مواد اولیه فوم انعطافپذیر همان مواد شیمیایی مایعی‌اند که فوم انعطافپذیر پلییورتان را می‌سازند: یک پلیال، یک ایزوسیانات (بیشتر TDI) و آب، به‌علاوه کاتالیزورها، سورفکتانت و در صورت نیاز افزودنی‌های دیگر. مخلوط بهصورت یک بلوک بزرگ (فوم بلوکی) یا درون قالب فوم میشود. سیستم مناسب به محصولی که می‌سازید، چگالی و سختی هدف، نوع فوم (معمولی، HR، مموری) و روش تولید شما بستگی دارد.
فهرست مطالب
- ۱. مواد اولیه فوم انعطافپذیر چیست؟
- ۲. فوم انعطافپذیر پلییورتان از چه ساخته میشود؟
- ۳. فوم انعطافپذیر چگونه ساخته میشود؟
- ۴. فوم بلوکی چیست؟ تفاوت فوم بلوکی و قالبی
- ۵. انواع فوم انعطافپذیر: معمولی، HR، مموری، ری‌باند
- ۶. مموری فوم چیست؟ (فوم ویسکوالاستیک)
- ۷. چگالی یعنی چه؟ تفاوت آن با سختی
- ۸. مواد اولیه فوم انعطافپذیر را بر اساس کاربرد چگونه انتخاب کنیم؟
- ۹. هنگام تعیین مواد اولیه فوم انعطافپذیر، به تأمین‌کننده چه اطلاعاتی بدهید؟
- پرسش‌های متداول
۱. مواد اولیه فوم انعطافپذیر چیست؟
فوم انعطافپذیر پلییورتان (فوم PU) همان ماده نرمی است که درون کوسن مبل، تشک و صندلی خودرو قرار دارد. این فوم عموماً سلول‌باز است؛ بنابراین هوا میتواند از آن عبور کند و با برداشته شدن بار به حالت اول برمیگردد. مواد شیمیایی مایعی که این فوم از آنها ساخته میشود، مواد اولیه آن هستند. تصویر کلی‌تر در راهنماهای ما آمده است: «پلییورتان چیست؟» و «فوم پلییورتان چیست؟».
موضوع این راهنما همین مواد شیمیایی مایع است. بلوک فومی که بریده میشود و در رویه‌کوبی به کار میرود، محصولی است که از این مواد ساخته میشود؛ بخش ۴ توضیح می‌دهد این بلوک چگونه ساخته میشود. اسفنج‌های نظافت خارج از دامنه این راهنما هستند.
۲. فوم انعطافپذیر پلییورتان از چه ساخته میشود؟
طبق برگه اطلاعات مواد EUROPUR، انجمن اروپایی تولیدکنندگان بلوک فوم پلییورتان انعطافپذیر، فوم انعطافپذیر از دی‌ایزوسیانات‌ها، پلی‌ال‌ها (سهم زیاد) و آب (سهم کم) تشکیل میشود و افزودنی‌ها در غلظت‌های کم به کار می‌روند. جدول مروری کلی بر هر ماده اولیه و نقش آن در مخلوط ارائه می‌دهد.
| ماده اولیه | کاری که انجام می‌دهد | جایگاه در مخلوط |
|---|---|---|
| پلیال (بیشتر پلی‌اتری) | زنجیرهای پلیمری انعطافپذیر را تشکیل می‌دهد | جزء اصلی |
| ایزوسیانات (بیشتر TDI، گاهی MDI) | با پلیال و آب واکنش می‌دهد و شبکه پلیمری را می‌سازد | جزء اصلی |
| آب | با ایزوسیانات واکنش می‌دهد و دیاکسید کربن، یعنی گازی که فوم را می‌دمد، آزاد می‌کند | جزء فرعی، سهم کم |
| کاتالیزورها | واکنش‌ها را تسریع و متعادل می‌کنند | افزودنی با مقدار کم |
| سورفکتانت | به فوم کمک می‌کند ساختار سلولی یکنواخت و پایدار تشکیل دهد | افزودنی با مقدار کم |
| سایر افزودنی‌ها (مثلاً دیرسوزکنندهها، رنگدانهها) | بر ویژگی‌های خاص، مثلاً مقاومت در برابر شعله، اثر می‌گذارند یا رنگ میدهند | افزودنی با مقدار کم، فقط در صورت نیاز |
اینکه چه افزودنیهایی و از هر کدام چه مقدار به کار میرود، به مشخصات فومی که باید تولید شود بستگی دارد (EUROPUR).
