Unidad de nucleación para líneas de producción de paneles sándwich continuos
El concepto POFI-Engineering
La espuma de poliuretano es, ante todo, una estructura de plástico celular. Las propiedades de esta matriz dependen principalmente de dos factores:
la estructura
y la composición. La estructura celular se forma mediante la acción de los agentes expansores. Cuanto más fina y homogénea sea la estructura, mejores serán las características mecánicas de la espuma de poliuretano. La composición química también juega un papel importante en su resistencia mecánica. Una mezcla homogénea estequiométrica confiere a la espuma de poliuretano sus características mecánicas óptimas. La nucleación (aire, nitrógeno o CO2) forma parte de la parte aún poco utilizada de la expansión mecánica. Cuando se utilizan agentes físicos para formar las células, la fase gaseosa del plástico celular es químicamente idéntica a la del agente expansor. Esta técnica ha enfrentado dificultades de implementación, recientemente resueltas mediante la adición de la función de miscibilidad de los gases en un líquido a través de una serie de variaciones de presión asociadas a un sistema de mezcla y homogeneización de alto rendimiento.
Los efectos directos de la nucleación:
Impacto en la composición química:
El principio de la nucleación consiste en refinar la estructura celular de la espuma mediante una serie de acciones combinadas realizadas en el Polymix (mezcla de poliol y aditivos). Al mezclar mejor el poliol con sus aditivos e incorporar el aire en partículas muy finas, se aumenta su reactividad, lo que mejora considerablemente la calidad de la mezcla de isocianato / poliol y, por lo tanto, optimiza la estequiometría de la reacción. Esta función permite una mejor reticulación, lo que mejora las características mecánicas de la espuma de poliuretano. Además, se puede reducir la cantidad de catalizador necesaria para la reacción.
Impacto en la estructura celular:
La resistencia de la estructura de la matriz también depende de la finura de las burbujas y de su distribución homogénea. La nucleación, a través de su concepto, combina varias acciones físicas que provocan la ruptura de las burbujas en partículas muy finas y precisas, mejorando considerablemente la estructura de la matriz.
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Importancia de la nucleación de aire en la espuma rígida:
La producción de espuma de poliuretano rígida requiere dos componentes líquidos principales: un poliisocianato y un POLYMIX (poliol y un agente expansor). El agente expansor generalmente se agrega al poliol junto con otros componentes auxiliares, como activadores (aceleradores de reacción), estabilizadores de espuma y agentes ignífugos.
La reacción ocurre cuando ambos componentes se mezclan. Durante la reacción, se libera una cantidad considerable de calor que se utiliza para evaporar los agentes expansores presentes en el poliol. Esta evaporación, junto con la reacción química, forma la espuma. Normalmente se agregan varias cantidades de agua al poliol. El agua reacciona con el isocianato para formar poliurea y dióxido de carbono, que actúa como coagente de expansión. Como primer agente de expansión, una parte del aire se incluye en el Polymix.
De hecho, la reacción de polimerización produce poliuretano sólido, y al formar burbujas de gas en la mezcla de polimerización, a menudo llamada «agente expansor», se crea la espuma.
Las células individuales en la espuma están aisladas unas de otras por delgadas paredes de polímero, que evitan eficazmente el flujo de gas a través de la espuma. Estos materiales ofrecen una buena resistencia estructural en relación con su peso, combinada con excelentes propiedades de aislamiento térmico. Las células contienen una mezcla de gases y, según su naturaleza, las dimensiones y proporciones de las espumas tienen diferentes conductividades térmicas. Para mantener el rendimiento a largo plazo, es necesario que los gases de baja conductividad térmica permanezcan en las células, por lo que más del 90 por ciento de las células deben estar cerradas.
Esto demuestra que una buena espuma es el resultado de dos componentes: la estructura y la composición.
La composición es desarrollada por el proveedor de materias primas. Nos centraremos en la parte mecánica, la matriz de la espuma.
Existen varias teorías sobre el desarrollo de la espuma. La mayoría se basa en la nucleación en la fase de desarrollo. Parece que todas las células presentes en la espuma terminada ya están presentes en la fase temprana de desarrollo, cuando las materias primas se mezclan en la cabeza de mezcla; la reacción desencadena la aparición de las burbujas de aire de nucleación presentes en el Polymix.
Las burbujas dispersas de gas crecen
debido a la expansión del gas de expansión. Este proceso continúa hasta que las células esféricas están más compactadas en la matriz líquida. Cuando las células esféricas están en contacto entre sí, se convierten en células poliédricas. La espuma alcanza su estructura final y una buena distribución de masa al final del tiempo de moldeo.
Cuanto más homogénea y fina sea la estructura, mejores serán las características mecánicas y de aislamiento de la espuma de poliuretano.
Hoy en día, los beneficios de la nucleación de aire se utilizan poco para la expansión mecánica, alrededor del 8 al 12% de aire en el Polymix.
Cuando se utilizan agentes físicos para formar las células, la fase gaseosa del plástico celular es químicamente idéntica a la del agente expansor. Esta técnica ha enfrentado dificultades de implementación, recientemente resueltas mediante la adición de la función de miscibilidad de los gases en un líquido a través de una serie de variaciones de presión asociadas a un sistema de mezcla y homogeneización de alto rendimiento. Con este sistema, podemos agregar una cantidad de nucleación de aire de alrededor del 65% sin cavitación de la bomba de alta presión; el resultado es una matriz más regular y una espuma más homogénea.
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