ما هي عملية البثق بالرغوة؟

تخلق عملية الرغوة بالبثق مواد خفيفة الوزن وفعالة حراريًا عن طريق إدخال الغاز في البوليمرات أثناء البثق، مما يشكل بنية رغوية مناسبة لمختلف التطبيقات.

يعمل الرغوة بالبثق على حقن الغاز في البوليمرات أثناء البثق مما يخلق مواد خلوية خفيفة الوزن للتغليف والبناء والعزل، مما يقلل من استخدام المواد ويحسن الخصائص الحرارية.

يُعد فهم تعقيدات عملية الرغوة بالبثق وتطبيقاتها أمرًا أساسيًا للاستفادة من فوائدها في صناعتك. تعمق أكثر لاستكشاف كيفية تأثير الغازات والبوليمرات المختلفة على خصائص الرغوة النهائية وتطبيقاتها.

ما هي المواد الشائعة المستخدمة في رغوة البثق؟

تعتبر مواد البثق الرغوية محورية في الصناعات التي تحتاج إلى منتجات خفيفة الوزن ومعزولة، مما يعزز الكفاءة ويقلل التكاليف.

يستخدم البثق الرغوي عادةً البوليسترين والبولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبولي يوريثين للعزل الحراري وتقليل الوزن وتعدد الاستخدامات في صناعات التعبئة والتغليف والبناء والسيارات.

حمض متعدد اللبنيك (PLA)

PLA مادة قابلة للتحلل الحيوي. إن عملية الرغوة بالبثق¹ يمكن أن تجعل المنتج أخف وزنًا، مما يقلل من التكاليف ويحسن مقاومة الحرارة ومرونة المادة. تُستخدم رغوة PLA على نطاق واسع في تغليف المواد الغذائية وغيرها من المجالات. على سبيل المثال، تجري شركات مثل Coopbox في إيطاليا وTAG Packaging في كوريا أبحاثًا في هذا المجال منذ سنوات عديدة وحققت نتائج رائعة.

البولي إيثيلين (PE)

البولي إيثيلين هو أيضًا أحد مواد البثق الرغوية الشائعة. من خلال رغوة التشكيل بالنفخ بالبثق² يمكن أن تتشكل فقاعات هواء صغيرة في منتجات البولي إيثيلين البولي إيثيلين مما يقلل من كمية المواد البلاستيكية المستخدمة.

على سبيل المثال، تشير براءة الاختراع التي قدمتها شركة LIBERTY إلى منتج البولي إيثيلين الرغوي المقولب بالنفخ بالبثق وطريقة تحضيره، والتي تتضمن مكونات مثل عامل النفخ الرئيسي وراتنج مصفوفة ومادة لونية رئيسية.

هذه المواد لها خواص مختلفة ويمكن استخدامها لأشياء مختلفة عند صنع الرغوة باستخدام الطارد. عليك التفكير فيما تصنعه والمكان الذي ستستخدم فيه لاختيار المادة المناسبة.

كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين فينيل الإيثيلين (EVA)

EVA هي مادة رغوية شائعة تتميز بخصائص جيدة لامتصاص الصدمات والتوسيد والعزل المائي والعزل الحراري. يمكن أن تنتج عملية بثق الرغوة رغوة EVA³ والألواح والألواح والأنابيب وما إلى ذلك، والتي تستخدم على نطاق واسع في نعال الأحذية والمعدات الرياضية والمواد العازلة للصوت والألعاب.

ما هي خطوات عملية البثق بالرغوة؟

تُعد عملية الرغوة بالبثق عملية محورية في إنتاج مواد خفيفة الوزن ومتينة في مختلف الصناعات من خلال إدخال عامل رغوة إلى البوليمرات البلاستيكية أثناء البثق.

تنطوي عملية الرغوة بالبثق على إذابة البوليمر وإضافة عامل رغوة وتبريده لتشكيل الرغوة، وتستخدم في التغليف والسيارات والبناء لخفتها وقوتها.

خلط المواد الخام

اخلط راتنج البوليمر مع عامل النفخ⁴ والمواد المضافة الأخرى (مثل عوامل التنوي ومثبطات اللهب وغيرها) للتأكد من انتشار عامل النفخ بالتساوي في البوليمر.