پلیال: پلی‌اتری و پلی‌استری
پلی‌اتر پلی‌ال‌ها نوع پرکاربردتر برای فوم انعطاف‌پذیرند و پلی‌استر پلی‌ال‌ها در فوم‌های نرم کمتر دیده میشوند؛ EUROPUR هر دو نوع فوم را ذکر می‌کند. نوع پلیال یکی از عواملی است که ویژگی‌های فوم نهایی را شکل میدهند.
ایزوسیانات: TDI و MDI
EUROPUR اصلی‌ترین دی‌ایزوسیانات فوم انعطافپذیر را TDI (تولوئن دی‌ایزوسیانات) معرفی می‌کند. فوم‌های قالبی بیشتر با MDI (متیلن دی‌فنیل دی‌ایزوسیانات) ساخته میشوند و مموری فوم را هم میتوان با MDI ساخت. برای جزئیات بیشتر، راهنمای «پلیال و ایزوسیانات چیست؟ واکنش و نسبت اختلاط» را ببینید.
۳. فوم انعطافپذیر چگونه ساخته میشود؟
در تولید فوم انعطافپذیر، اجزای مایع دوزبندی و مخلوط میشوند و سپس مخلوط فوم میشود، بالا میآید و سفت میشود. فومشدن مخلوط ناشی از دیاکسید کربن است که هنگام واکنش ایزوسیانات با آب آزاد میشود، در حالی که واکنش پلیال با ایزوسیانات پلیمری را می‌سازد که به فوم ساختارش را می‌دهد. جزئیات به سیستم و خط تولید بستگی دارد.
ایمنی هنگام کار با مواد اولیه
ایزوسیانات‌ها می‌توانند باعث حساسیت آلرژیک پوست و مجاری تنفسی شوند؛ بنابراین باید افراد آموزش‌دیده و با تجهیزات حفاظتی مناسب از آنها استفاده کنند. در اتحادیه اروپا، مقررات 2020/1149 کاربران صنعتی و حرفه‌ای محصولات حاوی ۰٫۱ درصد وزنی یا بیشتر دی‌ایزوسیانات را ملزم می‌کند پیش از استفاده آموزش ببینند؛ این الزام از ۲۴ اوت ۲۰۲۳ اعمال میشود و آموزش باید دست‌کم هر پنج سال یک‌بار تجدید شود. طبق گفته EUROPUR، دی‌ایزوسیانات‌ها در واکنش مصرف میشوند و فوم انعطافپذیر پلییورتان پخت‌شده در چارچوب REACH یک کالا محسوب میشود، نه یک محصول خطرناک. این گفته فقط درباره فوم انعطافپذیر پخت‌شده صدق می‌کند.
۴. فوم بلوکی چیست؟ تفاوت فوم بلوکی و قالبی
فوم بلوکی (slabstock) یا فوم انعطافپذیر بلوکی، فوم انعطافپذیر پلی‌یورتانی است که بهصورت یک بلوک بزرگ و پیوسته تولید و بعداً به شکل دلخواه بریده میشود. مخلوط روی یک نوار نقاله متحرک ریخته میشود، آزادانه بالا میآید و سفت میشود و بلوک بعداً به ورق، رول یا قطعات شکلدار بریده میشود. طبق EUROPUR، بیشتر فوم بلوکی تولیدشده در اروپا در تشک و مبلمان و بخش کوچک‌تری در حمل‌ونقل مصرف میشود.
