Effects of mechanical and chemical process parameters on bubble forming in mold casting of polyurethane

Abstract

Työssä tutkitaan, miten prosessiympäristö vaikuttaa kuplien muodostumiseen polyuretaanin (PU) muottivalussa, keskittyen prosessiympäristön eri prosessiparametreihin. Alussa polyuretaania käsitellään materiaalina, sen käyttöä sekä kuplien tuomaa ongelmaa materiaalissa. Tätä seuraa polyuretaanin polymerointimekanismin selitys ja kuplien mekanismien analyysi. Käsiteltävän prosessiympäristön keskeisiä parametreja ovat lämpötila, kosteus (RH-%), tyhjiöpaine, viskositeetti, valu ja prosessiaika. Työ selittää polyuretaanikuplien ja prosessiympäristön väliset yhteydet. Työ perustuu laajaan kirjal-lisuustutkimukseen polymeerikemian ja prosessitekniikan tieteellisistä artikkeleista. Tarkasteltava kirjallisuus käsittelee kuplien muodostumismekanismia sekä proses-siympäristön vaikutusta polyuretaanin tai vastaavien materiaalien kupliin. Työssä käsitellään mahdollisia menetelmiä kuplien vähentämiseksi materiaalissa.

Tulokset osoittavat, että polyuretaanin kuplia on mahdollista vähentää hallitsemalla prosessiympäristöä, erityisesti kosteuden, tyhjiöpaineen ja lämpötilan hallitseminen. Reaktanttien kosteus aiheuttaa kemiallisen sivureaktion, jossa muodostuu hiilidioksidia. Työ osoittaa, että reaktanttien kosteuden raja-arvo on 1000 ppm, mutta kuplien ehkäisyä varten on suositeltavaa käyttää kosteutta noin 300 ppm ympärillä. Työ tarkas-telee tyhjiön käyttöä ja poissulkee haihtuvien komponenttien höyrystymisen tässä vaiheessa. Tyhjiöpaine näyttää vähentävän polyuretaanikuplia ja työssä käsiteltävät pai-neet vaihtelevat 5 ja 50 mbar välillä. Työssä korostetaan myös käytännön toimenpiteitä kuplien vähentämiseksi, kuten inertin kaasun käyttöä reaktanttien pitämiseksi kuivina, hallittua tyhjiön käyttöä, ytimenmuodostusaineiden käyttöä sekä hallitun tärinän käyttöä (5 – 50 Hz) valun aikana. Johtopäätös on, että hyvin hallittu prosessiympäristö, jossa erityisesti kosteutta, tyhjiötä ja lämpötilaa ohjataan, on ratkaiseva kuplattoman polyuretaanin saavuttamiseksi.

Arbetet undersöker hur processmiljön påverkar bildningen av bubblor vid formgjutning av polyuretan (PU), med fokus på processmiljöns olika processparametrar. Inledningsvis behandlas polyuretan som ett material, dess användning samt problemställning för bubblor. Detta följs av en förklaring av polyuretanets polymerisationsmekanism och en analys över bubbelformningsens mekanismer. De centrala parametrarna ur processmiljön som behandlas är temperatur, luftfuktighet (RH-%), vakuumtryck, viskositet, gjutning och processtid. Arbetet förklarar sambanden mellan bubblorna i polyuretan och processmiljön. Arbetet bygger på en omfattande litteraturstudie av vetenskapliga artiklar inom polymerkemi och processteknik. Arbetet behandlar möjliga tillämpningar av metoder för att minska bubblorna i materialet. Litteratur som granskas behandlar bubbelformningens mekanism eller processmiljöns påverkan på bubblor i polyuretan eller liknande material.

Resultaten visar att det finns en möjlighet att minska bubblor i polyuretanet med att kontrollera processmiljön, särskilt parametrarna fukt, vakuumtryck och temperatur. Fukt i reaktanterna orsakar kemiska sidoreaktioner där koldioxid bildas. Arbetet visar att gränsvärdet för fukten i reaktanter är 1000 ppm men för att förebygga bubblor re-kommenderas lägre fukt kring 300 ppm. Arbetet granskar vakuumbehandlingen och utesluter flyktiga komponenters förångning under detta skede. Vakuumtrycket visar minska bubblorna i polyuretanet och trycken som behandlas i arbetet varierar mellan 5 och 50 mbar. Arbetet framhåller även praktiska åtgärder för att minska bubblor, som användning av inert gas för att hålla reaktanter torra, kontrollerad vakuumbehandling, tillämpning av kärnbildningsmedel samt kontrollerad vibration (5 – 50 Hz) under gjutningen. Slutsatsen är att en väl kontrollerad processmiljö med särskilt fokus på styrning av fukt, vakuum och temperatur är avgörande för att uppnå ett bubbelfritt polyuretan.