汽車座椅、床墊和絕緣材料通常由聚氨酯泡沫制成。液體聚合物的發(fā)泡是一個復雜的過程。目前，弗勞恩霍夫協(xié)會(Fraunhofer)的研究已經能夠模擬出這種材料的發(fā)泡行為，并對其進行可靠的表征。這種模擬也適用于塑料泡沫與紡織結構結合的復合材料。
聚氨酯泡沫——簡稱PU泡沫——在我們的日常生活中扮演著重要角色，盡管我們可能并沒有意識到它們的存在。我們每天坐在這種材料上面，或躺在上面：例如，汽車座椅和床墊都是由柔軟的聚氨酯泡沫制成的。另一方面，硬質聚氨酯泡沫也被用于建筑絕緣保溫材料。泡沫材料性能的預測和表征是非常復雜的，實驗分析結果往往會導致錯誤的參數(shù)。
更好地規(guī)劃新產品線
特別有趣的是以下問題：初始液體如何轉化為泡沫?泡沫的特點是什么?位于凱澤斯勞滕的弗勞恩霍夫工業(yè)數(shù)學研究所(Fraunhofer ITWM)的研究人員現(xiàn)在能夠為這些問題提供可靠的回答，并為聚氨酯泡沫塑料產品制造商提供所用聚合物的良好表征，使他們更容易規(guī)劃新的產品線。這最好使用一個例子來解釋，例如汽車座椅。在這種情況下，有些部分需要更加堅硬，有些部分需要更加柔軟。制造商通過注入具有不同特性的泡沫來實現(xiàn)這一點。他們使用液體聚合物混合物作為起始材料，將其注入合適的模具中：快速但復雜的化學過程就開始了。在幾秒鐘內，兩種液體乳劑轉變成復合聚合物泡沫。但兩種不同的物質究竟是如何發(fā)泡的呢?它們是否具有所需的特性，是否按預期擴散到適當?shù)膮^(qū)域?Fraunhofer ITWM部門負責人Konrad Steiner博士解釋說：“我們不是從化學開始，去通過實驗確定許多獨立實驗中的反應速率和粘度等所有參數(shù)，而是進行兩到三個簡單的實驗 - 例如在燒杯中發(fā)泡。我們在電腦上逐個模擬這些實驗?！?/p>
這些實驗建立了FOAM發(fā)泡模擬工具所需的模型參數(shù)，該工具在模擬的基礎上計算泡沫的發(fā)泡行為。結果對具體應用具有較強的穩(wěn)定性和可靠性。研究人員不再需要在單獨的實驗中分別確定每個表征參數(shù)，這可能導致不精確的數(shù)值，而是可以用最少的努力快速獲得可靠的發(fā)泡過程數(shù)據(jù)。
Steiner 說：“制造商通常使用三到四種不同的泡沫——對于新產品，他們通常只是改變泡沫的組合和最終的幾何形狀，”斯坦納說。一旦弗勞恩霍夫的研究人員通過模擬對聚氨酯泡沫進行了表征，這就為新產品提供了一個很好的起點。制造商可以將他們收到的泡沫數(shù)據(jù)輸入到FOAM模擬工具中，并模擬每種新產品和每種新幾何形狀如何在發(fā)泡過程中傳輸泡沫質量和熱量。就汽車座椅而言，他們可以精確地找出將兩種泡沫相互注入的方法，從而在正確的位置獲得理想的區(qū)域性能。
利用FOAM發(fā)泡模擬工具識別參數(shù)和模擬泡沫的方法已經建立，多個項目已經與不同的客戶進行了合作。
聚氨酯泡沫復合材料
制造商通常依賴復合材料中的聚氨酯泡沫，例如用于汽車支撐結構的聚氨酯泡沫，這種復合材料必須既穩(wěn)定又輕便。在這個應用中，其他增強材料，如紡織品被集成到泡沫中。如果強行彎曲，硬質泡沫板可能會斷裂，而集成紡織品的泡沫板很容易承受這些力。然而，聚合物乳液的流動行為改變，因為模具中的織物結構自然地對其起作用，導致泡沫形成動力學和泡沫結構的變化：泡沫變小，泡沫變得更致密。
