A- og B-komponentene doseres til de sylindriske kamrene ved lavt trykk. Under slaget øker trykket i sylindrene til den forhåndsinnstilte behandlingsverdien, ved hvilket punkt trykkstyrte injeksjonsdyser åpnes og prosessen begynner. Plungerne drives vanligvis hydraulisk. Størrelsen på de to sylindrene gjør at reaksjonsmaterialene kan tømmes med et enkelt slag av stempelet. Maskinen kan håndtere svært viskøse og fyllerkomponenter med en strømning på opptil 10 kg/s. Standard høytrykks RIM-maskiner er generelt ikke egnet for produksjon av fiberforsterkede komposittsystemer. Spesielle teknologier, som Long Fiber Injection (LFI), Composite Spray Molding (CSM) og Reinforced Reaction Injection Molding (R-RIM), ble spesielt utviklet for dette formålet. Glassfibermatteforsterkede kompositter kan produseres ved hjelp av Resin Transfer Molding (RTM) eller Structural RIM (S-RIM). Profiler som inneholder kontinuerlige glassfiber kan produseres med pultrusjonsprosessen.

For storskala polyuretanbehandling kreves det anlegg for lagring og håndtering av råmaterialer, støpeutstyr, doseringsenheter og dispenseringssystemer. Polyisocyanat og polyol leveres i tromler (200 – 250 kg), Intermediate Bulk Containers (IBC-er; ≈ 1,2 t) eller tankbiler (≈ 23 t). I større anlegg lagres råmaterialene i tankgårder, som vanligvis har par av lagringstanker for isocyanat og polyol, med volumer som varierer fra ca. 15 til 30 m3. Startkomponentene lagres i lukkede systemer for å beskytte dem mot fuktighet og temperatursvingninger. Spesiell oppmerksomhet må rettes mot lagringsforholdene for isocyanat for å unngå krystallisering og dannelse av faste stoffer. Materialene overføres fra de store lagringstankene til de betydelig mindre arbeids- eller dagtankene ("day tank"). Her pumpes væskene gjennom premikseringsstasjoner, hvor tilleggskomponenter, som tensider og katalysatorer, kan tilsettes. I dagtankene blir reaksjonskomponentene forberedt for videre prosessering.

Formene som brukes i polyuretanproduksjon må oppfylle flere krav. De skal motta og fordele reaksjonsblandingen, opprettholde temperaturen, tåle trykket, hindre materialtap og redusere dannelsen av flash, unngå luftinneslutning og feste innsettinger ved behov. Moldtemperaturen er avgjørende for kvaliteten på det ferdige produktet. Kalde former forsinker overflatesherdingen, noe som kan føre til dannelse av sprø og tette skinn og dårlig vedheft til substrater. Derfor varmes formene vanligvis opp før kampanjen begynner. I løpet av dagen kan imidlertid formene varmes opp på grunn av de eksoterme reaksjonene. Når formoverflatens temperatur blir for høy, kan blåsingsmiddelet fordampe for tidlig, noe som resulterer i dannelse av underliggende hulrom og blåseshull. Derfor inneholder formene ofte kjøleenheter for å avlede varmen. Trykket i en lukket form øker betydelig og kan, avhengig av overpakking, nå 100 kPa eller mer. Derfor er formene og formbærerne vanligvis utformet for å tåle opptil 200 kPa, noe som tilsvarer et klemmekraft på omtrent 20 tonn for en middels stor form på 1 m². Under støpeprosessen må innestengt luft kunne slippe ut. Dette oppnås ved ventileringshull, vanligvis plassert øverst eller langs delingslinjene i formen.

Ved produksjon av PU-flexible og mikrocellulære skum, kan det være nødvendig med stivere for applikasjoner som ratt og hodestøtter. Innsettingene kan være en metallramme eller en formet termoplastdel. Formene utstyres med festepunkter for å holde innsettingen på plass under støping av PU-skum. In-mold-dekorasjon av PU-deler kan utføres etter produksjon som et etterbehandlingssteg. Dette kan utelates ved bruk av In-Mold Coating (IMC)-teknologi. En belegg sprayes på formoverflaten før den reaktive væsken tilsettes. Ved avforming overføres belegget fra formen til PU, og fungerer dermed både som slipemiddel og dekorativt element for PU-delen. Dashbord består av semi-stivt skum som støttes av en stiv innsats og dekkes av et dekorativt skinn. Den stive innsatsen festes vanligvis til den øvre delen av formen, mens det forformede skinnet plasseres og holdes på plass i den nedre delen av formen. Formen lukkes, og PU-skum injiseres i hulrommet mellom de to substratene. Dette er en lukket form-injeksjon, men åpen form-injeksjonsteknologi brukes også. Etter tilstrekkelig herding kan dashbordet fjernes fra formen. Denne teknologien kalles også pour-behind-teknologi.