التلدين والبثق

تدخل المادة الخام المختلطة في آلة البثق حيث يتم صهرها وتلدينها في درجات حرارة عالية. وخلال هذه العملية، يتم توزيع عامل النفخ بالتساوي في مصفوفة البوليمر.

عملية الرغوة

عندما ترتفع درجة الحرارة، يبدأ عامل النفخ في التفتت أو التبخر، مما يؤدي إلى تكوين غازات تصنع فقاعات في الذوبان. يتم التحكم في عملية الرغوة من خلال درجة الحرارة والضغط ونسبة المواد الخام.

بثق القالب

عندما يتم ضغط الذوبان من خلال القالب، يتم ترك الضغط فجأة، مما يؤدي إلى انفجار الغازات وتكوين بنية خلية مغلقة. تحدد هذه الخطوة هيكل وخصائص المنتج النهائي.

التبريد والتشكيل

يتم تبريد المادة المبثوقة بسرعة في وحدة تبريد حتى تتصلب وتحافظ على الشكل والحجم الذي نريده. أثناء التبريد، يصبح هيكل البثرة أكثر ثباتًا.

عملية النضج

بعد التشكيل، يتم ترك المادة لفترة من الوقت حتى يتم استبدال الغازات الموجودة في عامل النفخ بالهواء تدريجيًا، مما يساعد على جعل المادة أقوى وأكثر متانة.

التقطيع والتغليف

وأخيراً، نقطع المادة المصبوبة حسب المواصفات التي نريدها ونقوم بتغليفها لإرسالها إلى الخارج.

ما هي العوامل الثلاثة لعملية البثق بالرغوة؟

تعتبر عملية الرغوة بالبثق مهمة للغاية في إنشاء مواد خفيفة الوزن وفعالة لمختلف الصناعات من خلال دمج الغازات في البوليمرات أثناء عملية البثق.

تعتمد عملية الرغوة بالبثق على نوع البوليمر وعامل الرغوة وظروف المعالجة التي تحدد بنية الرغوة وكثافتها وأدائها.

درجة حرارة البثق

درجة حرارة البثق لها تأثير كبير على مدى جودة تشكيل لوح الرغوة. إذا بدأت البثق عند درجة حرارة منخفضة، ستكون الفقاعات أكبر. كلما زادت درجة الحرارة، ستصبح الفقاعات أصغر. وإذا واصلت زيادة درجة الحرارة، ستصبح الفقاعات أكبر مرة أخرى.

ويرجع ذلك إلى أن درجة حرارة البثق تكون منخفضة، ويكون الغاز الموجود في الذوبان مختلطًا بشكل غير متساوٍ ومتنويًا ومشتتًا بشكل غير متساوٍ، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات كبيرة وكثافة عالية للصفائح الرغوية؛ وعندما ترتفع درجة الحرارة إلى قيمة معينة، لا يمكن للذوبان المبثوق أن يتحمل قوة التمدد الداخلي وينهار بسرعة.

تحتاج إلى معرفة درجة حرارة البثق⁵ من خلال النظر في عامل التشابك المتشابك، AC، ومقدار المادة الهلامية للنظام.

إذا كانت درجة حرارة عامل التشابك عالية جدًا، تكون درجة حرارة التشابك ومعدل تحلل التيار المتردد عالية جدًا، مما يؤدي إلى صعوبة التحكم في وقت التشكيل؛ وإذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فإن معدل تحلل التيار المتردد وسرعة التشابك عامل الربط المتشابك⁶ غير متوافقة، بحيث تكون كمية الهلام في النظام صغيرة ولا يمكن الحصول على فقاعة جيدة.

كما أن درجة حرارة الرأس والقالب الفموي أثناء عملية الرغوة لصفيحة البولي إيثيلين مهمة جدًا. وبوجه عام، تتراوح درجة حرارة جسم الطارد بشكل عام بين 140 و190 درجة مئوية، وتتراوح درجة حرارة الرأس بين 180 و210 درجة مئوية. من الأفضل استخدام عملية بثق بدرجة حرارة منخفضة لتحقيق بنية فقاعية دقيقة وموحدة.

