Что нужно знать о ППУ

Поролон (грамотнее — мягкий пенополиуретан, ППУ) в настоящее время широко применяется в производстве мягкой мебели, офисных стульев и кресел, в матрасном производстве, в автомобильной, текстильной промышленности и т.д. Кроме этого, поролон используется в качестве упаковочного материала, а также в технических целях (фильтры, изоляционные материалы), в быту (хозяйственные губки, малярные валики и т.п.).

Технологии производства. Поролон производят в виде блоков или различных форм (так называемый формованный ППУ, когда пена заливается в специальные формы). Блочный поролон с последующей порезкой на станках контурной резки в виде деталей по своим физико-механическим свойствам лучше формованных аналогов. Кроме того, детали из блочного поролона "дышат", а формованные изделия покрыты коркой, которая не пропускает воздух. В то же время формованные изделия более экономичны и могут иметь различную стереометрию, в то время, как станки контурной резки не позволяют вырезать из блочного поролона детали любой формы.

С точки зрения химических компонентов поролон бывает на простых и сложных полиэфирах (полиэфир является основным весовым составляющим в рецептуре ППУ и определяет его свойства). Поролон на сложных полиэфирах используется в основном для производства фильтров и огневого дублирования тканями и кожей. Для производства мягкой мебели и матрасов поролон на сложных полиэфирах не применяется, так как под действием влаги разрушается.

В настоящее время поролон производится двумя способами — периодическим и непрерывным. Периодический, или так называемый "ящичный", способ имеет 50-летнюю историю и предполагает налив порции пены в ящик, боковые стенки которого после поднятия пены (как дрожжевого теста), открываются. Полученные таким способом блоки отличаются друг от друга своими свойствами и обладают невысокими качественными показателями. "Ящичный" способ обычно применяют там, где невысоки требования к качеству поролона, а требуемый объем не превышает 100 тонн в месяц. Современные "ящичные" установки оснащаются вакуумными камерами, где полученный блок поролона содержится некоторое время после формирования. Вакуумная камера позволяет получить поролон низких плотностей (до 20 кг/м3) без применения метиленхлорида, а также поролон стандартной и ниже стандартной жесткости. Однако прочностные и другие характеристики такого поролона все же оставляют желать лучшего.

Непрерывный способ производства поролона предполагает наличие конвейера, по которому движется сформировавшаяся пена. Современное оборудование позволяет получать блоки длиной до 60 метров. По сравнению с "ящичным" способом переходные процессы при запуске машины и при смешивании различных химических компонентов оказывают свое влияние лишь на первые 1,5 м блока (так называемую пусковую часть). Далее на машине вспенивания устанавливается стационарный режим и производимый поролон имеет стабильное качество.

В настоящее время различают две основные технологии непрерывного вспенивания: технологию Maxfoam, при которой пена поступает на конвейер через так называемое "корыто" и технологию прямого разлива пены на движущийся конвейер. В обеих технологиях химические компоненты могут подаваться в смесительную камеру машины вспенивания под низким или высоким давлением. При подаче компонентов под высоким давлением получается поролон более однородной структуры по сравнению с тем же, полученным под низким давлением. Обе технологии непрерывного вспенивания имеют свои достоинства и недостатки. Машины вспенивания с технологией Maxfoam существенно дешевле и позволяют получить более однородную по плотности пену (плотность изменяется по высоте блока в пределах до 1,5 кг/м3).

К недостаткам технологии Maxfoam следует отнести невозможность получения поролона на сложных полиэфирах и ограниченные возможности по изготовлению ППУ специальных марок и большой плотности (свыше 60кг/м3). По внешнему виду поролон, полученный по технологии Maxfoam, имеет больше воздушных включений, чем поролон, полученный по технологии розлива пены на конвейер. Однако существенного влияния на качество поролона, применяемого для производства мягкой мебели и матрасов, это отличие не оказывает. В последнее время широкое распространение получили универсальные машины вспенивания, работающие по обеим технологиям.

Особняком стоит технология непрерывного производства поролона Vertifoam, при которой конвейер устремлен вверх. Достоинством этого метода является возможность получения круглого блока (конвейер в этом случае имеет форму трубы). Недостаток — невозможность получения длинного блока, поролона высокой плотности, а так же специальных марок.