For å øke produktiviteten og redusere kostnadene, ordnes formene slik at en enkelt dispenser kan betjene flere former. Disse formene kan festes til et fast eller roterende bord. Faste bord brukes primært med åpne former, der miksehode er plassert over formen og følger et hellesmønster for å fylle en form etter en annen. Roterende bord kan imøtekomme mer enn 20 former. Miksehode er stasjonært, og formene beveges til og fra det.

De mest brukte doseringsenhetene er tannhjul-, plunger-, stempel- og aksialstempelpumper. Tannhjulspumper kan kjøres ved forskjellige trykk og håndtere svært viskøse og fyllstoffholdige komponenter. På inntakssiden av en tannhjulspumpe fanges væsken og transporteres i lommene mellom tennene på to roterende tannhjul, og slippes deretter ut på utløpssiden av pumpen. Tannhjulens driftshastighet styrer utgangen. Plunger- og stempel-pumper virker ved at den sylindriske kammerets arbeid volum reduseres og utvides av plunger eller stempel, som er eksentrisk festet til en rotor, og får det til å bevege seg opp og ned ved rotasjon. Under sugeslaget øker volumet i sylinderen, og væsken suges inn via en enveisklaff. Volumet reduseres ved andre enveisklaff under kompresjonsslaget, og væsken presses i pumpens retning.

Den primære forskjellen mellom en plunger- og stempel-pumpe ligger i teknikken som brukes for å forsegle sylinderen. I en plungerpumpe er tetningen stasjonær ved den ene enden av sylinderen, og plungren beveger seg gjennom tetningen ved hvert slag. I motsetning til dette er tetningen festet til stempelet i en stempel-pumpe, som beveger seg innenfor sylinderen. Plungerpumper kan håndtere trykk på opptil 2000 bar.

Axialstempelpumper jevner ut den periodiske pumpingen av ett stempel. Disse pumpene inneholder flere stempler, vanligvis syv, som er arrangert i et sirkulært mønster innenfor den roterende sylinderen. Stemplene er festet til en fast plate som er plassert i en vinkel til sylinderen, kjent som kamvinkelen. På grunn av den angulære geometrien beveger stemplene seg sinusoidalt når sylinderen roterer.

Hvordan prosesseringsteknologi påvirker produksjonen av laminert skum og paneler

Den teknologiske utviklingen av prosessering av polyuretan (PU)-laminerte paneler har ført til forbedrede metoder for både kontinuerlig og diskontinuerlig produksjon. Begge prosessene har sine fordeler, avhengig av applikasjonens spesifikasjoner og produksjonsvolumer. Diskontinuerlig prosessering, som gir større designfleksibilitet, er spesielt gunstig for små produksjonsvolumer eller spesialapplikasjoner, som for eksempel produksjon av garasjeporter. Her benyttes hydrauliske presser for å forme panelene, der ansiktene på panelet festes ved at et vakuum påføres gjennom små åpninger i formens overflate. Moldene varmes opp til 30–40 °C for å fremme herding av overflaten og sikre god vedheft til ansiktene.

En utfordring ved diskontinuerlig prosessering er at reaksjonsmiksen som først helles i formen, kan ha begynt å ekspandere før den siste miksen er tilsatt. Dette kan føre til at den friske reaksjonsmiksen blir overkjørt av den ekspanderende skumblandingen, noe som igjen kan resultere i skumfeil eller dårlig tetthet langs panelet. For å motvirke dette, økes mengden katalysator gradvis under sprøytingstiden, noe som sikrer at reaktiviteten til blandingen øker jevnt langs panelet i løpet av hellingen. Dette gjør at reaksjonsmiksen begynner å kremere samtidig over hele lengden på formen og gir et jevnt, homogent panel.