فوم انعطافپذیر پلییورتان قالبی درون یک قالب بسته ریخته یا تزریق میشود و در نتیجه قطعه نزدیک به شکل نهایی خود بیرون میآید. با این روش میتوان شکل‌هایی ساخت که بریدن آنها از بلوک دشوار است و میتوان فوم را با قطعاتی مانند یک چارچوب فلزی ترکیب کرد. هزینه قالب بالاست؛ به همین دلیل انجمن فوم پلییورتان آمریکا (PFA) یادآوری می‌کند که قالبگیری معمولاً برای تولید با حجم بالا در نظر گرفته میشود. تقریباً همه صندلی‌های خودرو در اروپا از فوم انعطافپذیر قالبی ساخته میشوند (EUROPUR). جداکننده قالب به جدا شدن تمیز قطعه از قالب کمک می‌کند. فوم قالبی با فرایندهای پخت گرم (هات‌کیور) یا پخت سرد (کلدکیور) ساخته میشود؛ امروز در سراسر جهان فرایند غالب فوم پخت سرد است که فوم با بازگشتپذیری بالا (HR) هم نامیده میشود (Euromoulders).
| ویژگی | فوم بلوکی | فوم قالبی |
|---|---|---|
| روش تولید | خط پیوسته: مخلوط روی نوار نقاله آزادانه بالا میآید و بلوک بعداً بریده میشود | مخلوط به قالب بسته داده میشود و قطعات یکی‌یکی تولید میشوند |
| کاربرد معمول | تشک، کوسن مبلمان، بسته‌بندی | صندلی خودرو، پشت‌سری، قطعات مبلمان اداری |
۵. انواع فوم انعطافپذیر: معمولی، HR، مموری، ری‌باند
EUROPUR سه خانواده رایج فوم انعطافپذیر را نام می‌برد: اتر استاندارد، بازگشتپذیری بالا (HR) و ویسکوالاستیک. این خانواده‌ها از نظر چگالی، سختی، استحکام کششی و ویسکوزیته، در کنار ویژگی‌های دیگر، با هم تفاوت دارند. فوم ری‌باند که از خرده‌های فوم ساخته میشود، محصولی جداگانه است.
| نوع | چیست | کاربرد معمول |
|---|---|---|
| معمولی (اتر استاندارد) | فوم پایه برای کوسن؛ ممکن است فاقد دوام و بازگشتپذیری بلندمدت باشد | تشکهای اقتصادی، لایه‌های زیرین |
| HR (با بازگشتپذیری بالا) | بازگشتپذیری بالاتر از فوم معمولی و معمولاً پشتیبانی و دوام بهتر؛ هم بهصورت بلوکی و هم قالبی تولید میشود | تشکهای رده بالا، نشیمن، صندلی خودرو |
| مموری (ویسکوالاستیک) | بهآهستگی به حالت اول برمیگردد، بازگشتپذیری بسیار کم، شکل بدن را دنبال می‌کند (بخش ۶ را ببینید) | لایه‌های تشک و بالش، کوسنهای پزشکی |
| ری‌باند | تکه‌های خردشده فوم که با ماده چسباننده به هم فشرده میشوند (ISOPA) | زیرانداز موکت، تشک ورزشی، کفپوش، بسته‌بندی |
برای تفاوت فوم انعطافپذیر و سخت، «مقایسه سیستم‌های پلییورتان سخت و انعطافپذیر» و برای فوم ری‌باند و بازیافت، «بازیافت پلییورتان: مکانیکی و شیمیایی» را ببینید.
۶. مموری فوم چیست؟ (فوم ویسکوالاستیک)
مموری فوم (فوم ویسکوالاستیک یا «ویسکو») فوم پلی‌یورتانی است که پس از فشرده شدن بهآهستگی به حالت اول برمیگردد. این فوم عمدتاً از پلییورتان به‌علاوه مواد شیمیایی دیگری تشکیل شده که ویسکوزیته و چگالی آن را افزایش میدهند. سلول‌های آن باز است و بازگشتپذیری آن بسیار کم است. رفتار آن به دما بستگی دارد و معمولاً با گرمای بدن نرم میشود. این فوم در سال ۱۹۶۶ در چارچوب قراردادی با NASA برای بهبود حفاظت و راحتی صندلی هواپیما توسعه یافت.
مموری فوم در تشک، بالش و کوسنهای پزشکی به کار میرود. یک تشک اغلب چند نوع فوم را لایه‌لایه ترکیب می‌کند (EUROPUR). تشک مموری فوم معمولاً چگال‌تر و در نتیجه سنگین‌تر از سایر تشکهای فومی است. برای آشنایی با سیستم‌های ما، «پلییورتان ویسکوالاستیک: سیستم‌های مموری فوم» و «سیستم‌های مموری فوم برای تشک و بالش» را ببینید.