Типы поролона. Различают следующие типы поролона, используемые при производстве мебели и матрасов: стандартные, повышенной жесткости и жесткие, мягкие, супермягкие, высокоэластичные, специальные (негорючие и вязкоэластичные).

Стандартные марки поролона (ST) производятся на базе одного, так называемого стандартного (или базового) полиола и характеризуются зависимостью жесткости от плотности (например, стандартный поролон плотностью 25 кг/м3 имеет жесткость 3,4 кПа, а плотностью 30 кг/м3 — 3,8 кПа). Поролон повышенной жесткости (EL) или жесткий (HL) требует в отличие от стандартного использования в рецептуре добавочного полиол-полимера (или в случае жесткой пены — только полиол-полимера), который придает поролону нужную жесткость. Мягкие и супермягкие марки поролона (HS) получаются путем применения специального полиола (вместо базового) или дополнительного к базовому, который смягчает пену. Высокоэластичные марки поролона (HR), используемые для дорогой комфортной мебели и матрасов, производятся только на базе специальных полиолов, причем для получения широкого спектра высокоэластичной пены требуется система из двух или трех полиолов. Система обязательно включает специальный полиол-полимер и полиол-разбавитель. Высокоэластичный поролон, полученный на базе одного полиол-полимера, так же, как и стандартный, характеризуется определенной зависимостью жесткости поролона от его плотности (например, поролон плотностью 35 кг/м3 имеет жесткость 3,5 кПа, а плотностью 40 кг/м3 — 4 кПа). Высокоэластичный поролон, полученный путем использования только одного полиола-разбавителя имеет низкую жесткость (например, поролон плотностью 30 кг/м3 имеет жесткость всего 1,8 кПа). В процессе производства высокоэластичной пены полученные блоки (так же, как и формованные изделия) необходимо через сутки прокатать на специальном станке, чтобы механическим путем вскрыть закрытые ячейки.

Негорючие марки поролона возможно получить, используя в рецептуре следующие компоненты: специальный порошок (меламин); PHD-полиолы фирмы Bayer; специальные добавки (антипирены). Лучший результат по пожаростойкости дает применение меламина, но при этом физико-механические свойства такого поролона существенно хуже, чем в остальных случаях.

Вязкоэластичные марки поролона нашли в последнее время широкое применение в матрасном производстве. Для их получения требуются не только специальные полиолы, но и специальные изоцианаты (ТДИ 65/35 или МДИ).

Характеристики и показатели качества поролона. Физико-механические свойства поролона отражают следующие его характеристики: плотность, жесткость, воздухопроницаемость, размер ячейки, эластичность, остаточная деформация, прочность на разрыв, относительное удлинение. Для высокоэластичных пен применяются еще два показателя: коэффициенты опоры и комфорта.

Плотность и жесткость определяют марку поролона (например, марка EL2540 означает: тип поролона EL — повышенной жесткости, плотность — 25 кг/м3, жесткость — 4 кПа). Воздухопроницаемость характеризует, насколько открыты ячейки поролона (при закрытых ячейках жесткость пены искусственно завышена, поскольку при открытии ячеек механическим путем, например, садясь на поролон, "искусственная" жесткость пропадает). Излишне открытая пена имеет тонкие стенки ячеек, что отрицательно сказывается на других ее характеристиках (прочности и остаточной деформации). Размер ячеек так же, как воздухопроницаемость косвенно влияет на другие характеристики поролона, но не так сильно. Чем больше размер ячеек поролона, тем он "шершавее" на ощупь. Остальные характеристики поролона можно и необходимо использовать в качестве критериев при сравнении образцов различных производителей пены. Тот образец поролона лучше, у которого показатели эластичности, прочности на разрыв, относительного удлинения (у высокоэластичной пены дополнительно — коэффициенты опоры и комфорта) выше, а остаточной деформации — ниже. При этом определяющим показателем является остаточная деформация, характеризующая возможность сохранения поролоном своей формы долгие годы.

Владимир Шпилев, генеральный директор компании "Интерфом", к.т.н.