldurulmasıyla çelişebilir.

Bununla birlikte, etkili bir şekilde formüle edildiğinde, pMDI köpüğü daha kısa bir döngü ile üretilebilir. Bu özellik, üreticiye kalıp ve fırın sıcaklıklarını düşürme imkanı vererek kimyasal kinetiği ve süreci daha fazla dengelemeye yardımcı olabilir. pMDI'nin TDI'ye göre daha yüksek moleküler hacmi, ayrıca MDI bazlı köpüklerin üretilen sert parçalarının hacminin TDI bazlı köpüklerden daha fazla olduğu anlamına gelir. Bu farklı moleküler hacim, MDI bazlı köpüklerin, TDI'ye göre su indeksi ve izosiyanat indeksinde daha yüksek bir potansiyel yük taşımasına neden olur.

Bununla birlikte, daha yüksek bir indeks ile kalıp köpüklerinin bazı dinamik özelliklerde yıkıcı olabileceği belirtilmiştir, bu da daha fazla sertlik gösterir.

Daha önce bahsedilen poliüretan köpüğünün formülasyonundaki karmaşıklık, kalıp dökme köpüğünün geleneksel kullanım yönleridir. Bu, büyük ölçüde, sonrasında köpüğün sertliği, esnekliği ve nefes alabilirliği (hava akışı ile ilgili) ile ilgili olan bir rahatlık anlayışının etkisi altındadır. Bölgesel tercihlere göre belirlenen bir diğer köpük özelliği, sıkıştırma arttıkça direnç değişim oranıdır; bu bazen "destek" veya "konfor" faktörü olarak adlandırılır ve iki farklı basınçta köpüğün sertlik oranı ile nicel olarak tanımlanır.

Köpük tasarımcısının müşteri tercihleri ile uyum sağlamak için dikkate alabileceği köpük bileşenleri şunlardır:

Köpük yoğunluğu (su seviyesi ve sert bileşen yüzdesi tarafından etkilenir)

Köpüğün hücre yapısı ve açıklığı (kısmen yüzey aktif maddeler ve katalizör tarafından belirlenir)

İzosiyanat türü ve indeksi

Polioller ve eşdeğer ağırlık performansı

Kopolymer polioller ve katı yüzdeleri

Tasarım için katkı maddeleri

Soğuk köpük üretim yöntemleri

Kartonlama cihazı üreticisi

En iyi yerden ısıtma köpüğü üreticisi

Emekli gazilerle görüşme, Sepahan Çimento Şirketi.

Tek kullanımlık kapların toptan satışı ve fiyat artışı riskinin azaltılması