۷. چگالی یعنی چه؟ تفاوت آن با سختی
چگالی جرم فوم در هر متر مکعب است و با kg/m³ بیان میشود. طبق گفته PFA، چگالی نشاندهنده راحتی، پشتیبانی، دوام و هزینه است: فوم با چگالی بالاتر معمولاً ویژگی‌های خود را مدت بیشتری حفظ می‌کند، اما مواد بیشتری مصرف می‌کند و گران‌تر است. فوم انعطافپذیر در بازه بسیار گسترده‌ای از چگالی‌ها، بسته به نوع و کاربرد، تولید میشود.
سختی ویژگی جداگانه‌ای است: با نیروی لازم برای فشردن فوم به میزان مشخص اندازهگیری میشود. برای این کار از روش‌های آزمون استاندارد مانند ISO 2439 یا ASTM D3574 استفاده میشود.
در یک چگالی مشخص، چه چیزی سختی را تعیین می‌کند؟
چگالی و سختی مستقل از هم تنظیم میشوند: PFA بیان می‌کند که فوم با چگالی بالا میتواند نرم و فوم با چگالی پایین میتواند سفت باشد. سختی را فرمولاسیون، نوع فوم و عوامل دیگر شکل میدهند و یک عدد سختی بدون ذکر روش آزمونی که با آن اندازهگیری شده، معنای چندانی ندارد.
| ویژگی | چیست | چرا اهمیت دارد |
|---|---|---|
| چگالی (kg/m³) | جرم فوم در هر متر مکعب | نشاندهنده دوام، پشتیبانی و هزینه است |
| سختی | نیروی لازم برای فشردن فوم به میزان مشخص | حس فوم هنگام نشستن یا دراز کشیدن روی آن |
| بازگشتپذیری | میزان برگشت فوم به حالت اول | با راحتی مرتبط است؛ در مموری فوم بسیار کم است |
| تغییر شکل دائمی فشاری | از دست رفتن دائمی ارتفاع پس از فشرده شدن فوم | دوام در استفاده، مثلاً فرورفتگی ناشی از بدن روی تشک |
۸. مواد اولیه فوم انعطافپذیر را بر اساس کاربرد چگونه انتخاب کنیم؟
از محصول شروع کنید. بیشتر فوم انعطافپذیر تولیدشده در اروپا در لوازم خواب و رویه‌کوبی مبلمان مصرف میشود (EUROPUR)، اما هر کاربرد چیز متفاوتی می‌طلبد.
| کاربرد | مهم‌ترین نکته‌ها | نوع فوم و روش معمول |
|---|---|---|
| کوسن مبلمان | پشتیبانی، راحتی، دوام، الزامات ایمنی آتش | معمولی یا HR؛ فوم بلوکی برش‌خورده به شکل مورد نظر، یا قالبی |
| تشک | پشتیبانی، راحتی، دوام، الزامات انتشار آلاینده و ایمنی آتش | فوم معمولی، HR و مموری، اغلب بهصورت لایه‌لایه؛ فوم بلوکی |
| صندلی خودرو | راحتی، دوام تحت بارگذاری مکرر، الزامات آتش و انتشار آلاینده برای فضای داخلی خودرو | HR (پخت سرد)، قالبی |
| بسته‌بندی | جذب ضربه، شکلی که با کالای بسته‌بندی‌شده جور باشد | فوم بلوکی برش‌خورده به شکل مورد نظر |
چگالی و سختی مناسب به محصول، باری که تحمل می‌کند و نوع فوم بستگی دارد. بهتر است این مقادیر همراه با تأمین‌کننده فوم تعیین شود؛ تأمین‌کننده باید کاربرد و روش تولید را بداند (بخش ۹ را ببینید).
انتخاب بر اساس روش تولید
خط پیوسته فوم بلوکی و خط قالبگیری از سیستم‌های متفاوتی استفاده می‌کنند؛ بنابراین روش تولید بخشی از انتخاب است. سیستم‌هاوس مخلوط را متناسب با فرایند و خط تولید شما فرمول‌بندی می‌کند و تیم فنی ما در این کار از شما پشتیبانی می‌کند. برای صندلی‌ها، سیستم‌های فوم کلدکیور و بلوکی برای صندلی‌ها و برای همه سیستم‌های انعطافپذیر، سیستم‌های فوم پلییورتان انعطافپذیر را ببینید.
