تولیدات زیست سازگار از پلی یورتان

دسته: مقالات منتشر شده در 28 شهریور 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 379

راهکاری برای طراحی تولیدات ساده و زیست سازگار از ترکیبات فوم پیچیده؛ راه حلی نوآورانه برای صنعت تولید پلی یورتان

تولید قطعات فوم بخش ضروری در فرایند تولید خودرو محسوب می شود. چه برای تولید صندلی، ضربه گیر یا فوم های ستونی، فوم های ساخته شده از پلی یورتان در عین اینکه از استحکام بالایی برخوردار هستند، همین استحکام را با خواص میرایی ایده آل ترکیب می کنند. به ویژه اینکه، توسعه تولید پایدار قطعات فوم پیچیده با عناصر اضافی یک آزمون پرچالش در صنعت است. در سال های اخیر، تلاش تحقیقاتی بر توسعه سیستم های پوششی جدید در سیستم های خودکار متمرکز شده است. به همین دلیل، هدف اصلی از این کار بهینه سازی فرایند فومینگ دستی برای تولید قطعات فوم پیچیده بود. کاهش عوامل انتشار و همچنین بهبود مراحل تولید برای سازماندهی مجدد راندمان تولید در راستای فلسفۀ تولید بسیار مورد توجه است. براساس روش TRIZ، سه مفهوم کلیدی برای حل این مسئله بسط داده شد. برای کاهش عامل انتشار، یک سیستم نوآورانه برای سیستم عامل رهاسازی نوری لیزری، علاوه بر ربات پوشش دهنده به طور مشارکتی و کاملآ خودکار طراحی شد. این راه حل اتوماسیون را می توان به طور انعطاف پذیری در دورنمای سیستم نصب کرد. با این حال، موضوع اصلی این مقاله بررسی قالب های ساخته شده از پلی پروپیلن (PP) بعنوان مفهوم ساخت ترجیحی بود. این قالب ها قطعات فوم را بدون عامل انتشار کاملا دقیق تفسیر می کنند. این تفسیر شامل ترکیبی از فیلم های پلاستیکی پلی پروپیلن با سیستم گرمایش ویژه CRP می شود که رویکرد جدیدی را برای صنعت تولید پلی یورتان ارائه می دهد.

 

پیشرفت و توسعه

فوم های پلی یورتان (PU) در دنیای مدرن ما جایگاه خود را اثبات کرده است. آنها در تولید مبلمان روکش شده و همچنین صنعت خودروسازی کاربرد دارند. PU برای تولید صندلی، فرمان، فوم ستونی (پیلار) برای پیلارهای A، B و C استفاده می شود. پایداری بالا همراه با خواص میرایی بهینه، فوم ها را به ماده ای جالب برای کاربردهای خودروسازی تبدیل می کند. استفاده از فرایند قالب گیری- از سیستم عامل انتشار کلاسیک گرفته تا پوشش ابزاری یا سیستم های فیلم - همیشه با تولید قطعات فوم PU همراه است. با این حال، اکثر سیستم های انتشار کلاسیک که امروزه استفاده می شوند، براساس مواد اولیه مضر مانند سیستم های حلال بعنوان یک محیط حامل و کمپلکس های سیلیکونی بعنوان یک عامل قالب گیری عمل می کنند. مورفولوژی پلی یورتان ها اساسآ بر واکنش پذیری بسیار بالا بین یک جزء پلی ایزوسیانات و یک جزء پلیول (الکل) است. در مورد واکنش افزوده، با توجه به شکل زیر سنتز PUR بدون جداسازی یک فرآوردۀ جانبی تشکیل می شود.

 

شکل 1:

 PUR

 

بسته به کاربرد آن، ممکن است به افزودنی های مختلفی برای فعال کردن سنتز PUR نیاز باشد.

