Poliüretan Köpükler Artık Güvenilir Şekilde Simüle Edilebilecek. Araba koltukları, minderler ve yalıtım malzemeleri genellikle poliüretan köpüklerden yapılır. Sıvı polimer emülsiyonlarının köpürme işlemi karmaşıktır. Fraunhofer araştırmacıları şimdi köpürme davranışını simüle edebilecek ve malzemeyi güvenilir bir şekilde karakterize edebilecek yöntem geliştirdiler.
Poliüretan köpükler (PU) genel olarak farkında olmasak bile günlük hayatımızda büyük rol oynarlar. Örneğin araba koltukları ve minderler yumuşak PU köpüklerden yapılmıştır. Diğer yandan sert PU köpükler, binalarda yalıtım malzemelesi olarak ta kullanılmaktadır. Köpüklerin özelliklerini tahmin etmek ve bunları karakterize etmek çok karmaşıktır, deneysel analizler genellikle yanlış parametrelere yol açar.
Yeni ürün hatlarının daha iyi planlanması
Özellikle ilgi çekici olan sorular şu şekildedir: İlk olarak sıvı, köpük haline nasıl dönüşür? Ve oluşturulan köpüğün özellikleri nelerdir? Araştırmacılar artık bu soruları güvenilir bir şekilde yanıtlayabilmekte ve kullanılan polimerlerin iyi bir karakterizasyonuna sahip PU köpük üretilmesine olanak sağlamaktalar.
Araba koltuğu bir örnek olarak açıklanabilir. Bu üründe, bazı alanlar daha sert ve diğerleri daha yumuşaktır. Üreticiler, birbirlerine karşı farklı özelliklere sahip köpükler enjekte ederek bunu başarırlar. Başlangıç maddeleri olarak sıvı polimer harmanları kullanırlar, bunlar uygun bir kalıba enjekte edilirler, hızlı ama karmaşık bir kimyasal işlem başlar. Birkaç saniye içinde, iki sıvı emülsiyon, kompleks bir polimer köpüğüne dönüşür.
Ama iki farklı madde nasıl köpürüyor? Gerekli özelliklere sahipler mi ve uygun bölgelere planlandığı gibi yayılıyorlar mı? Fraunhofer ITWM’deki bölüm başkanı Dr. Konrad Steiner, “Kimya ile başlamak ve birçok bağımsız deneyde reaksiyon hızları ve viskozite gibi tüm parametreleri deneysel olarak belirlemek yerine, iki veya üç basit deney yapıyoruz, örneğin bardaklarda köpük yapmak gibi. Bu deneyleri bilgisayarda bire bir simüle ediyoruz”.
Bu deneyler, simülasyonlara dayanan köpüklenme davranışını hesaplayan FOAM simülasyon aracı için gerekli olan model parametrelerini oluşturmaya hizmet eder. Sonuçlar, spesifik uygulama için sağlam ve güvenilirdir. Araştırmacılar, her bir karakterizasyon parametresini ayrı ayrı bir deneyde ayrı ayrı belirleyerek, kesin olmayan değerlere yol açabilecek köpürme işlemi için minimum çabayla hızlı bir şekilde güvenilir veriler elde edebilirler.
Steiner, “Üreticiler genellikle üç veya dört farklı köpükle çalışırlar. Yeni ürünler için, genellikle köpüklerin ve uç geometrilerinin kombinasyonunu değiştirirler,” diyor. Fraunhofer araştırmacıları simülasyon yoluyla PU köpüğü tanımladıktan sonra, bu yeni ürünler için iyi bir başlangıç noktası sağlar. Üreticiler, aldıkları köpük verilerini FOAM simülasyon aracına girebilir ve her yeni ürün ve her yeni geometri için köpürme işlemi sırasında köpük kütlesinin ve ısının nasıl taşınması gerektiğini simüle edebilirler. Bir araba koltuğu durumunda, doğru yerde istenen bölge özelliklerini elde etmek için iki köpüğün birbirlerine nasıl enjekte edileceğini tam olarak öğrenebilirler.
FOAM aracıyla parametreleri tanımlamak ve köpüğü simüle etmek için simülasyon metodolojisi oluşturuldu ve çeşitli müşterilerle çeşitli projeler başlatıldı.
Fraunhofer ITWM’deki araştırmacı ekibi, TU Chemnitz’deki Hafif Yapı ve Polimer Teknolojisi bölümünden meslektaşlarıyla birlikte, kompozit malzemeler içinde ilk simülasyonu geliştirdi.
Kaynak : Phys