۹. هنگام تعیین مواد اولیه فوم انعطافپذیر، به تأمین‌کننده چه اطلاعاتی بدهید؟
تولیدکنندگان فوم مواد اولیه را به دو روش تهیه می‌کنند: بهصورت جداگانه (پلیال، ایزوسیانات و افزودنی‌ها) برای ساختن فرمول خودشان، یا بهصورت سیستم آماده و هماهنگ از یک سیستم‌هاوس. سیستم آماده معمولاً دو جزء دارد: جزء A مخلوط پلیال و جزء B ایزوسیانات است. این نام‌گذاری در ترکیه و اروپا رایج است؛ در آمریکای شمالی این حروف اغلب برعکس‌اند، پس برچسب بشکه‌ها را مبنا قرار دهید. گزینه‌های خرید را در راهنمای ما با عنوان خرید سیستم‌های پلییورتان از ترکیه توضیح داده‌ایم. JiTPOL یک سیستم‌هاوس پلییورتان در بورسا است که سیستم‌های انعطافپذیر، ویسکوالاستیک و سیستم‌های دیگر را توسعه می‌دهد و تأمین می‌کند.
از هر تأمین‌کننده‌ای که بپرسید، این اطلاعات را بدهید:
| اطلاعاتی که به تأمین‌کننده می‌دهید | چرا اهمیت دارد |
|---|---|
| محصول و کاربرد: کوسن، لایه تشک، صندلی خودرو یا بسته‌بندی | نوع فوم و بازه چگالی و سختی را تعیین می‌کند |
| روش و تجهیزات تولید: خط فوم بلوکی یا قالب | سیستم باید با شرایط فرایند خط شما سازگار باشد |
| چگالی و سختی هدف و روش اندازهگیری آنها | فوم‌هایی با چگالی یکسان می‌توانند نرم یا سفت باشند و مقادیر حاصل از روش‌های مختلف را نمی‌توان مستقیماً با هم مقایسه کرد |
| نوع فوم: معمولی، HR یا مموری | بازگشتپذیری و دوام را تعیین می‌کند |
| الزامات آتش و انتشار آلاینده در بازار هدف شما | فوم قابل اشتعال است (EUROPUR). آزمون‌های آتش روی محصول نهایی، مثلاً فوم همراه با روکش آن، انجام میشود و عبارت «دیرسوز» به‌تنهایی یک رده آتش نیست |
| مقدار ماهانه، بسته‌بندی و اسناد (برگه اطلاعات فنی، برگه اطلاعات ایمنی) | امکان برنامه‌ریزی تأمین و بررسی کار ایمن را فراهم می‌کند |
پرسش‌های متداول
مواد اولیه فوم انعطافپذیر چیست؟
فوم انعطافپذیر پلییورتان (فوم PU) از یک پلیال، یک ایزوسیانات (بیشتر TDI) و آب ساخته میشود و به آنها کاتالیزورها، سورفکتانت و در صورت نیاز افزودنیهایی مانند دیرسوزکنندهها یا رنگدانهها اضافه میشود. بخش عمده مخلوط را پلیال و ایزوسیانات تشکیل میدهند.
فوم انعطافپذیر چگونه ساخته میشود؟
اجزا دوزبندی و مخلوط میشوند و مخلوط فوم میشود، بالا میآید و سفت میشود. فومشدن مخلوط ناشی از دیاکسید کربن است که هنگام واکنش ایزوسیانات با آب آزاد میشود. فوم بلوکی بهصورت یک بلوک بزرگ روی خط پیوسته تولید و بعداً بریده میشود؛ فوم قالبی درون یک قالب بسته ریخته میشود و قطعه نزدیک به شکل نهایی خود بیرون میآید.
چگالی در فوم یعنی چه؟
چگالی جرم فوم در هر متر مکعب (kg/m³) است. طبق گفته PFA نشاندهنده دوام، پشتیبانی و هزینه است، اما سختی را تعیین نمیکند: فوم با چگالی بالا میتواند نرم و فوم با چگالی پایین میتواند سفت باشد. سختی جداگانه اندازهگیری میشود، مثلاً با ISO 2439.