I kontinuerlig produksjon benyttes en dobbel transportbåndlaminator, der både det øvre og nedre ansiktet på panelet mates inn fra hver sin side av laminatoren. Her kommer reaksjonsmiksen i kontakt med det nedre ansiktet, og når skummet har nådd sitt maksimale ekspansjonsnivå, treffer det det øvre ansiktet. Denne prosessen sikrer at skummet herdes i den oppvarmede laminatoren, og etter tilstrekkelig herding, kuttes den kontinuerlige platen til ønsket størrelse før den stables. Temperaturen i laminatoren holdes vanligvis på rundt 40 °C for PU-paneler, men for PIR-skum økes temperaturen til omtrent 60 °C for å fremme dannelsen av isosyanurat på overflatene.

De mest brukte fysiske blåsemidlene i Europa og Asia er pentan, der n-pentan ofte benyttes på grunn av kostnadshensyn. Pentan mates direkte inn i miksehode, og for å sikre effektiv blanding av polyol og polyisocyanat, må viskositeten på komponentene være relativt lav (<5000 mPa·s). Moderne laminatorer har høyere hastigheter og benytter spesialiserte teknologier for å fordele reaksjonsmiksen over hele bredden av laminatoren.

Når det gjelder produksjon av isolasjonsplater, benyttes en rekke forskjellige ansiktsmaterialer, som tynne aluminiumfolie, kraftpapir og belagte glassmatter. Isolasjonsplater brukes hovedsakelig i byggeapplikasjoner, som vegg-, gulv- og takisolasjon. Metall sandwichpaneler, ofte brukt i industribygg, har ansikter laget av stål eller aluminium som profileres for å øke panelenes stivhet. Profileringen skjer ved at ansiktene trekkes gjennom faste profileringsruller.

I apparatproduksjon er effektivitet avgjørende, og PU-skumets lave termiske ledningsevne gjør det mulig å redusere veggtykkelsen, noe som gir mer brukbar plass i skapene. Her brukes diskontinuerlig produksjon med høytrykksmiksing og lagringstanker. De fysiske blåsemidlene som vanligvis benyttes i Europa, er syklo-pentan, og for å redusere skumtettheten, kombineres syklo-pentan med lavkokende blåsemidler som isopentan eller isobutan. For å oppnå en jevn fylling av skapene, benyttes avanserte fyllingsteknologier, som dynamisk injeksjon, som gjør at utgangen varieres under sprøytingstiden.

For å sikre et optimalt resultat ved produksjon av apparater, benyttes ofte den såkalte "face-up pouring"-prosessen, der skapet ligger på ryggen, og reaksjonsmiksen helles fra siden inn i kompressorområdet. Denne metoden gir en jevn fordeling av skummet og korte flyvebaner, som igjen tillater bruk av systemer med høyere reaktivitet.

Det er viktig å merke seg at energiytelsen til apparater ikke kun måles i forhold til dens isolasjonsegenskaper, men også tar hensyn til skumfeil som dårlig formfylling og tetthetsvariasjoner. En vanlig testmetode for å vurdere energieffektiviteten er "Reverse Heat Leakage" (RHL)-testen.

Endtext

Hvordan justeringer i katalysatorer og polyoler påvirker fleksible skumprodukter

Fleksible skumprodukter kan tilpasses i henhold til forskjellige parametere som katalysatorer, polyoler, isocyanater og deres sammensetning. Alle disse faktorene har en direkte innvirkning på skumproduktets struktur og ytelse, som stabilitet, styrke, og elastisitet. Spesielt er forholdet mellom gelreaksjoner og blåseprosesser avgjørende for skumets endelige egenskaper.

Katalysatorer spiller en viktig rolle i styringen av polymerkjedens masse under isocyanatkonvertering. Ved å manipulere forholdet mellom gelreaksjoner og blåseprosesser kan man oppnå ønsket polymerstyrke. Økt gel-til-blåse-forhold fører til en brattere oppbygging av gel, noe som gir økt stabilitet ved celleåpning, men kan også gjøre skummet for stabilt, noe som kan hindre membranbrudd og føre til et tettere skum. På den annen side, ved å redusere dette forholdet, får man en lavere gelopphbygging og et lettere skum med redusert stabilitet.