وقت مكوث الذوبان في الطارد

تكون سرعة اللولب منخفضة، وتبقى المادة في البرميل لفترة طويلة، ويتحلل عامل النفخ كثيرًا، ويسهل تكوين الرغوة والفقاعات؛ لذا يكون عدد الفقاعات صغيرًا وحجم الفقاعات كبيرًا، و هيكل الفقاعة⁷ سيئ؛ وأيضًا، لأن المادة تبقى في البرميل لفترة طويلة، فإن المادة الذائبة تتشابك كثيرًا، وتتقلص المادة عندما تتشكل الرغوة.

وعلاوة على ذلك، فإن احتمالية انتشار الغاز داخل الذوبان إلى السطح الخارجي أعلى أيضًا، مما يؤدي إلى زيادة كثافة المنتج.

عندما تكون سرعة البرغي أعلى، تبقى المادة في البرميل لفترة أقصر من الوقت، وتكون عملية تحلل عامل الرغوة أقصر، ويكون توليد الغاز غير كافٍ، مما يؤدي إلى عدد أقل من الفقاعات وأحجام أصغر وعملية أسرع. عندما تتم العملية بسرعة كبيرة، عند الخروج من قالب البثق، لا يمكن أن يتحلل عامل الرغوة المتبقي تمامًا، مما يؤدي إلى زيادة كثافة المنتج.

أيضًا، تبقى المادة في السكن لفترة قصيرة، وبالتأكيد وقت الربط المتقاطع القصير، ودرجة الربط المتقاطع المنخفضة، ودرجة الربط المتقاطع المنخفضة، والتصاق الجدار الذائب، مع زيادة كمية غاز التحلل المتردد المتردد، لا يمكن أن يتحمل الذوبان المنخفض الربط المتقاطع ضغط الغاز ويسبب تمزق الذوبان.

بشكل عام، عندما تكون السرعة منخفضة، تكون الكثافة عالية. كلما زادت السرعة، تنخفض الكثافة. عندما تصل إلى قيمة معينة، تبدأ الكثافة في الزيادة. يمكن ملاحظة أنه إذا كانت سرعة اللولب عالية جدًا أو منخفضة جدًا، فسيكون حجم الفقاعات مختلفًا، وستحدث فقاعات أو فقاعات مكسورة. إذا كانت السرعة سريعة جدًا، فلن تكون المادة ملدنة جيدًا وسيتسرب الغاز.

ضغط البثق

عندما يكون ضغط البثق منخفضًا جدًا، يكون تحلل التيار المتردد للغاز الناتج في الذوبان منخفضًا جدًا، ويكون معامل الانتشار كبيرًا جدًا، وتكون قابلية الذوبان صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى تسرب كمية كبيرة من الغاز؛ وعندما يزداد ضغط البثق تزداد قابلية ذوبان الغاز في الذوبان، ويزداد عدد النوى، وتكون فتحات الفقاعات أصغر، وتكون الكثافة صغيرة أيضًا.

دور المواد المضافة في الرغوة

تبلغ درجة حرارة التحلل العامة لعوامل الربط المتشابك 120 درجة مئوية، والتي يمكن أن تلبي متطلبات أن تكون أعلى من درجة حرارة انصهار البولي إيثيلين وأقل من درجة حرارة تحلل عوامل نفخ التيار المتردد⁸.

وعند درجة الحرارة هذه، يتفكك عامل التشابك إلى جذور حرة أكثر نشاطًا كيميائيًا ويمكنها انتزاع ذرات الهيدروجين من سلاسل البولي إيثيلين. وهذا يحول ذرات الكربون في سلاسل البوليمر إلى جذور حرة نشطة. تتحد الجذور الحرة من سلسلتين أو أكثر مع بعضها البعض لتكوين روابط كيميائية C-C، مما يجعلها تشبه الشبكة.

