对硬质聚氨酯发泡体系发泡动力学模拟路径浅述

陈昆明

摘要：文章尝试以热力学以及流体动力学为切入点，构建以硬质聚氨酯发泡体系为描述对象的发泡动力学模型，并对模塑反应体系发泡过程进行可靠模拟，提出以气泡胀大为核心的影响因素，对后续有关模型的实际应用有一定的指导意义，值得引起业内人士的关注与重视。

关键词：聚氨酯;发泡;动力学

一、孤立气泡胀大

考虑孤立气泡这一因素，作出如下假设条件：假设一，浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系中混合反应物为各向同性的粘性流体，具体不可压缩的特性;假设二，浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系内填充发泡剂过热蒸汽;假设三，浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系为球形，且位于无限混合反应物内。因此，在球对称情况下，不可压缩的粘性流体质量守恒、动量守恒以及本构方程可以做如下描述：

流体密度=浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系混合反应物初始密度;

考虑到浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系流体中各向同性压力取值无明显变化，因此可以将该取值视作大气压，两者均等，这种近似条件不会对结果产生明显误差，因此可以按照该假设条件做进一步求解，通过所形成方程组，在差分方法的作用下对数值进行求解，以得到相对于浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系而言，孤立气泡的胀大历史尺寸以及最终尺寸。如下图（见图1）所示。

二、模塑发泡过程

下图（如图2）所示给出了浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系示意图。结合图2，作出如下几个方面的假设条件：假设一，不考虑浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系混合时间，在混合完成后开始计算反应时间;假设二，在浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系中，发泡剂分布呈现出均匀性特质，气泡表现为闭孔状态;假设三，不考虑温度差异对浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系的影响（温度差主要由吸热反应所致，主要表现为气泡周边区域），将气泡体系内外部温度视作均匀、均一状态，气泡不外泄;假设四，浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系方向具备一维属性，以发泡方向为标准取一维计算网格，网格内物理量呈均等状态;假设五，任一状态下，网格内体积等于发泡剂体积、气泡体积以及混合反应物体积综合。且在凝胶出现后网格整体体积呈现出稳定状态。

从自由发泡的角度上来说，将浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系中发泡剂汽化温度视作大气压下标准值，将整套发泡体系初始温度定义为T0，在T值高于T0同时低于发泡剂汽化温度的情况下，通过反应放热的方式对整套浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系进行加热，不产生发泡剂汽化，此时可用反应动力学以及热传导原理对自由发泡过程进行米描述。在T值与发泡剂气化温度一致的情况下，通过反应放热的方式对发泡剂进行汽化处理，此时温度处于恒定状态，可通过发泡剂及其蒸汽所对应的饱和状态方程、反应动力学以及热传导过程进行描述。在发泡剂进入完全汽化状态后，反应放热可用于对浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系的加热，此时所对应的描述方法为过热蒸汽状态方程、热传导过程以及反应动力学过程。

从模塑发泡的角度上来说，在浇铸型硬质聚氨酯模塑发泡体系体积不断膨胀并充满整个模具的情况下，反应体系体积将处于恒定状态，体系内压力均等，与气泡内蒸汽壓力相等。对于模具而言，所承受压力与内部压力一致。因此，在内部压力高于饱和蒸气压的情况下，饱和蒸汽激发液化反应，导致热量大量释放，气泡体积减小。而在内部压力低于饱和蒸气压的情况下，发泡剂进入汽化状态下，导致热量被吸收，气泡体积增加。

三、结束语

对于硬质聚氨酯发泡体系而言，发泡过程与整个硬质聚氨酯发泡体系的物力状态、化学反应过程存在密切关联性，并且会对泡沫体密度以及分布产生决定性影响，因此需要通过探讨体系发泡过程的方式，为后续评价奠定基础。本文尝试对发泡过程模型进行构建与描述，对发泡历史进行模拟，以评估相关影响因素，侧重从自由发泡以及模塑发泡两个角度着手，为硬质聚氨酯模塑体的密度以及分布进行可靠预测与评估。

参考文献：

[1]俞丽珍，曹益婧，胡红， 等.环戊烷体系聚氨酯硬质泡沫发泡流动性能的研究[J].聚氨酯工业，2012，27（1）：35-38.

[2]孙祥，钮雅芬，花振飞， 等.改善冰箱用环戊烷-异戊烷发泡体系流动性方法的探讨[J].聚氨酯工业，2002，17（2）：38-41.

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