اندازه گیری خواص فیزیکی فوم صندلی پلی یورتان

تاریخ انتشار: ۹ اردیبهشت ۱۳۹۵

شاید شما به عنوان مصرف کننده یا تولید کننده فوم سرد پلی یورتان مورد استفاده در صندلی خودرو و مبلمان، تشک و غیره، با شکل ظاهری یکسان اما کارایی متفاوتی در طول کار با این مواد مواجه شده اید که هیچ معیاری برای مقایسه کیفیت آنها با یکدیگر نداشته اید. به عنوان مثال چگونه می توان از میزان مقاومت فوم صندلی پلی یورتان در برابر پارگی، برگشت پذیری، افت ارتفاع ( یا خوابیدن فوم) آگاه شد. ما در این مقاله قصد داریم به برخی از مهمترین پارامترهای تعیین کننده کیفیت فوم پلی یورتان مروری بیندازیم و شما را با روش های تست این پارامترها تا حدودی آشنا نماییم.

اهمیت شناسایی تست های اندازه گیری خواص فیزیکی فوم صندلی پلی یورتان

شاید شما به عنوان مصرف کننده یا تولید کننده فوم سرد پلی یورتان مورد استفاده در صندلی خودرو و مبلمان، تشک و غیره، با شکل ظاهری یکسان اما کارایی متفاوتی در طول کار با این مواد مواجه شده اید که هیچ معیاری برای مقایسه کیفیت آنها با یکدیگر نداشته اید. به عنوان مثال چگونه می توان از میزان مقاومت فوم صندلی پلی یورتان در برابر پارگی، برگشت پذیری، افت ارتفاع ( یا خوابیدن فوم) آگاه شد. ما در این مقاله قصد داریم به برخی از مهمترین پارامترهای تعیین کننده کیفیت فوم پلی یورتان مروری بیندازیم و شما را با روش های تست این پارامترها تا حدودی آشنا نماییم.

تست تراکم پذیری (COMPRESSION)

تست تراکم پذیری اغلب برای اندازه گیری میزان نرمی و تراکم فوم تحت نیروی اعمال شده بکار می رود. با وجودیکه سفتی و تراکم پذیری دو پارامتر متفاوت می باشند گاهی به جای هم به اشتباه تعریف می شوند. سفتی به میزان مقاومت فوم در برابر تا شدن ( دو لا شدن) اطلاق می شود در حالی که تراکم پذیری به مقاومت فوم در برابر له شدن اطلاق می شود. در هر صورت این دو پارامتر رابطه مستقیمی با هم دارند به این معنی که با افزایش مقاومت تراکم پذیری فوم، میزان سفتی آن نیز افزایش می یابد.
دو نوع تست (بسته به کاربرد فوم) برای تعیین تراکم پذیری فوم های پلی یورتان به کار گرفته می شود. به عنوان مثال در فوم مبل، تست   (Compression Force indentation) IFD کاربردی تر از تست CFD (Compression Force Deflection) است. هر دو تست میزان نیروی مورد نیاز برای متراکم نمودن فوم به میزان مشخصی از ضخامت اولیه را اندازه گیری می کند. در تست IFD، سطح مقطع پیستونی که فوم را متراکم می کند، از سطح مقطع نمونه فوم کوچکتر است. این تست در واقع، نشتن یک فرد در مرکز یک صندلی را شبیه سازی می کند. ( شکل ۱). نیروی اعمال شده برای تراکم فوم پلی یورتان به میزان ۲۵% یا ۶۵% از ضخامت اولیه فوم بیشتر در صنایع مبلمان مورد استفاده قرار می گیرد. پس از تراکم سازی، با برگشت پیستون از روی فوم، نیروی اعمال شده به پیستون توسط فوم با نیروی تراکمی مساوی نیست که به این اتفاق اثر پسماند می گویند.

