聚氨酯 （PU） 泡沫是一种用途广泛的海绵状塑料泡沫，常见于家用和消费品中。它位于床垫和靠垫、厨房海绵、隔热材料、瑜伽垫、玩具和鞋底的内部。如果您在家中或工作中，即使您没有意识到，您也很有可能触手可及 PU 产品。聚氨酯泡沫在我们的日常生活中的应用实际上是无穷无尽的。了解它背后的科学可以让我们回答一些重要的问题，比如泡沫飞镖来自哪里？

聚氨酯泡沫是如何生产的？

PU 可以通过不同的方法制造，但一般来说，它是通过混合多元醇（包含一个或多个羟基 （OH） 基团的有机分子）、异氰酸酯化合物（包含异氰酸酯 （NCO） 基团的化合物）和发泡剂制成的。

发泡剂分为化学发泡剂（例如，水与异氰酸酯反应产生 CO₂）或物理挥发性液体，它们在反应过程中会蒸发。

其他添加剂（如表面活性剂、催化剂、染料和交联剂）混合在一起，形成明亮的氖化学浆料，涂上底漆，准备发泡。

在板坯生产中，这些成分在单射系统内与空气混合，然后被喷射到传送带上。顾名思义，从液体中升起的泡沫膨胀以充满输送机，并产生巨大、连续的泡沫板。

然后用蜡纸将这块板子沿着轨道引导并切成小块以进行进一步固化。

但是气泡呢

赋予 PU 多孔细胞结构的化学反应由聚合和气体生成两个阶段过程组成。

聚合开始链式反应，在其他多元醇和异氰酸酯之间形成氨基甲酸酯键。同时，水等物理试剂被吹入二异氰酸酯中，产生二氧化碳。然后 CO₂ 气体被捕获，在泡沫内部形成微小的间隙。

当它与水反应时，数十亿个气泡均匀分布在整个泡沫中，大小从几厘米到小于 50 微米 （μm） 不等，大约是一根头发的宽度。其密度在 0.25 至 0.65 g/cm³ 之间，具体取决于制造商的配方。

聚氨酯泡沫通常包含大量的开孔气泡，这导致产品更柔软、更柔软——想想沙发垫和麦克风防喷罩。单元计数会影响密度、承载能力和结构。泡沫可以包含不同百分比的闭孔和开孔，从而导致不同的结构特性

双组分软质聚氨酯泡沫的结构特性可以通过发泡和固化过程中施加的气压进行精确控制。这会影响闭孔的百分比，改变密度，并最终影响泡沫的整体性能。

板坯生产是生产大量柔软、开孔泡沫的常用方法，但能够根据制造商的偏好制造更坚硬的泡沫类型。

泡沫生产中的质量流量

泡沫生产涉及一系列复杂的化学反应，这些反应可能会因非常微小的变化而不稳定。原材料、混合速率、湿度和配方的偏差会对泡沫的形状和形态产生灾难性的影响。

这些不可复制的缺陷对依赖连续浇注的大批量构成威胁;因此，聚氨酯泡沫板坯料生产需要高水平的重复精度和测量。

对于该行业的客户，Alicat Scientific 的低流量层流 dp 质量流量控制器是一种解决方案。

额定气体流量为 50 SCCM 的控制器在 100PSIG 下用于调节混合室内的空气，该混合室旨在混合气态化学品。

泡沫的一些前体会在有水的情况下结晶，这需要能够在任何给定时刻监测压缩空气和气体的湿度。

因此，他们订购的 Alicat 质量流量控制器配备了相对湿度传感器和显示器，以监测和保持整个过程的稳定性。

通过以 Alicat 的精度调节混合室中的流量，泡沫尺寸和其他控制所需物理特性的变量变得易于实时控制。

其他潜在用途

在泡沫的化学膨胀过程中，吸热反应会导致系统温度升高。如果不加以控制，可能会导致产品燃烧或烧焦。

以前在玻璃生产行业中已经看到安装用于温度调节的气流控制系统。Alicat 高流量 MFC 用于以精确的速率保持平板玻璃的冷却气体流量。

另一种情况需要Alicat CODA科里奥利泵在真空设置下输送液体前驱体。类似的用途也存在于板坯生产的单射系统中。

Alicat 压力控制器的响应时间低至 30 毫秒，稳态控制范围为满量程的 0.1 – 100%，这意味着用户可以保持和改变固化前和固化后处理的压力，以精确控制泡沫的密度和泡孔尺寸。

看点重要

当考虑任何行业的更精细细节时，很容易忘记用于制造这些产品的丰富专业知识。将泡沫生产转变为全球最大的行业之一的科学，对于产品的最终用户来说，往往是微不足道的。他们看不到它是如何制造的，因此，这并不那么重要。

也许有理由证明，不是每个人都必须了解泡沫板的化学膨胀，但重要的是人们对聚氨酯泡沫的依赖程度。人类利用热固性聚合物的力量，将它们浓缩成舒适的家具、柔软的床垫和房屋绝缘材料。

作为可持续发展的辅助手段，硬质聚氨酯泡沫中约 30% 的聚合物在经过研磨和回收后可以在建筑材料中找到第二次生命的应用。

因此，下次您躺在沙发上或将 Nerf 枪对准目标时，请务必感谢 Foam 支持您所做的一切。