Пенополиуретан («поролон»), в том числе с «памятью формы» (Memory Foam)

В производстве матрасов используется эластичный пенополиуретан (мебельный ППУ). Бывает различной жесткости, в пружинных матрасах используется мягкий ППУ, в беспружинных также используется средней жесткости и жесткий ППУ в качестве основы матраса (монолитный блок). Самый недорогой среди всех наполнителей в матрасах, хотя при этом в матрасном производстве применяются различные виды пенополиуретана, отличающиеся качеством, максимальной нагрузкой и соответственно сроком службы, в том числе дорогие и качественные виды ППУ (искусственный латекс, материал с эффектом памяти), которые по своим свойствам и качеству не уступают даже натуральному латексу. Хорошие особенности этого материала — это хорошая воздухопроницаемость, благодаря его пористой структуре.

Поролон — это торговое название эластичного пенополиуретана, который в Совестком Союзе был в основном скандинавской фирмы Porolon.

Пенополиуретан (ППУ) — это искусственный наполнитель ячеистого типа (визуально можно сравнить с губкой), является испытанным и безопасным материалом, что подтверждает его широкое использование в повседневной жизни, например: губки для мытья посуды, наполнитель в автомобильных креслах, утеплителель в строительстве. В качестве основного сырья для производства пенополиуретана используются полиолы, при смешивании полиола и ряда модифицирующих катализаторов происходит химическая реакция, в результате которой происходит вспенивание смеси. За счет разного дозирования химических продуктов получают различные виды ППУ.

Высокоэластичный ППУ (искусственный латекс) отличается улучшенными свойствами используемого для изготовления сырья, а также структурой ячеек. В отличие от обычного эластичного ППУ, который имеет однородную структуру ячеек, высокоэластичный ППУ имеет неоднородную структуру, ячейки имеют различные размеры, толщину стенок и распределены в случайном порядке. Благодаря неоднородной структуре при не большой нагрузке, в работу вступают более мелкие ячейки, а при возрастании нагрузки в работу вступают более крупные ячейки, с большим сопротивлением сжатию. Поэтому высокоэластичные ППУ отличаются высокой эластичностью и комфортом, а также более продолжительным сроком службы.

На рисунке слева показана структура ячеек обычного пенополиуретана, справа — высокоэластичного ППУ.

Фото плиты из обычного пенополиуретана (высота 3 см), используемой в качестве наполнителя в матрасе.

Фото монолитного блока из высокоэластичного пенополиуретана (высота 8 см) под названием Waterform итальянского производителя матрасов Lordflex’s, используемого в качестве основы в беспружинном матрасе.

Вязкоэластичный пенополиуретан с «памятью формы» (другие названия: Мемориформ, Memory Foam, Memorix) — это дорогой и уникальный материал с особыми физико-механическими свойствами, характеризуется медленным восстановлением после сжатия. При погружении какого-либо объекта (например, человеческого тела) в вязкоэластичную пену, пена точно воспроизводит форму погруженного тела, а после снятия нагрузки, пена медленно принимает первоначальную форму. Вязкоэластичная пена реагирует на температуру тела и окружающую температуру, размягчаясь от тепла тела и более легко подстраиваясь под его контуры. Благодаря чему, наполнитель оказывает наименьшее давление на подкожные сосуды и способствует лучшему кровотоку. За счет своей повышенной плотности и при этом высоком уровне комфорта, ППУ с «памятью» обладает низкой воздухопроницаемостью, по сравнению с обычным ППУ. Другими характеристиками вязкоэластичной пены являются способность к амортизации вибраций и поглощению ударов — изделия из вязкоэластичной пены поглощают до 90% воздействующей энергии. Вязкоэластичный ППУ применяется во многих областях промышленности, в том числе и в космической промышленности (в первые был использован в NASA — Национальное управление США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства).

Фото плиты из вязкоэластичного пенополиуретана с «памятью» (высота 4 см) используемой в качестве наполнителя в матрасе.

На фото показан отпечаток формы руки после надавливания на вязкоэластичный пенополиуретан с «памятью» — эффект длится несколько секунд.

Видео о производстве мебельного поролона на российском заводе СИБПЛАСТ:

Дополнительно о пенополиуретане

Когда в конце 30-х годов XIX века, то есть почти двести лет назад, германские физики, работавшие на концерн Байер, трудились над разработкой полиуретановых эластомеров, они и думать не могли, что получившийся в результате экспериментов конечный продукт с содержанием нежелательных пузырей газа станет новой ступенью в эволюции полимерных материалов. Ученые стали целенаправленно соединять многоатомные спирты с многофункциональными изоциантами. Так появился пенопласт с ячеистой структурой. Последующие эксперименты и опыты привели к образованию конечного продукта — пенополиуретана.

По сути, пенополиуретан (ППУ) — это конструкционная пластмасса массового применения, которую можно использовать в самых разных целях.

В основе разных видов ППУ — сложные или простые полиэфиры (ПЭ). Так, на основе сложных ПЭ в середине прошлого века стали разрабатываться пенопласты, обладающие эластичными свойствами. Спустя несколько лет появились первые пены, в основе которых были простые полиэфиры. Область применения ППУ постепенно расширялась, и к концу 90-х ППУ активно использовались повсеместно. Причем около 70% всего объема вырабатываемых ППУ применялись при изготовлении мягкой мебели и матрасов.