تست تراکم پذیری فوم پلی یورتان (COMPRESSION)

شکل ۱- تست تراکم پذیری فوم پلی یورتان (IFD)

در تست دوم، به جای اعمال نیرو به بخش مشخصی از سطح فوم، سطح مقطع پیستون اعمال نیرو بزرگتر از سطح مقطع نمونه فوم در نظر گرفته می شود (شکل ۲). لازم به ذکر است مقاومت تراکم پذیری با تغییر در فرمولاسیون شیمیایی تا حدودی قابل کنترل است اما در هر صورت، این یک پدیده فیزیکی محسوب می شود. ساختار سلول ها، دانسیته فوم و دیگر عوامل فیزیکی خواص مواد را کنترل می کنند. باید توجه داشت نوع و فرمول شیمیایی مواد اولیه پلی یورتان مورد استفاده در تولید فوم صندلید تاثیر زیادی بر خواص تراکمی این مواد خواهد داشت.

تست تراکم پذیری فوم پلی یورتان (COMPRESSION)

شکل ۲-تست تراکم پذیری فوم پلی یورتان (CFD)

تست مانایی فشار (compression set)

اگر فوم صندلی پلی یورتان برای مدت زمانی مشخص تحت نیروی فشاری قرار گیرد، ارتفاع فوم به حالت اول بر نمی گردد. این اثر به مانایی فشار معروف است و به این دلیل اهمیت دارد که فوم تولید شده ممکن است در حین استفاده تحت نیروی فشاری ثابتی قرار گیرد که موجب تورفتگی و افت ارتفاع فوم شود. در این تست، نمونه فوم پلی یورتان به مدت ۲۲ ساعت در دمای ۷۰ درجه سانتی گراد تحت نیروی تراکمی قرار می گیرد و سپس اجازه داده می شود تا به مدت ۳۰ دقیقه استراحت کند و سپس ضخامت فوم اندازه گیری و با ضخامت اولیه مقایسه می شود ( شکل۳).

تست مانایی فشار فوم پلی یورتان (compression set)

شکل ۳-تست مانایی فشار فوم پلی یورتان (compression set)

تست استحکام کششی (Tensile Strength)

استحکام کششی یک پلیمر به نیروی مورد نیاز برای پاره نمودن یک نمونه با کشیده شدن تعریف می شود. در این تست یک نمونه از فوم که به استخوان سگ معروف است ( شکل ۴ ) جهت اندازه گیری استحکام کششی انتخاب می شود. یک انتهای فوم توسط دستگاه ثابت نگه داشته می شود و انتهای دیگر توسط نیروی حاصل از دستگاه کشیده می شود. نیروی لازم برای پاره شدن نمونه فوم ثبت و میزان خاصیت کشسانی نمونه همزمان با افزایش نیرو ثبت می شود. همزمان با افزایش طول نمونه، نیروی لازم برای کشیدن فوم از ( مثلا ۵۰% به ۶۰%) به عنوان ضریب کشسانی (مدول الاستیسیته) گزارش می شود. منحنی نیرو- کشش دارای یک نقطه تسلیم ( یا محدوده الاستیکی) خواهد بود که بالای آن، نمونه فوم قادر به برگشت به طول اولیه نخواهد بود.
لازم به ذکر است که استحکام کششی فوم پلی یورتان تحت کنترل دانسیته فوم می باشد و در عین حال یک پدیده مولکولی است. وزن مولکولی پلی ال، میزان پیوند های عرضی، و دیگر عوامل شیمیایی بر خواص کششی فوم تاثیر مستقیمی دارند.

 

تست استحکام کششی فوم پلی یورتان (Tensile Strength)

شکل ۴-تست استحکام کششی فوم پلی یورتان (Tensile Strength)

 

تست استحکام کششی فوم پلی یورتان (Tensile Strength)

تست استحکام پارگی (Tear Strength)

فوم صندلی پلی یورتان همچنین به منظور اندازه گیری قابلیت مقاومت در برابر پارگی مورد آزمایش قرار می گیرد. در کاربردهایی که فوم به طور مداوم تحت عملیات دستکاری و مونتاژ قرار می گیرد ( همانند فوم صندلی خودرو و فوم مبلی)، تست مقاومت پارگی از اهمیت بالایی برخوردار است. انجام این تست به خصوص در فوم هایی که حاوی مقدار زیادی مواد پر کننده (فیلر) می باشد ( همانند فوم های مقاوم در برابر شعله و آتش سوزی) حائز اهمیت است. این ترکیبات می توانند مقاومت فوم پلی یورتان در برابر پارگی را کاهش دهند.
نمونه فوم با ضخامت و عرض یک اینچ انتخاب و پس از برش هر نیمه یک اینچ خواهد شد. یک نیمه فوم به قسمت ثابت دستگاه قلاب می شود و طرف دیگر توسط بازوی دستگاه کشیده می شود ( شکل ۶). میانگین نیرویی که در طول پارگی فوم اعمال می شود به عنوان نیروی پارگی ثبت می شود.

