ما هو البولي يوريثين (PU)؟ أين يتم استخدام مادة البولي يوريثان؟
بدأ اكتشاف كيمياء اليوريثان في عام 1849. في تلك السنوات، اكتشف فورتز وهوفمان تفاعلًا يشتمل على مركب الإيزوسيانات والهيدروكسيل. في عام 1937، د. وقد قام Otto Bayer بتكييف رد الفعل هذا مع الاستخدام التجاري. وقد بدأ ببطء استبدال النايلون، الذي كان مفضلاً في العالم الصناعي قبل هذه العملية، ببوليمرات اليوريثان القائمة على البوليستر. مع بداية الحرب العالمية الثانية، سمح الانخفاض في استخدام المواد الرئيسية مثل المطاط بسبب محدودية الموارد بتطوير مواد البولي يوريثان للألياف والرغاوي والطلاءات.
تشكل البولي يوريثان، التي تستخدم في إنتاج العديد من المنتجات في أماكن معيشتنا اليوم وتشكل إحدى أهم فئات البوليمرات، مجموعة بوليمر تحتوي على مجموعات ثنائي إيزوسيانات وديول بنسب ومجموعات مختلفة في بنيتها. السبب في أن مادة البولي يوريثين هي مجموعة البوليمر الأكثر تفضيلاً؛ يتم الحصول عليه من المونومرات السائلة في عملية سهلة مع متطلبات طاقة منخفضة. كما أنها تشكل مجموعة منتجات واسعة النطاق، بدءًا من اللدائن المرنة الخطية وحتى الرغاوي الصلبة المتصلبة بالحرارة.
ما هو البولي يوريثين (PU)؟
يتم تشكيل مادة البولي يوريثين عن طريق تفاعل البوليول مع ثنائي إيزوسيانات في وجود محفزات وإضافات مناسبة.
- المكون (المكون أ): البوليول
- المكون (المكون ب): الإيزوسيانات
البوليول: وهو عبارة عن خليط من البوليولات والمحفزات القائمة على البولي إيثر أو البوليستر والسيليكونات والملونات وعوامل النفش والمواد الكيميائية الأخرى المضافة إليها بنسب مناسبة. تحمل هذه الخلائط الهيدروكسيل الحر (OH) في بنيتها.
ايزوسيانات وهي مواد كيميائية تتفاعل طاردة للحرارة مع نظام البوليول عند مزجها معه وتحمل NCO حراً. يتم التعرف على الإيزوسيانات وتسميتها وفقًا لعدد ضباط الصف الذين يحملونها.
What is Polyurethane (PU) Foam and Why is it Used?
Polyurethane foam is obtained by mixing polyurethane systems in a certain ratio. This material is used to provide high levels of heat, sound or water insulation.
What Are Polyurethane Foam Types?
هناك العديد من الأنواع المختلفة من رغاوي البولي يوريثان اعتمادًا على خصائصها مثل الصلابة والمرونة وملمس السطح. إن حقيقة إمكانية إنتاجه بالأشكال والأحجام المطلوبة قد مكنته من الحصول على مجال تطبيق واسع جدًا. يتم تصنيف رغاوي البولي يوريثان من الناحية الهيكلية على أنهارغاوي البولي يوريثان الصلبة، ورغاوي البولي يوريثان المرنة، ورغاوي البولي يوريثان شبه الصلبة، ورغاوي البولي يوريثان المرنة، ورغاوي البولي يوريثان الرشية إلخ. يتم فصلهما كما .
ما هو الفرق بين رغوة البولي يوريثان المرنة ورغوة البولي يوريثان الصلبة؟
رغاوي البولي يوريثان المرنة (PUR) عبارة عن بوليمرات مشتركة ذات خلايا مفتوحة ومُرغاة كيميائيًا أو فيزيائيًا مكونة من ثنائي إيزوسيانات تحتوي على مجموعتين أو أكثر من مجموعات -NCO وبوليولات تحتوي على مجموعتين أو أكثر من مجموعات -OH مرتبطة بمجموعات يوريتان. ويمكن أيضًا تعريفها على أنها رغاوي البولي يوريثان ذات الخلايا المفتوحة ذات الحجم المحدود للتمدد وإعادة التشكيل. تتميز رغاوي البولي يوريثان المرنة بأنها خفيفة وقوية ومريحة للغاية. يتم استخدامه في العديد من القطاعات المختلفة، وخاصة في المراتب والأثاث والسيارات.