При выборе определенного вида ППУ для мягкой мебели имеют значение его основные характеристики: степень жесткости, вес, эластичность, амортизационные свойства. Все эти качества зависят от того, какие исходные продукты и рецептуры используются при производстве ППУ.

По степени жесткости эластичный пенополиуретан может быть сверхмягким (от 0,5кПа), мягким, стандартным или жестким. Существует также сверхжесткий пенополиуретан (до 10 кПа). Жесткий пенополиуретан способен заменить пружинные блоки, а листы пенополиуретана повышенной мягкости небольшой толщины, как правило, используются в сочетании с другими материалами.

Существует два способа производства эластичных ППУ. При изготовлении формованных пенополиуретанов каждая деталь отливается отдельно. При производстве блочных пенополиуретанов конечный продукт — блоки больших размеров прямоугольной или цилиндрической формы, которые затем раскраиваются на заготовки.

При выборе конкретного вида блочного эластичного ППУ для изготовления мягкой мебели первостепенное значение имеют такие понятия, как жесткость материала и его кажущаяся плотность. Жесткость — это способность материала противостоять деформации. Кажущаяся плотность определяется объемным весом пористого материала. Жесткость и кажущаяся плотность тесно взаимосвязаны: чем выше плотность материала, тем качественнее пена и тем выше предел ее «усталости». То есть чем более высокая нагрузка предполагается на определенную секцию мебели, тем выше должна быть степень кажущейся плотности. При удачно выверенном сочетании кажущейся плотности и жесткости материала можно добиться высокого качества мягкой мебели.

Практика показывает, что наиболее удачными можно считать следующие варианты подбора ППУ для различных элементов мягкой мебели. Для сидений, которые испытывают постоянные высокие нагрузки, плотность ППУ должна быть не ниже 28-30 кг/куб.м. Для подлокотников и спинок, на которые приходится гораздо меньшая нагрузка, можно использовать ППУ с чуть меньшей кажущейся плотностью (23-25 кг/куб.м). Самая высокая степень кажущейся плотности требуется для ППУ, применяемых в изготовлении тонких настилов в сиденьях (не менее 35 кг/куб.м) и в спинках и подлокотниках (не менее 28 кг/куб.м). Причина в том, что чем меньше толщина настила, тем сильнее он поддается деформации.

Степень эластичности ППУ определяется, исходя из величины площади петли гистерезиса под воздействием нагрузки. Чем меньше петля, тем эластичнее материал, и, следовательно, тем быстере он примет исходную форму после того, как нагрузка исчезнет. Блочные ППУ обладают широкими возможностями в плане подбора степени эластичности. Это позволяет комбинировать из материалов разной степени эластичности настилы, точно соответствующие заданным параметрам.

Блочные эластичные ППУ особенно хороши при изготовлении матрасов. Причина — в высокой воздухопроницаемости, отличном влаго- и теплообмене, малом весе этого материала. Однако следует помнить, что кажущаяся плотность ППУ, используемого в изготовлении матраса, должна быть не ниже 30-35 кг/куб.м. Это необходимо для того, чтобы ячейки пенополиуретана не деформировались и внутри изделия не нарушился влаго- и воздухообмен.

Блочные ППУ имеют массу достоинств. Они долговечны как материал для изготовления мебели (особенно те, что разработаны на основе простых полиэфиров), устойчивы к старению, не поддаются воздействию влаги и перепадов температуры. Кроме того, блочные ППУ соответствуют самым высоким санитарно-гигиеническим требованиям. Многочисленные исследования доказали абсолютную безопасность блочных ППУ для здоровья человека. Единственный недостаток блочных ППУ (особенно с плотностью меньше 30 кг/куб.м), о котором следует помнить, — то, что материал может потерять первоначальные свойства при восстановлении после чрезмерного сжатия. Это означает, что хранить и транспортировать изделия, в составе которых блочный пенополиуретан, следует с особым вниманием.

Формованный ППУ применяется в изготовлении сложных и объемных мягких элементов мебели. Каждая деталь производится в индивидуальной пресс-форме. При этом точность производства настолько высокая, что не требует дальнейшей доработки. Детали из формованного ППУ обладают гораздо более высокой плотностью, чем детали из блочного ППУ с аналогичными характеристиками. Плотность материала для спинок диванов и кресел — не меньше 42 кг/куб.м, для сидений — не ниже 45-48 кг/куб.м. В офисной мебели, где толщина мягкого элемента совсем небольшая, а требования к износостойкости достаточно высокие, применяются ППУ с плотностью 55 — 70 кг/куб.м.

ППУ обладает высокой адгезивной способностью практически к любому материалу. При методе формования, таким образом, можно одновременно с ППУ использовать пружинные блоки, металлические рамы и другие детали. Таким образом процесс изготовления мягкой мебели значительно упрощается: за одну операцию можно получить полностью готовую единицу.

На сегодняшний день основным настилочным материалом при изготовлении мягкой мебели остается более дешевый блочный ППУ.

Дополнительно вы можете почитать о химическом строении и сферах применения пенополиуретана в Википедии.