مموری فوم (فوم ویسکو) چیست؟
مموری فوم یک فوم پلییورتان ویسکوالاستیک است که پس از فشرده شدن بهآهستگی به حالت اول برمیگردد. بازگشتپذیری آن بسیار کم است، رفتارش به دما بستگی دارد و معمولاً با گرمای بدن نرم میشود. این فوم در سال ۱۹۶۶ در چارچوب قراردادی با NASA برای بهبود حفاظت و راحتی صندلی هواپیما توسعه یافت و در تشک، بالش و کوسنهای پزشکی به کار میرود. میتوان آن را با TDI یا MDI ساخت.
فوم HR چیست؟
HR مخفف عبارت انگلیسی high resilience به معنای بازگشتپذیری بالا است. فوم HR بازگشتپذیری بیشتری از فوم معمولی و معمولاً پشتیبانی و دوام بهتری دارد. فوم قالبی پخت سرد (کلدکیور) که امروز فرایند غالب قالبگیری در جهان است، فوم HR نیز نامیده میشود و فوم HR بهصورت بلوکی هم تولید میشود. در صندلی خودرو، تشکهای رده بالا و مبلمان رویهکوبیشده به کار میرود.
تفاوت فوم بلوکی و فوم قالبی چیست؟
فوم بلوکی بهصورت یک بلوک بزرگ روی خط پیوسته تولید و سپس به ورق یا قطعات شکلدار بریده میشود؛ در تشک و مبلمان رایج است. فوم قالبی برای هر قطعه در قالب بسته ساخته میشود و نزدیک به شکل نهایی خود بیرون میآید. قالبها گراناند؛ به همین دلیل قالبگیری بیشتر برای حجمهای بالا، مانند صندلی خودرو، به کار میرود.
برای مبلمان از فوم با چه چگالی‌ای باید استفاده کرد؟
یک مقدار درست واحد وجود ندارد. چگالی مناسب به محصول، باری که تحمل می‌کند، نوع فوم و عمر مفید مورد انتظار بستگی دارد؛ چگالی بالاتر معمولاً بیشتر دوام می‌آورد اما گران‌تر است. مقدار هدف را همراه با تأمین‌کننده فوم خود تعیین کنید. تیم فنی JiTPOL میتواند در این کار کمک کند و جزئیات در برگه اطلاعات فنی سیستم انتخاب‌شده آمده است.
منابع
- EUROPUR: پرسش‌های متداول فوم PU انعطافپذیر (به انگلیسی)
- EUROPUR: مواد اولیه (به انگلیسی)
- EUROPUR: فوم پلییورتان چیست؟ (به انگلیسی)
- EUROPUR: برگه اطلاعات مواد، فوم پلییورتان انعطافپذیر (به انگلیسی)
- EUROPUR: فوم پلییورتان انعطافپذیر برای تشک (به انگلیسی)
- PFA: فوم پلییورتان چیست؟ (به انگلیسی)
- PFA: عملکرد فوم (به انگلیسی)
- PFA: نمونه موردی مبلمان (به انگلیسی)
- PCC: پلی‌ال‌ها برای فوم‌های انعطافپذیر (به انگلیسی)
- بولتن PFA: اهمیت چگالی (به انگلیسی)
- بولتن PFA: روش‌های آزمون فوم و آزمون‌های اشتعال‌پذیری (به انگلیسی)
- Euromoulders: پلییورتان قالبی (به انگلیسی)
- برگه اطلاعاتی ISOPA: فوم انعطافپذیر ری‌باند (به انگلیسی)
- ویکی‌پدیا: پلییورتان
- ویکی‌پدیا: فوم حافظه‌دار
- NASA Spinoff 2005: فوم چهل‌ساله با مزایای تازه بازمی‌گردد (به انگلیسی)
- ISO 2439:2008: تعیین سختی (روش فرورفتگی) (به انگلیسی)
- Efectis: روش‌های آزمون اشتعال‌پذیری مبلمان (به انگلیسی)
- مقررات کمیسیون اروپا (EU) 2020/1149 (دی‌ایزوسیانات‌ها، پیوست XVII مقررات REACH) (به انگلیسی)