Pålideligt simulerende polyurethanskum

Autostole, madrasser og isoleringsmaterialer er ofte lavet af polyurethanskum. Opskummingsprocessen for de flydende polymeremulsioner er kompleks. Fraunhofer -forskere er nu i stand til at simulere skummende adfærd og pålideligt karakterisere materialet. Dette fungerer også med kompositmaterialer, hvor plastskummet kombineres med tekstilstrukturer.

Polyurethanskum - kort fortalt PU -skum - spiller en stor rolle i vores hverdag, selvom vi generelt ikke kender dem. Vi sidder og ligger på dem hver dag:autostole og madrasser, for eksempel, er lavet af bløde PU -skum. Hårde PU -skum, på den anden side, bruges blandt andet til isoleringsmaterialer i bygninger. At forudsige skummets egenskaber og karakterisere dem er meget komplekst - eksperimentelle analyser fører ofte til falske parametre.

Bedre planlægning af nye produktlinjer

Af særlig interesse er følgende spørgsmål:Hvordan omdannes den oprindelige væske til skum? Og hvad er egenskaberne ved skummet, der er skabt? Forskere ved Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM i Kaiserslautern er nu i stand til pålideligt at besvare disse spørgsmål og give producenter af PU -skumprodukter en god karakterisering af de anvendte polymerer, gør det meget lettere for dem at planlægge nye produktlinjer. Dette forklares bedst ved hjælp af et eksempel, såsom et autostol. I dette tilfælde, nogle områder er beregnet til at være sværere og andre blødere. Producenter opnår dette ved at injicere skum med forskellige egenskaber mod hinanden. De bruger flydende polymerblandinger som deres udgangsmaterialer, som injiceres i en passende form:En hurtig, men kompliceret kemisk proces begynder. Inden for få sekunder, de to flydende emulsioner omdannes til et komplekst polymerskum. Men hvordan skummer de to forskellige stoffer præcist? Har de de nødvendige egenskaber, og spreder de sig efter hensigten til deres rigtige zoner? "I stedet for at starte med kemi og eksperimentelt bestemme alle parametre såsom reaktionshastigheder og viskositet i mange uafhængige eksperimenter, vi laver to eller tre enkle eksperimenter - såsom opskumning i bæger, "forklarer Dr. Konrad Steiner, afdelingsleder hos Fraunhofer ITWM. "Vi simulerer disse eksperimenter et til et på computeren.

Disse eksperimenter tjener til at fastlægge de modelparametre, der er nødvendige for FOAM -simuleringsværktøjet, som beregner skummende adfærd baseret på simuleringer. Resultaterne er robuste og pålidelige for den specifikke applikation. "I stedet for at bestemme hver karakteriserende parameter separat i et individuelt eksperiment, hvilket kan føre til upræcise værdier, forskere kan nu hurtigt få pålidelige data til opskumningsprocessen med et minimum af indsats.

"Producenter arbejder normalt med tre eller fire forskellige skum - til nye produkter, de ændrer generelt bare kombinationen af ​​skum og endegeometrier, "siger Steiner. Når Fraunhofer -forskerne har karakteriseret et PU -skum gennem simulering, dette giver et godt udgangspunkt for nye produkter. Producenter kan indtaste de skumdata, de modtager, i FOAM -simuleringsværktøjet og simulere for hvert nyt produkt og hver ny geometri, hvordan skummassen og varmen skal transporteres under opskumningsprocessen. I tilfælde af et autostol, de kan finde ud af præcis, hvordan de to skum skal injiceres mod hinanden for at opnå de ønskede zoneegenskaber de rigtige steder.

Simuleringsmetoden til identifikation af parametre og simulering af skum med FOAM -værktøjet er etableret, og flere projekter er allerede i gang med forskellige kunder.

Kompositmaterialer med PU -skum

Producenter stoler ofte på PU -skum i kompositmaterialer, såsom dem, der bruges til understøtningsstrukturer i biler, som skal være stabil, men let. Her, andre forstærkende materialer såsom tekstiler er integreret i skummet. Hvorimod et stift skumplade kan gå i stykker, hvis det tvinges til at bøje, et ark med integrerede tekstiler kan let modstå disse kræfter. Strømningsadfærden for polymeremulsionen ændres, imidlertid, da tekstilstrukturen i formen naturligt virker imod dette, fører til ændringer i dynamikken i skumdannelse og skumets struktur:boblerne bliver mindre, skummet bliver tættere.

Forskerholdet hos Fraunhofer ITWM, sammen med kolleger fra Institut for Letvægtsstrukturer og Polymerteknologi på TU Chemnitz, har udviklet den første simulering nogensinde for kompositmaterialer. "Vi er i stand til at beregne strømningsmodstanden forårsaget af den tilsvarende tekstilstruktur, hvilket er en ekspertise, som vi har besiddet i nogen tid nu. Efterfølgende, vi kan simulere, hvordan opskumning finder sted i og omkring tekstilstrukturen, "forklarer Steiner. Fabrikanter har tidligere måtte møjsommeligt teste, om skumkompositten havde de nødvendige egenskaber - en proces, der kunne vare uger eller endda måneder. Derimod kan simuleringen kommer med et pålideligt resultat inden for en dag eller to. Forskerne har allerede valideret og testet resultaterne på komponenter og fastslået, at de matcher meget godt med virkeligheden.