可靠地模拟聚氨酯发泡过程

2018年11月27日09:19 来源：环球聚氨酯网

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汽车座椅、床垫和绝缘材料通常由聚氨酯泡沫制成。液体聚合物的发泡是一个复杂的过程。目前，弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer)的研究已经能够模拟出这种材料的发泡行为，并对其进行可靠的表征。这种模拟也适用于塑料泡沫与纺织结构结合的复合材料。

聚氨酯泡沫——简称PU泡沫——在我们的日常生活中扮演着重要角色，尽管我们可能并没有意识到它们的存在。我们每天坐在这种材料上面，或躺在上面：例如，汽车座椅和床垫都是由柔软的聚氨酯泡沫制成的。另一方面，硬质聚氨酯泡沫也被用于建筑绝缘保温材料。泡沫材料性能的预测和表征是非常复杂的，实验分析结果往往会导致错误的参数。

更好地规划新产品线

特别有趣的是以下问题：初始液体如何转化为泡沫?泡沫的特点是什么?位于凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所(Fraunhofer ITWM)的研究人员现在能够为这些问题提供可靠的回答，并为聚氨酯泡沫塑料产品制造商提供所用聚合物的良好表征，使他们更容易规划新的产品线。这最好使用一个例子来解释，例如汽车座椅。在这种情况下，有些部分需要更加坚硬，有些部分需要更加柔软。制造商通过注入具有不同特性的泡沫来实现这一点。他们使用液体聚合物混合物作为起始材料，将其注入合适的模具中：快速但复杂的化学过程就开始了。在几秒钟内，两种液体乳剂转变成复合聚合物泡沫。但两种不同的物质究竟是如何发泡的呢?它们是否具有所需的特性，是否按预期扩散到适当的区域?Fraunhofer ITWM部门负责人Konrad Steiner博士解释说：“我们不是从化学开始，去通过实验确定许多独立实验中的反应速率和粘度等所有参数，而是进行两到三个简单的实验 - 例如在烧杯中发泡。我们在电脑上逐个模拟这些实验。”

这些实验建立了FOAM发泡模拟工具所需的模型参数，该工具在模拟的基础上计算泡沫的发泡行为。结果对具体应用具有较强的稳定性和可靠性。研究人员不再需要在单独的实验中分别确定每个表征参数，这可能导致不精确的数值，而是可以用最少的努力快速获得可靠的发泡过程数据。

Steiner 说：“制造商通常使用三到四种不同的泡沫——对于新产品，他们通常只是改变泡沫的组合和最终的几何形状，”斯坦纳说。一旦弗劳恩霍夫的研究人员通过模拟对聚氨酯泡沫进行了表征，这就为新产品提供了一个很好的起点。制造商可以将他们收到的泡沫数据输入到FOAM模拟工具中，并模拟每种新产品和每种新几何形状如何在发泡过程中传输泡沫质量和热量。就汽车座椅而言，他们可以精确地找出将两种泡沫相互注入的方法，从而在正确的位置获得理想的区域性能。

利用FOAM发泡模拟工具识别参数和模拟泡沫的方法已经建立，多个项目已经与不同的客户进行了合作。

聚氨酯泡沫复合材料

制造商通常依赖复合材料中的聚氨酯泡沫，例如用于汽车支撑结构的聚氨酯泡沫，这种复合材料必须既稳定又轻便。在这个应用中，其他增强材料，如纺织品被集成到泡沫中。如果强行弯曲，硬质泡沫板可能会断裂，而集成纺织品的泡沫板很容易承受这些力。然而，聚合物乳液的流动行为改变，因为模具中的织物结构自然地对其起作用，导致泡沫形成动力学和泡沫结构的变化：泡沫变小，泡沫变得更致密。

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