بعد الربط المتقاطع لـ PE، يمكن أن تصل درجة الربط المتقاطع إلى 80%. تزداد اللزوجة الذائبة، وذلك للحصول على بنية مسامية دقيقة وموحدة لمعدل التمدد العالي للصفائح الرغوية. ومع ذلك، عندما تكون كمية عامل التشابك كبيرة جدًا، يكون معدل التشابك كبيرًا جدًا.

في هذا الوقت، يكون قد فات أوان تحلل التيار المتردد. تكون لزوجة الذوبان كبيرة جدًا بالفعل. لم تتمدد الفقاعات بالكامل. لذلك تكون الفقاعة في الضغط الحي كبيرة جدًا. عند إزالة الضغط الخارجي، يظهر المنتج متشققًا ومتجعدًا.

للحصول على بنية فقاعية رائعة، تحتاج إلى هلام 60% على الأقل عند استخدام الكمية المناسبة من مادة الربط المتشابك. عادةً ما ترتفع قوة الشد للمنتج ثم تنخفض كلما استخدمت المزيد من مادة الربط المتشابك.

ويرجع السبب في تشكيل لوح اللوح الرغوي بجودة رديئة وحجم ثقب فقاعي كبير وكمية صغيرة إلى أن عامل النفخ يتحلل بشكل أساسي بالكامل في الطارد، وتنتشر معظم الغازات في الذوبان الفائق التشبع وتهرب إلى خارج الذوبان، ويحدث نقص في نوى الفقاعات.

لذا، يجب أن يحتوي المصهور في الطارد على الكثير من الغاز أو القليل من عامل نفخ التيار المتردد فيه. في الواقع، حتى إذا كان هناك القليل من عامل النفخ في المصهور، يمكن أن يظل يعمل كنواة. فبمجرد خروجه من القالب، يمكن أن يكون رغوة.

تأثير جرعة عامل النفخ بالتيار المتردد على بنية ثقب الفقاعة وأداء الصفيحة الرغوية. إن عملية الرغوة هي عملية فيزيائية كيميائية معقدة، وتتطلب عملية الرغوة التمدد الخارجي لضغط الغاز والتوتر السطحي لذوبان جدار الفقاعة لتحقيق توازن ديناميكي.

وفقًا لآلية التنوي "البقعة الساخنة" الرغوية، إذا لم تتمكن عملية التشكيل، في فترة زمنية معينة من تشكيل عدد كبير من نوى الفقاعات، لا يمكنك الحصول على توحيد ثقب الفقاعة وكثافة جسم الرغوة. ما إذا كان يمكن تشكيل عدد كبير من النوى أثناء عملية التشكيل، فإن كمية التيار المتردد في النظام هي أحد العوامل المهمة.

من الناحية النظرية، كلما زاد محتوى التيار المتردد في الغاز، زاد توليد الطاقة، ولكن زيادة محتوى التيار المتردد ليس دائمًا أفضل.

عندما تتجاوز الجرعة حدًا معينًا، تزداد كمية الغاز، ويزداد معدل تحلل التيار المتردد، ويزداد معدل تحلل التيار المتردد، أكبر من معدل عامل التشابك المتشابك، وبالتالي تزداد كمية الغاز المتسرب من الذوبان تدريجيًا، مما يؤدي إلى زيادة تدريجية في الكثافة الكلية لسطح المنتج.

تقل الاستطالة عند كسر المنتج ثم تزداد مع زيادة جرعة التيار المتردد. ويرجع ذلك إلى أنه عندما تكون جرعة التيار المتردد صغيرة، يكون معدل تحلل التيار المتردد متوافقًا مع معدل التشابك لعامل التشابك، ومع زيادة جرعة التيار المتردد، يزداد معدل تحللها أيضًا، ولا يمكن توسيع الغاز الموجود في الذوبان بالكامل، وبالتالي تقل صلابة المنتج.

ما هي تطبيقات الرغوة بالبثق؟

يوفر البثق بالرغوة حلولاً متعددة الاستخدامات في التصنيع، مما يساهم في تصنيع منتجات خفيفة الوزن ومعزولة في العديد من القطاعات.

يُستخدم البثق الرغوي في التعبئة والتغليف والسيارات والبناء للمواد المعزولة خفيفة الوزن، مما يعزز الكفاءة ويقلل التكاليف.