تتمتع رغاوي البولي يوريثان الصلبة بمعامل توصيل حراري (لامدا) أقل بكثير من المواد العازلة الأخرى مثل الخشب والصوف الصخري والبوليسترين، وذلك بفضل محتواها العالي من الخلايا المغلقة والغازات العازلة التي تحتوي عليها. ولذلك، فإن العزل الحراري الذي توفره رغاوي البولي يوريثان الصلبة أعلى بكثير من مواد العزل الأخرى. يتم استخدامه في العديد من القطاعات المختلفة، بدءًا من العزل الحراري للمباني والسخانات والمبردات وحتى إنتاج المنتجات الخشبية المقلدة لأغراض الديكور.
في أي القطاعات يتم استخدام مادة البولي يوريثين؟
يمكن استخدام مجموعة واسعة من ثنائي إيزوسيانات والبوليولات في إنتاج البولي يوريثان. وهذا يوفر مجموعة واسعة من المنتجات لتلبية احتياجات التطبيقات الخاصة في العديد من القطاعات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن حقيقة سهولة معالجته وتشكيله ماديًا، وتمتعه ببنية صلبة ومرنة، تسمح باستخدامه بمعدل مرتفع في المناطق الصناعية.
تتميز رغاوي البولي يوريثان بمعامل توصيل حراري منخفض. مع هذه الميزة، توفر رغاوي البولي يوريثان خصائص عزل ممتازة. وهو مفضل بشكل متكرر أكثر من المنتجات التقليدية كمادة عازلة في العديد من القطاعات بدءًا من حماية الأغذية من التلف في قطاع التبريد إلى استهلاك الطاقة والحرارة في عزل المباني.
السبب الرئيسي وراء تفضيل مادة البولي يوريثين على المنتجات التقليدية هو أنه من خلال تغيير المواد الخام والنسب المستخدمة، يمكن الحصول على منتجات ذات خصائص مختلفة جدًا وأشكال وأحجام مختلفة.
- صناعة الأحذية
Polyurethane is highly preferred in the footwear industry as it meets the main criteria sought in the production of soles, slippers and insole with its properties such as comfort, flexibility, durability and lightness. It is used in a wide range of areas within the sector, from the production of low density slipper soles to the production of worker shoe soles that require high flexibility and durability.
- Building and Insulation Sector
Polyurethane is mostly used for thermal insulation in buildings and structures. Thanks to its thermal insulation and airtightness, it traps heat in the environment. For this purpose, it is produced as plates, sandwich panels and pipe sections or used as spray polyurethane foam by spraying method in the construction area. Polyurethane foam provides energy savings by adding high insulation performance to buildings with its low conductivity feature.
Polyurethane has fire prevention feature. According to the new European norms, it is a product in fire class E (difficult flammable material). This feature increases the fire resistance in buildings. In addition, polyurethane is used for waterproofing purposes as coating, protection, adhesive and filling materials in buildings and structures. Therefore, it is possible to use polyurethane-based materials in almost every part of a building from the foundation to the roof.
- قطاع الأثاث
Polyurethane is frequently preferred in the furniture industry thanks to its long life, easy shaping, paintability, lightness and ease of application.
Esnek poliüretan köpük ailesinden HR (High Resilience) poliüretan köpükler ofis koltuğu üretiminde, visko (hafızalı) poliüretan köpükler yatak ve yastık üretiminde kullanılırken sert poliüretan köpükler ise mobilya sektöründe ahşap taklidi dekorasyon ürünlerinin üretiminde kullanılır.
- Automotive Sector
أهم أسباب زيادة استخدام مادة البولي يوريثين في قطاع السيارات هي انخفاض تكلفة إنتاج وتجميع الأجزاء، وخفة الوزن، ومقاومة الصدمات، والقدرة على إنتاج خصائص مختلفة حسب مجال التطبيق، والمرونة، ومقاومة التآكل. على وجه الخصوص، تُستخدم رغاوي البولي يوريثان المتكاملة من عائلة رغوة البولي يوريثان في إنتاج لمسات السيارات مثل عجلات القيادة ومساند الأذرع ووحدات التحكم والمصدات وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم رغاوي البولي يوريثان المرنة في عزل صوت السيارات بفضل خصائصها العازلة للصوت. ، وأنظمة رغوة HR من نفس المجموعة تستخدم بشكل متكرر في إنتاج مقاعد السيارات. تسمح ميزة عدم النفاذية للبولي يوريثين باستخدامه كمواد مانعة للتسرب في إنتاج أغلفة كابلات السيارات.
- Heating and Cooling Sector
ويستخدم البولي يوريثان في الغلايات وألواح الطاقة الشمسية في قطاع التدفئة وفي الثلاجات الصناعية والمنزلية (خزائن الثلج) وغرف التبريد وصناديق التبريد في قطاع التبريد لتوفير العزل الحراري. تعمل رغاوي البولي يوريثان الصلبة من عائلة رغوة البولي يوريثان على تقليل الطاقة المستهلكة وتوفير كفاءة عالية من خلال الحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة في هذه المنتجات مع خاصية العزل التي تقدمها بفضل موصليتها الحرارية المنخفضة.
