Пенополиуретаны или пенополиуретаны для краткости играют важную роль в повседневной жизни. Например, автокресла и матрасы сделаны из мягких пенополиуретанов. Твердые пенополиуретаны, с другой стороны, используются, среди прочего, для изоляционных материалов в зданиях. Прогнозировать свойства пен и характеризовать их очень сложно - экспериментальные исследования часто приводят к неверным параметрам.
Самый интересный вопрос: как первоначальная жидкость превращается в пену? А как насчет свойств получаемой пены? Исследователи из Института промышленной математики им. Фраунгофера ITWM в Кайзерслаутерне теперь могут надежно ответить на эти вопросы и предоставить производителям пенополиуретановых изделий хорошую характеристику используемых полимеров, что значительно упрощает планирование новых производственных линий.
Эксперименты составляют основу для параметров модели
Лучший способ объяснить это на примере, например, на автомобильном сиденье. При этом говорят, что некоторые зоны более устойчивы, а другие мягче. Чтобы достичь этого, производители распыляют разные пены с разными свойствами друг против друга. Они используют жидкие полимерные смеси в качестве исходных веществ, которые вводят в подходящую форму. Теперь начинается быстрый, но сложный химический процесс: в течение нескольких секунд две жидкие эмульсии превращаются в сложную полимерную пену. Но как именно вспениваются два разных вещества? Обладают ли они желаемыми свойствами и распределяются ли они по назначению в зонах? "Вместо того, чтобы начинать с химии, как раньше, и экспериментально определять все параметры, такие как скорость реакции и вязкость, во многих независимых экспериментах, мы проводим два или три простых эксперимента - например, вспенивание в стакане, - объясняет д-р Конрад Штайнер, глава департамента Fraunhofer ITWM. Мы моделируем эксперименты один на один на компьютере. Они формируют основу для определения необходимых параметров модели, которые необходимы для расчета поведения пенообразования. Моделирование, основанное на нем с помощью инструмента моделирования пены, является надежным, а результаты надежными для приложения. "Ergo: Вместо того, чтобы определять каждый характеристический параметр индивидуально в эксперименте, а затем получать значения -что может быть неточным - исследователи получают надежные данные о процессе вспенивания в короткие сроки и без особых усилий.
Данные о пене составляют основу для новых продуктов
«Производители обычно используют три или четыре разных пенопласта - с новыми продуктами, как правило, меняется только комбинация пенопластов и геометрии концов», - говорит Штайнер. После того, как исследователи Fraunhofer охарактеризовали пенополиуретан с помощью их моделирования, была заложена хорошая основа для новых продуктов: производители могут вводить данные о пене, полученные в инструменте моделирования пены, и таким образом моделировать, как для каждого нового продукта и каждой новой геометрии массы и тепло переносятся во время пенообразования. Например, вы можете точно узнать, как нужно распылять две пены друг на друга, чтобы получить разные зоны на сиденье в нужных местах. Разработана методика моделирования для идентификации параметров и моделирования пены с помощью пены,Несколько проектов с разными заказчиками уже запущены.
Композитные материалы с полиуретановой пеной
Производители также часто полагаются на пенополиуретаны для композиционных материалов - например, для несущих конструкций в автомобиле, которые, с одной стороны, должны быть стабильными, а с другой - легкими. Для этого они объединяют в пенопласте армирующие конструкции, такие как текстиль. Результат: если, например, твердый пенопластовый лист сломается во время изгиба, лист с интегрированным текстильным материалом может легко противостоять ему. Тем не менее, текучесть полимерной эмульсии изменяется из-за формы текстиля, в конце концов, текстильная структура формирует сопротивление. Это также меняет динамику образования пены и структуру пены: пузырьки становятся меньше, пена плотнее.
Моделирование разработано для композитных материалов
Исследовательская группа Fraunhofer ITWM впервые разработала симуляцию для композитных материалов вместе с коллегами на кафедре легкого конструкционного конструирования и обработки пластмасс в Хемницком технологическом университете. «Мы можем рассчитать сопротивление потоку, вызванное соответствующей текстильной структурой - это опыт, которым мы обладаем в течение длительного времени. Затем мы можем моделировать вспенивание внутри и вокруг текстильной структуры», - объясняет Штайнер. До сих пор производителям приходилось кропотливо проверять, обладает ли полученный пенопластовый композит желаемыми свойствами, что может занять несколько недель или даже месяцев. Симуляция, с другой стороны, дает надежный результат уже через один или два дня. Исследователи уже проверили и проверили их на компоненты. Результаты очень хорошо согласуются с реальностью. (Ага)