Reaktiviteten til polyolene har også en betydelig innvirkning på skumets egenskaper. Polyoler med høyere funksjonalitet og reaktivitet fremmer en raskere utvikling av gel, som igjen gir bedre stabilitet til skummet. De fleste fleksible polyoler er trefunksjonelle, men tilgjengelige polyoler kan variere i funksjonalitet, noe som gjør det mulig å justere den gjennomsnittlige funksjonaliteten i polyolblandingen. Polyolenes reaktivitet er også relatert til deres primære hydroksylinnhold, som bestemmes av etylenoksidkappen. Økt lengde på denne kappen vil igjen forbedre skumstabiliteten ved celleåpning.

Indekssvingninger og isocyanatsammensetning påvirker også skummets egenskaper. Økt isocyanatindeks resulterer i dannelsen av flere og lengre urea-oligomerer, som reduserer deres løselighet i den reaktive blandingen og fører til tidlig fase-separasjon og fysisk gelering. Dette kan igjen føre til redusert skumstabilitet. Isocyanatsammensetningen spiller også en rolle i stabiliteten, ettersom symmetriske isocyanater (som 2,6-TDI eller 4,4ʹ-MDI) danner sterkere intermolekylære interaksjoner sammenlignet med asymmetriske isocyanater. Økt innhold av symmetriske isocyanater fører til redusert stabilitet ved fysisk gelering og celleåpning.

Skummets morfologi og polymerhardhet er nært knyttet til dannelsen av harde og myke domener under spinodal fase-separasjon. Disse domenene gir skummet dets struktur, med de harde områdene som utgjør stivere, glasslignende egenskaper, mens de myke områdene bidrar til fleksibilitet. Skumets modul (G) kan forutses ved hjelp av et uttrykk utviklet av Davies, som tar hensyn til volumfraksjonene og modulusene til de harde og myke fasene. I praksis har hardheten til skummet en høyere korrelasjon med innholdet av harde blokker, og polymerens modulus øker betydelig med økningen i hardblokkinnhold.

Modul-temperatur oppførselen til fleksible skumprodukter er også viktig for å forstå deres oppførsel under forskjellige forhold. Når temperaturen synker, får skummet glass-lignende egenskaper, og når temperaturen stiger, blir skummet mer elastisk og mindre stivt. Det er et bredt spekter mellom overgangen fra myk til hard fase, og dette gjenspeiles i skummets viscoelasticitet, som er av stor betydning for dets ytelse ved forskjellige temperaturer.

For å oppnå de ønskede egenskapene i et fleksibelt skumprodukt, er det derfor avgjørende å nøye vurdere og kontrollere forholdene som katalysatorer, polyolens funksjonalitet, isocyanatindeks og sammensetning, samt morfologien og hardheten til polymeren. Ved å justere disse parametrene kan man oppnå skum med optimale fysiske egenskaper for spesifikke anvendelser, enten det gjelder isolasjon, emballasje eller møbelindustrien.

Hvordan innholdet av harde blokker påvirker egenskapene til elastomerer i polyuretaner

Polyuretanbaserte elastomerer er mye brukt på grunn av deres fleksibilitet, slitestyrke og tilpasningsevne til forskjellige applikasjoner. En av de viktigste faktorene som påvirker de mekaniske egenskapene til disse materialene er innholdet av harde blokker i polymerstrukturen. Hardfasene fungerer som forsterkende elementer og kan dramatisk endre materialets elastiske og mekaniske egenskaper, avhengig av deres volumfraksjon og distribusjon.

Harde domener i polyuretanene fungerer som stive forsterkninger som kan gi økt styrke og elastisitet under belastning. Men de må være tilstrekkelig store for å kunne motstå spenning effektivt. Når volumfraksjonen av de harde domenene er over 20%, kan de fungere som effektive forsterkere. Under dette nivået blir de harde domenene for små til å motstå påkjenninger, og materialet mister styrken. Dette er fordi de harde domenene gjennomgår krystallisering under belastning, noe som gjør at de kan tilpasse seg stressfeltet og samtidig bidra til energidemping under deformasjonen. Økningen i volumet av de harde domenene, som kan være på opptil 20% ved belastning, skyldes hovedsakelig denne stressinduserte krystalliseringen.