تدور عملية الرغوة بالبثق حول تسخين وخلط وبثق المواد الخام من البولي يوريثان من خلال جهاز بثق لتشكيل مادة رغوية مستمرة. تدور هذه العملية حول الاستمرارية والكفاءة العالية وهي جيدة للإنتاج بكميات كبيرة. عادةً ما تكون المنتجات الرغوية المبثوقة ذات سطح مستوٍ وبنية فقاعية موحدة، وهي جيدة للتطبيقات التي تحتاج إلى عزل حراري أو صوتي بمساحة كبيرة.

الإنشاءات

يمكنك استخدام الرغوة المبثوقة لصنع جميع أنواع المواد العازلة للماء والحرارة والعزل الصوتي، مثل طبقة العزل الرغوية المبثوقة، وألواح عزل الصوت الرغوية المبثوقة، وألواح الرغوة الصلبة الرغوية المبثوقة، إلخ. غالبًا ما تستخدم هذه المواد في بناء الجدران الخارجية، والأسقف، والطوابق السفلية، والجدران، إلخ.

صناعة التعبئة والتغليف

يمكنك استخدام الرغوة المبثوقة لصنع جميع أنواع مواد التعبئة والتغليف، مثل أغشية التغليف البلاستيكية الرغوية المبثوقة، والوسادات الواقية الرغوية المبثوقة، ومواد التوسيد الرغوية المبثوقة، وما إلى ذلك. تُستخدم هذه المواد كثيرًا في تغليف أشياء مثل الإلكترونيات والأجهزة المنزلية والألعاب والأطعمة وغيرها.

صناعة السيارات

يمكنك استخدام الإسفنج المبثوق لصنع جميع أنواع قطع غيار السيارات، مثل ألواح الأبواب الإسفنجية المبثوقة، وألواح السقف الإسفنجية المبثوقة، ووسائد مقاعد السيارة الإسفنجية المبثوقة، وما إلى ذلك. هذه الأجزاء خفيفة وقوية وعازلة للصوت وعازلة للحرارة ومقاومة للصدمات.

صناعة الأثاث

يمكن لرغوة البثق أن تصنع جميع أنواع الألواح والمواد ذات الكثافة للأثاث، مثل ألواح الأثاث الرغوية بالبثق، وأسطح المكاتب، والخزائن، والأرائك، إلخ. هذه المواد خفيفة الوزن وجميلة وموفرة للطاقة وذات مقاومة جيدة للحريق وخصائص مضادة للميكروبات.

ما هي الاختلافات بين عملية بثق الرغوة والرغوة المقولبة؟

يعد فهم الفروق بين رغوة البثق والرغوة المقولبة أمرًا أساسيًا لتحسين خصائص المواد وكفاءة الإنتاج في مختلف التطبيقات.

تتضمن رغوة البثق إنتاجًا مستمرًا، مما يوفر كثافة ومرونة موحدة، بينما يتم إنشاء الرغوة المقولبة في قوالب، مما يوفر أشكالًا دقيقة وسلامة هيكلية أكبر. تلبي كل عملية احتياجات صناعية مختلفة مثل التعبئة والتغليف والسيارات والبناء.

تدفق العملية

تتم رغوة البثق عندما تقوم بتسخين ومزج وبثق المواد الخام من البولي يوريثان من خلال جهاز بثق لصنع مادة رغوية مستمرة. رغوة الحقن ورغوة التشكيل هي طرق مختلفة للرغوة.

الرغوة بالحقن هي عندما تضع المادة الخام في ماكينة القولبة بالحقن، وتسخنها وتجعلها لينة، ثم تحقن بها في القالب لتجعلها في شكلها. أما الرغوة المقولبة فهي عندما تصب المادة الخام في القالب، وتسخنها وتجعلها رغوة، وتملأ كل ركن من أركان القالب.

المبدأ

رغوة البثق هي عندما تضيف عامل النفخ إلى البلاستيك الذائب في الطارد، ثم تقوم ببثق الذائب من خلال رأس الطارد لتشكيله. عندما تصل إلى فوهة رأس الطارد، يحدث انخفاض حاد في الضغط، ويتسبب ذلك في تحلل عامل النفخ بسرعة كبيرة وتكوين غاز، ويتمدد البلاستيك ويكوّن رغوة.