- Aircraft Industry
يستخدم البولي يوريثين في العديد من المجالات في الطائرات. تُستخدم رغاوي البولي يوريثان المرنة في إنتاج مقاعد الطائرات، مما يوفر للركاب تجربة سفر مريحة. نظرًا لأن طلاءات البولي يوريثين تتمتع بمقاومة عالية للتآكل، فإنها تستخدم في جدران المقصورة والأسقف والأقسام العلوية والمراحيض. بالإضافة إلى ذلك، تُفضل رغاوي البولي يوريثان أيضًا كمواد مانعة للتسرب في الطائرات.
- Defense Industry
ومن المتوقع أن تكون المعدات العسكرية قادرة على تحمل الظروف القاسية لفترات طويلة من الزمن. تعتبر المتانة والراحة والأداء العالي أمرًا مهمًا جدًا لهذه المواد.
تُستخدم رغاوي البولي يوريثان بشكل متكرر في إنتاج منتجات مثل وسادات الصدمات والخوذات التكتيكية ونعال الأحذية القتالية وما إلى ذلك في صناعة الدفاع بفضل خفتها ومقاومتها العالية للتآكل ومرونتها.
- المنتجات الطبية والطبية
يُفضل البولي يوريثين بشكل متكرر في إنتاج الأجزاء الطبية بفضل مزاياه العديدة مثل المرونة العالية ومعامل الراحة العالي (SAG) ونطاق الصلابة القابل للتعديل وعمر الخدمة الطويل. يوفر البولي يوريثين ميزات مريحة للعديد من المنتجات الطبية مع قدرته على العودة إلى شكله الأصلي (المرونة).
- تكنولوجيا التعبئة والتغليف
تُستخدم رغوة البولي يوريثان أيضًا في إنتاج التغليف بفضل مرونتها وخفة وزنها وسهولة تشكيلها. غالبًا ما تفضل الشركات التي تنتج منتجات صغيرة أو خفيفة الوزن أو حساسة للصدمات استخدام رغوة البولي يوريثان في عبوات منتجاتها. تُستخدم رغوة البولي يوريثان أيضًا في تغليف العديد من الأجزاء الهشة في قطاعي الإلكترونيات والسيارات. أحد أسباب تفضيل رغوة البولي يوريثان بشكل متكرر في قطاع التعبئة والتغليف هو أنه يمكن إنتاجها بالأحجام والصلابة المطلوبة وفقًا لحجم ونوع المنتج المراد تعبئته.
- البحرية
تُستخدم رغوة البولي يوريثان لتوفير العزل الحراري في محركات السفن والقوارب واليخوت. لهذا الغرض، يتم استخدام طلاءات البولي يوريثان، والمجلدات المطاطية، ورغاوي البولي يوريثان الصلبة. بفضل خصائص المقاومة الميكانيكية والخارجية العالية للبولي يوريثين، فإن هيكل القارب محمي من الماء والظروف الجوية والتآكل والعوامل الأخرى التي تؤثر على الديناميكا المائية وتقلل من عمر القارب. يستخدم البولي يوريثين أيضًا لعزل الصوت في القوارب، مما يقلل من الضوضاء.
خصائص البولي يوريثين العامة
تعتمد الخصائص العامة للبولي يوريثان إلى حد كبير على بنية العمود الفقري للبوليمر. يمكن تصميمها بحيث تتمتع بقوة عالية أو صلابة عالية أو مرونة عالية.
- تعتبر مقاومة البولي يوريثين للصدمات استثنائية، حتى في درجات الحرارة المنخفضة، لذلك فهو يوفر مقاومة للتشقق والتمزق والكسر والتورم.
- توفر مقاومة البولي يوريثين للتآكل حلاً للعديد من التطبيقات المهمة حيث يمثل التآكل الشديد مشكلة، خاصة في صناعات التعدين والنفط والغاز. في كل من التطبيقات الميدانية والاختبارات المعملية، تظهر البولي يوريثان ميزة كبيرة للتآكل مقارنة بالعديد من المواد.
- عادة ما يتم صب أجزاء البولي يوريثين في قوالب أرخص ومنخفضة الضغط. كسائل، يمكن للبولي يوريثين أن يملأ حتى تجاويف القالب المعقدة بدون قوالب ومكابس عالية الضغط.
- يمكن للبولي يوريثين أن يتحمل التوتر والضغط. في حين أنه يمكن أن يتغير شكله تحت الحمل الثقيل، فإنه يمكن أن يعود إلى شكله الأصلي عند إزالة الحمل.
