Unité de nucléation pour lignes de production de panneaux sandwichs en continu
Le concept POFI-Engineering
La mousse de polyuréthane est avant tout un ensemble plastique alvéolaire. Les propriétés de cette matrice dépendent principalement de deux facteurs,
la structure
et la composition. La structure des cellules est réalisée par l’action des agents gonflants. Plus la structure est fine et homogène, plus les caractéristiques mécaniques de la mousse de polyuréthane sont bonnes. La composition chimique entre également en grande partie dans sa résistance mécanique. Un mélange homogène stoechiométrique confère à la mousse de polyuréthane ses caractéristiques mécaniques optimales. La nucléation (air, azote ou CO2) entre dans la partie encore peu utilisée de l’expansion mécanique. Lorsque des agents physiques sont utilisés pour former les alvéoles, la phase gazeuse du plastique alvéolaire est chimiquement identique à celle de l’agent gonflant. Cette technique a connu des difficultés de mise en oeuvre, récemment résolues par l’ajout de la fonction de miscibilité des gaz dans un liquide via un ensemble de variations des pressions associé à un système de mélange et d’homogénéisation de hautes performances.
Les effets directs de la nucléation:
Action sur la composition chimique:
Le principe de nucléation est d’affiner la structure cellulaire de la mousse par un ensemble d’actions combinées réalisées sur le Polymix (mélange de polyol et d’additifs). Le fait de mieux mélanger le polyol avec ses additifs et d’intégrer l’air en particules très fines permet d’augmenter sa réactivité, ce qui améliore considérablement la qualité de mélange de l’isocyanate / polyol et de ce fait une optimise la stœchiométrie de la réaction. Cette fonction permet ainsi une meilleure réticulation qui améliore les caractéristiques mécaniques de la mousse de polyuréthane. On peut de ce fait de réduire la quantité de catalyseur nécessaire à la réaction.
Action sur la structure des cellules:
La résistance de la structure de la matrice est aussi fonction de la finesse des bulles et de leur répartition homogène. La nucléation de par son concept associe plusieurs actions physiques provoquant l’éclatement des bulles en particules très fines et précises et de ce fait améliore considérablement la structure de la matrice.
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Importance de l’air nucléation dans la mousse rigide:
La production de mousse de polyuréthane rigide requiert deux principaux composants liquides, un poly-isocyanate et un POLYMIX (polyol et un agent gonflant). L’agent gonflant est généralement ajouté au polyol avec d’autres composants auxiliaires, tels que des activateurs (accélérateurs de réaction), des stabilisateurs de mousse et des agents ignifuges.
La réaction a lieu lorsque les deux composants sont mélangés ensemble. Pendant la réaction, une quantité considérable de chaleur est libérée et est utilisée pour évaporer les agents gonflants présents dans le polyol. Cette évaporation ajouté à la réaction chimique va former la mousse. Diverses quantités d’eau sont normalement ajoutés au polyol. L’eau réagit avec l’isocyanate pour former du polyurée et du dioxyde de carbone, qui sert de co-agent d’expansion. En tant que premier agent d’expansion, une partie de l’air est inclus dans le Polymix.
En fait, la réaction de polymérisation produit du polyuréthane solide, et c’est en formant des bulles de gaz dans le mélange de polymérisation, souvent dénommé «gonflant», que la mousse est faite.
Les cellules individuelles dans la mousse sont isolées les unes des autres par des parois minces de polymère, qui empêchent efficacement le flux de gaz à travers la mousse. Ces matériaux offrent une bonne résistance de la structure par rapport à leur poids, combinée à d’excellentes propriétés d’isolation thermique. Les cellules contiennent un mélange de gaz et en fonction de leur nature, les dimensions et les proportions des mousses ont des conductivités thermiques différentes. Afin de maintenir la performance à long terme, il est nécessaire pour les gaz de faible conductivité thermique de rester dans les cellules, par conséquent, plus de 90 pour cent des cellules doivent être fermées.
Cela démontre qu’une bonne mousse est le résultat de deux composants, la structure et la composition.
La composition est développée par le fournisseur de matières premières. Nous allons nous concentrer sur la partie mécanique, la matrice de la mousse.
Il existe plusieurs théories sur le développement de la mousse. La plupart sont basés sur la nucléation dans la phase de développement. Il semble que toutes les cellules présentes dans la mousse finie sont déjà présents dans la phase précoce de développement, lorsque les matières premières sont mélangées dans la tête de mélange; la réaction déclenche l’apparition des bulles d’air de nucléation présent dans le Polymix.
Les bulles de gaz dispersées grandissent en raison de l’expansion du gaz d’expansion. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que les cellules sphériques soient plus compactées dans la matrice liquide. Lorsque les cellules sphériques sont en contact ensemble, elles se convertissent en cellules polyédriques. La mousse atteint sa structure finale et une bonne distribution de masse à la fin du temps de fil.
Plus la structure est homogène et fine; plus les caractéristiques mécanique et d’isolation de la mousse polyuréthane sont bonnes.
Aujourd’hui, les avantages de la nucléation de l’air sont encore peu utilisés pour l’expansion mécanique, environ 8 à 12% d’air dans le Polymix.
Lorsque des agents physiques sont utilisés pour former les alvéoles, la phase gazeuse du plastique alvéolaire est chimiquement identique à celle de l’agent gonflant. Cette technique a connu des difficultés de mise en œuvre, récemment résolues par l’ajout de la fonction de miscibilité des gaz dans un liquide via un ensemble de variations des pressions associé à un système de mélange et d’homogénéisation de hautes performances. Avec ce système nous pouvons ajouter une quantité de nucléation d’air autour de 65% sans cavitation de la pompe haute pression; le résultat est une matrice plus régulière et une mousse plus homogène.
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