رغوة القوالب هي عندما تخلط الكريات البلاستيكية وعامل النفخ معًا وتضعها في القالب، ثم تقوم بتسخينها وإذابتها وجعلها رغوة. أما الرغوة المقولبة فهي عندما تأخذ كريات البلاستيك وعامل النفخ وتضعها في القالب، ثم تقوم بتسخينها وإذابتها، ويتحلل عامل النفخ ويصنع غازًا، وهذا يجعل البلاستيك يتمدد ويصنع رغوة.

خصائص القوالب

الرغوة المبثوقة: يمكن للغاز أن يتمدد في وقت أطول ومساحة أكبر، والشكل قابل للتعديل بدرجة كبيرة، لذلك يمكن إنتاجه في مجموعة متنوعة من الأشكال مثل الأنابيب والقضبان والألواح. الجلد السطحي خشن نسبيًا، ولكن الانكماش الداخلي صغير، ومناسب للإنتاج بكميات كبيرة.

رغوة مصبوبة: يمكن للغاز أن يتمدد فقط إلى الموضع المحدود للقالب، والشكل أكثر ثباتًا، والجلد ناعم، والانكماش الداخلي ليس سهلاً. ونظرًا للحاجة إلى القوالب، يجب تخصيص الشكل والحجم، ومن الصعب تنفيذ الإنتاج الضخم.

سيناريوهات التطبيق

وبسبب الاختلاف في خصائص التشكيل، فإن الرغوة المقولبة والرغوة المبثوقة لها استخدامات مختلفة.

الرغوة المبثوقة مناسبة لخطوط الإنتاج المستمرة وهي جيدة للإنتاج بكميات كبيرة مع سطح مستوٍ وبنية فقاعية موحدة.

تعتبر الرغوة المبثوقة جيدة لصنع منتجات رغوية ذات كثافة أعلى وصلابة جيدة، مثل مواد العزل الحراري، ومواد عزل الصوت في تكييف الهواء، والتجهيزات الداخلية للسيارات، وما إلى ذلك.

الرغوة المصبوبة جيدة لصنع أشياء مخصصة ومعقدة، ويمكنك صنع قوالب مختلفة لأشياء مختلفة. يمكنك صنع جميع أنواع الأشياء باستخدام الفوم المصبوب، مثل الألعاب والألغاز ثلاثية الأبعاد.

المزايا والعيوب

تتميز رغوة البثق بالعديد من المزايا. فهي فعالة ومستقرة وسهلة التحكم ورائعة للإنتاج بكميات كبيرة.

العيب هو أن الاستثمار في المعدات كبير، ومناسب للإنتاج المستمر. تتمثل مزايا الرغوة المقولبة في التخصيص، والهيكل المعقد، ومناسبة لإنتاج الدُفعات الصغيرة والمنتجات ذات الهياكل المعقدة. العيب هو أن دورة الإنتاج أطول، ومناسبة للإنتاج المتقطع.

الخاتمة

رغوة البثق⁹ هي طريقة لصنع الرغوة باستمرار عن طريق الصهر والبثق في درجات حرارة عالية. وهي تُستخدم بشكل أساسي لجعل الأشياء أخف وزنًا والحفاظ على الحرارة ومنع اهتزاز الأشياء. ويستخدم الناس مواد مختلفة لهذا الغرض، مثل حمض البولي لاكتيك (PLA)، والبولي إيثيلين (PE)، والبوليمر المشترك أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA). يستخدمونها لأشياء مختلفة، مثل عبوات الطعام، ومواد البناء، وقطع غيار السيارات.

تشمل خطوات العملية خلط المواد الخام، والتلدين والبثق والرغوة والبثق من خلال قالب والتبريد والتشكيل والتعتيق والقطع والتعبئة. رغوة مبثوقة¹⁰ مناسب للإنتاج على نطاق واسع بإنتاجية أعلى وجودة متسقة مقارنةً بالرغوة المقولبة.