 

تست استحکام پارگی فوم پلی یورتان (Tear Strength)

شکل ۶- تست استحکام پارگی فوم پلی یورتان (Tear Strength)

 

تست استحکام پارگی فوم پلی یورتان (Tear Strength)

تست قابلیت ارتجاع(Resilience)

شاید شما هم اصطلاح فوم HR که اختصار کلمه High Resilience (که به معنای فوم با قابلیت جهندگی بالا می باشد) را در حین خرید مبلمان شنیده باشید. قابلیت ارتجاع معیاری از خاصیت الاستیکی یا فنری بودن فوم صندلی پلی یورتان می باشد. در این تست، یک توپ فولادی کوچک از یک نقطه ارتفاع مشخص بر روی فوم رها می شود و میزان جهندگی فوم بر اساس ارتفاع جهش اندازه گیری می شود. از آنجاییکه اندازه گیری این تست چشمی است از دقت بالایی برخوردار نمی باشد. همچنین در فوم های خیلی نرم ممکن است قابلت ارتجاعی به دلیل رسیدن توپ فلزی به ته فوم به اشتباه اندازه گیری شود و میزان کمتری را نشان دهد در حالی ممکن است فوم قابلیت ارتجاعی و الاستیکی بالایی داشته باشد.

تست خستگی (Fatigue)

تست خستگی به منظور تعیین میزان دوام و پایداری فوم و اینکه چگونه یک فوم سختی و ارتفاع خود را پس از فشردگی های مکرر از دست می دهد اندازه گیری می شود. این تست حدود ۲۵ سال پیش در فوم صندلی خودرو در اروپا توسعه یافت و به یک استاندارد در صنایع خودرو و مبلمان تبدیل شد. در این تست، فوم  صندلی پلی یورتان تحت نیروی رفت و برگشتی با اعمال وزنه ۷۵ کیلوگرمی با فرکانس ۷۰ دور بر دقیقه و برای ۶۰۰۰۰ دور قرار می گیرد. دستگاه تست خستگی طوری طراحی شده که نیرو توسط سقوط آزاد بر روی نمونه فوم رها می شود (شبیه سازی نشستن انسان با وزن ۷۵ کیلوگرمی بر روی فوم ). تغییرات در تحمل نیرو و ارتفاع فوم متعاقبا تعیین می شود.

تست جریان هوا(Airflow)

همانطور که در مقالات قبل در مورد فوم سرد پلی یورتان بحث شد، فوم نرم پلی یورتان دارای سلول باز می باشند که قابلیت جذب آب را دارند و در حین متراکم شدن هوای داخل سلول ها خارج و پس از رها سازی مجددا هوای به داخل سلول باز بر می گردد. جریان هوا معیاری برای اندازه گیری میزان تخلخل یا باز بودن سلول های فوم می باشد که بر حسب حجم واحد مشخص هوای عبوری از فوم در واحد زمان مشخص می شود. در این تست، هوا از درون نمونه فوم با ابعاد مشخص که توسط دستگاهی ثابت نگه داشته شده است مکیده می شود و جریان هوا توسط فلومتر اندازه گیری می شود.

تست طول عمر گرمای خشک (Dry Heat Aging)

تست شامل قرار دادن فوم در معر گرمای خشک به مدت ۲۲ ساعت در دمای ۱۴۰ درجه سانتی گراد می باشد. سپس تغییر در خواص فیزیکی اندازه گیری می شود. مهمترین تغییر ایجاد شده در مقاومت کششی فوم مشهود است.
در پایان لازم به ذکر است تست های دیگری نیز به منظور اندازه گیری خواص فیزیکی فوم صندلی پلی یورتان وجود دارد که به دلیل داشتن اهمیت کمتر از اشاره به آنها در این مقاله صرف نظر شد.