 

چالش رویکرد فعلی

در سال های اخیر، برای برداشتن اولین گام به سمت پایداری همراه با توسعه عوامل انتشار مبتنی بر آب و سیستم های قالب گیری زیست سازگار و سلامت محور تلاش شده است. با این حال، باتوجه به جایگزینی اجزای حلال توسط یک ترکیب آلی، این عوامل انتشار مبتنی بر آب از یک نقص مهم رنج می برند و آن هم اینکه زمان فلاشینگ و در نتیجه، زمان تولید به شدت افزایش می یابد. علاوه براین، باتوجه به این واقعیت که این وجود عوامل منجر به افزایش واکنش پذیری ایزوسیانات می شود، آن را می توان برای مشتقات خاص و اصلاح کنندۀ PU استفاده کرد. در نتیجه، کیفیت سطح قطعات فوم به طور قابل ملاحظه ای بدتر می شود. از طرفی، این روش برای قطعات قابل مشاهده چندان مناسب نیست. همچنین، توسعه سیستم های پوششی که در سال های اخیر در مؤسسه Fraunhofer برای فناوری ساخت و تحقیقات مواد کاربردی کاربرد داشتند، در مؤسسه Fraunhofer برای مهندسی سطح و فیلم های نازک IST یا GmbH کمیکال FEW تنها برای برنامه های کاربردی اتوماتیک مناسب هستند. این نکته با این واقعیت توجیه می شود که این سیستم های پوششی اغلب از پایداری مکانیکی بسیار پایینی برخوردار هستند. بنابراین، برای تولید دستی زیرسیستم های فوم پیچیده، استفاده از سیستم های کلاسیک در عامل انتشار محیطی و خطرناک اغلب ضروری است. اپراتور مستقیما در معرض یک ماده خطرناک و ذرات معلق در هوا قرار می گیرد. علاوه براین، مشکلات خاص فرایند مانند تنظیم نرخ کاربرد این عامل انتشار و نتایج نامطلوب پوششی، به ویژه در مورد قالب های بزرگ و فوم های پیچیده وجود دارد.

 

هدف از این مطالعه

هدف اصلی از این مقاله ارائه یک سیستم بهینه برای تولید قطعات فوم است. در بخش اول، یک مفهوم تولید نوآورانه براساس آخرین تکنولوژی بیان می شود که امکان تولید قطعات فوم پیچیده را بدون استفاده از هر نوع سیستم عامل انتشار فراهم می کند. در بخش دوم، به بحث در دو مفهوم دیگر پرداخته می شود که اگرچه امکان حذف کامل عامل انتشار را فراهم نمی کند، اما ممکن است به کاهش چشمگیر این عامل کمک کند. این مفاهیم همگی باید فرصتی را برای تغییر در فرایند تولید قطعات فوم فراهم کند. در عین حال، به کاربرد کلی و مستقل از مفهوم سیستم فوم توجه ویژه شده است.

 

در چارچوب این مطالعه، امکانات فنی مختلفی باید فراهم شود تا پتانسیل بهینه سازی قابل ملاحظه ای در تولید قطعات فوم با استفاده از اثرات هم افزایی و ترکیب مجدد فناوری های موجود در بازار با کمک مهندسی سیستم هوشمند ارائه دهد. این امر امکان دستیابی به کاهش عامل انتشار تا 86 درصد و همچنین کاهش زمان تولید را ممکن می سازد. با این حال، هنگام استفاده از مفهوم قالب های پلی پروپیلن، می توان آن را به طور کامل با هر نوع سیستم عامل انتشار کنار گذاشت. علاوه بر این، با این فناوری می توان همچنین به روشی جدید در تولید قطعات فوم دست یافت. حتی اگر تحقیقات گسترده ای در این حوزه انجام شود، امروزه نباید پتانسیل این فناوری را دست کم گرفت. با این حال، در آینده می توان آزمایشات بلند مدت عامل انتشار در قالب گیری را با استفاده از فویل های پلی پروپیلن و عنصر گرمایش CRP انجام داد. به طور همزمان، پر شدن قالب های پلی پروپیلن (PP) در حین فرایند فومینگ باید بررسی شود. بررسی با سیستم های فومی مختلف در این زمینه به عنوان یک کاتالوگ طراحی کامل در تولید فویل های PP در فرایند ترموفرمینگ ضرورت دارد. در واقع، ارتقای توسعه سیستم های عامل انتشار زیست سازگار و سلامت محور به یک اندازه مهم است زیرا از پتانسیل قابل توجهی در کوتاه مدت تا میان مدت به منظور پایدارتر کردن تولید قطعات فوم برخوردار هستند.