Når stresset øker ytterligere, begynner de harde blokkene å trekkes ut fra de harde domenene, noe som til slutt fører til at materialet mister evnen til å motstå ytterligere belastning og eventuelt brister. Dette viser hvordan polyuretaner kan strekke seg betydelig så lenge de harde domenene er til stede, og hvordan materialet til slutt svikter når alle harde faser er uttømt.

En annen viktig aspekt av polyuretaners egenskaper er hvordan hardblokkinholdet påvirker deres morfologi og mekaniske ytelse. Når hardblokkinholdet er lavt, er de harde domenene spredt i den kontinuerlige polyolfasen, og elastomeren har relativt lav styrke. Når hardblokkinholdet økes, oppstår en bi-kontinuerlig morfologi, hvor både harde og myke domener er til stede i en kompleks struktur. Denne strukturen gir elastomerene både styrke og fleksibilitet, og det er i dette intervallet, mellom 20% og 40% hardblokkinhold, at elastomerene har den beste elastisiteten og holdbarheten.

Derimot, når hardblokkinholdet overstiger 60%, skjer en faseinversjon, og de harde domenene blir dominerende, og materialet mister sin elastisitet. Elastomerene blir da harde og sprø, og deres evne til å strekke seg og motstå deformasjon reduseres kraftig. Dette er et viktig faktum å forstå for alle som jobber med polyuretanbaserte materialer: å finne den optimale balansen mellom myke og harde domener er avgjørende for å oppnå ønsket ytelse.

Et annet viktig fenomen er hvordan endringer i hardblokkinholdet påvirker de mekaniske egenskapene til elastomerene over tid og ved forskjellige temperaturer. Økningen i hardblokkinhold gir ikke bare bedre styrke ved høyere temperaturer, men den resulterer også i en bredere glassovergangstemperatur for den myke fasen. Dette innebærer at elastomerene kan operere ved høyere temperaturer uten å miste sine elastiske egenskaper.

I tillegg til den direkte effekten på mekaniske egenskaper, kan økningen i hardblokkinholdet føre til at de harde domenene får en mer betydelig innvirkning på materialets plastiske deformasjon. Dette er viktig for å forbedre materialets motstand mot brudd og øke elastomerens slagfasthet og holdbarhet. Samtidig fører dette til at materialet blir mer motstandsdyktig mot både strekk og kompresjon, noe som er avgjørende i applikasjoner som krever høy mekanisk styrke.

I TPUs (termoplastiske polyuretaner) er det mulig å variere hardblokkinholdet for å oppnå spesifikke egenskaper som er ønsket for ulike bruksområder. For eksempel, i applikasjoner som krever høy fleksibilitet, som skotøy og slanger, vil TPUs med lavere hardblokkinhold være mer passende. På den annen side, for applikasjoner som krever høy termisk stabilitet og mekanisk styrke, som kabler og båndbeskyttelse, vil et høyere hardblokkinhold være mer fordelaktig.

De mekaniske egenskapene til TPUs kan også tilpasses gjennom produksjonsmetoder som reaksjonsekstrudering eller støping, avhengig av de ønskede egenskapene til det endelige produktet. I produksjonsprosessen spiller graden av fase separasjon, som bestemmes av hardblokkinholdet, en nøkkelrolle i å bestemme materialets styrke, elastisitet og varmebestandighet.

Det er også viktig å merke seg at TPUs kan produsere ulike hardhetsgrader (fra 50 Shore A til 75 Shore D), som avhenger direkte av sammensetningen av materialene og produksjonsprosessen. I tilfelle støpte elastomerer kan lang åpningstid og rask demolding være nødvendig for å oppnå ønskede egenskaper. Dette kan oppnås ved hjelp av katalysatorer som aktiveres ved spesifikke temperaturer, og som påvirker både reaksjonstiden og den endelige polymerstrukturen.

Hvorfor bør vi bruke dynamiske kretser i lavtemperaturer?
Hvordan forberede seg til møter og bidra effektivt
Hvordan beregne bøyningsbevegelser for en fast støttet Euler-Bernoulli-bjelke under en konstant belastning
Hvordan sannsynlighet og statistikk er grunnleggende for maskinlæring
Hvordan manipulere med noe som aldri skulle ha eksistert?