- نظرًا للمهل الزمنية القصيرة وتكاليف الأدوات الأكثر اقتصادًا، غالبًا ما يتم استخدام البولي يوريثين في الأجزاء والنماذج الأولية أو عمليات إعادة الإنتاج بكميات كبيرة.
درجة حرارة مادة البولي يوريثين
يمكن للبولي يوريثان أن يتحمل نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة، مما يسمح له بالحفاظ على شكله الأصلي وخصائصه الفيزيائية حتى في ظل أقسى الظروف. يمكن للبولي يوريثان الحراري القياسي أن يتحمل درجات الحرارة من -26 درجة مئوية إلى 93 درجة مئوية. ومع ذلك، يمكن لبعض منتجات البولي يوريثين أن تتمتع بقدرة أعلى على تحمل درجات حرارة تصل إلى 148 درجة مئوية. خارج درجات الحرارة هذه، تميل البولي يوريثان المتصلدة بالحرارة إلى الضعف أو التحلل بمرور الوقت.
Thermal Conductivity Value
Thermal conductivity refers to the ability of a material to transfer or conduct heat. Thermal conductivity occurs through molecular agitation and contact. Heat moves along a temperature gradient from an area of high temperature and high molecular energy to an area of lower temperature and lower molecular energy. Thermal conductivity, also known as lambda value, describes the insulating capacity of a product based on the level of thermal conductivity of the material and is usually denoted by k, λ or κ.
مقاومة انتشار بخار الماء (نفاذية بخار الماء)
عامل مقاومة انتشار بخار الماء هو نسبة نفاذية بخار الماء في الهواء إلى نفاذية بخار الماء في العينة. إذا كانت درجة الحرارة معروفة، فيمكن اعتبار نفاذية بخار الماء للهواء ثابتة. تنتشر نفاذية بخار الماء من الجانب ذي الرطوبة المطلقة العالية إلى الجانب ذي الرطوبة المطلقة المنخفضة.
Dimensional Stability
Polyurethane exhibits excellent dimensional stability due to its thermoset structure. The dimensional stability of polyurethane varies according to the temperature environment. Depending on the density and type of coatings, rigid polyurethane insulation for building applications can be used for long periods of time in the -30°C to +90°C temperature range.
الخواص الميكانيكية
تتأثر الخواص الميكانيكية لرغوة البولي يوريثان بالهيكل الداخلي والخارجي وشكل وحجم الخلايا وحجم الحشو وخصائص البوليمر المستخدم. تتأثر الخواص الميكانيكية للبولي يوريثان بضغوط التلامس وتوزيع الإجهاد ومعدل الانفعال للإجهاد. تتأثر الخواص الميكانيكية لرغاوي البولي يوريثان المضغوطة في الحالات السريعة والديناميكية باحتكاك البنية الخلوية والهواء الموجود في الخلايا.
الخواص الميكانيكية للبولي يوريثين:
مقاوم النار
Polyurethanes have the ability to offer product designers improved fire resistance through customized formulations. Due to their unique chemical structure, polyurethanes are able to meet the most demanding flame resistance requirements. Polyurethane has the ability to retain the core of the fire by charring rather than melting on contact with the flame. This causes the structure to remain stable for some time. The design of the building is very important when it comes to fire safety.
ومن المهم الأخذ في الاعتبار أن معظم الحرائق لا تنتج عن المواد المستخدمة في عزل الوحدات الصناعية أو المنازل، بل عن سوء إدارة النفايات المتراكمة فيها أو عن العامل البشري.
مقاومة الأبخرة الحمضية والأحماض
تختلف المقاومة الكيميائية للبولي يوريثين بين تركيبات البولي يوريثين. بشكل عام: البولي يوريثان من نوع البوليستر أكثر مقاومة للزيوت والمذيبات والأحماض/القواعد الضعيفة. والبولي يوريثين من نوع البولي إيثر أكثر مقاومة للتعرض للماء.
تتمتع البولي يوريثان بمقاومة كيميائية أكبر من العديد من المعادن والمطاط والبلاستيك. بشكل عام، البولي يوريثان مقاوم للأبخرة الحمضية والأحماض وكذلك المواد الكيميائية الأخرى المسببة للتآكل.
Where is Polyurethane Used?
يعد البولي يوريثان، الذي يكون في الغالب على شكل رغوة مرنة، أحد أكثر المواد شيوعًا المستخدمة في المفروشات المنزلية مثل الأثاث والفراش والسجاد. باعتبارها مادة توسيد للأثاث المنجد، فإن رغوة البولي يوريثان المرنة تجعل الأثاث أكثر متانة وراحة وداعمة. ويستخدم البولي يوريثان على شكل رغوة صلبة في قطاعات مثل قطاع الحرارة والعزل، وقطاع التدفئة والتبريد. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في صناعة الأحذية، والمواد الرابطة المطاطية وأنظمة البوليوريا.
