Эластичные пенополиуретаны для производства мягкой мебели

Никитина С. Эластичные пенополиуретаны для производства мягкой мебели // Furniture. Business in CIS. 2004 . №6. C. 39

Полиуретаны были впервые получены в Германии в конце 30-х годов XIX ВЕКА. В процессе разработки полиуретановых эластомеров у химиков фирмы Bayer получились конечные продукты с образованием нежелательных газовых пузырей. Затем, уже в результате целенаправленного изучения взаимодействия многоатомных спиртов на основе сложных или простых полиэфиров с многофункциональными изоцианатами и водой, был получен пенопласт с ячеистой структурой. С течением времени он превратился в многоцелевую конструкционную пластмассу массового применения - пенополиуретан (ППУ). В начале 50-х годов первыми появились эластичные пенопласты на основе сложных полиэфиров (ПЭ), а затем через несколько лет были получены пены на основе простых полиэфиров. В 60-е годы, с открытием жестких пенопластов, область применения ППУ значительно расширилась, и к концу 90-х они стали применяться практически во всех отраслях, причем до 70 % общего объема эластичных ППУ используются в производстве матрацев и мягкой мебели. При этом применяются различные ППУ: легкие и тяжелые, мягкие и жесткие, получаемые на основе различных исходных продуктов и рецептур композиций, позволяющих задавать при его изготовлении определенную кажущуюся плотность и жесткость, эластичность и необходимые амортизационные свойства. По способу изготовления эластичные ППУ разделяются на формованные, когда детали отливаются индивидуально, и блочные, когда конечный продукт представляет собой крупногабаритные прямоугольные или цилиндрические блоки, раскраиваемые затем на заготовки.

Определяющее значение для применения блочных эластичных ППУ в различных частях (зонах) мягкой мебели имеет кажущаяся плотность и жесткость материала. Кажущаяся плотность - объемный вес пористого материала. Жесткость пенопласта можно рассматривать как силу, с которой этот материал противостоит деформированию. Показатели кажущейся плотности и жесткости ППУ находятся во взаимосвязи: чем выше кажущаяся плотность при заданной жесткости, тем выше качество пены и меньше ее усталость.

На практике это означает, что более высокой нагрузке на мебель, продолжительности и частоте ее деформации должна соответствовать более высокая кажущаяся плотность. Только при этом условии можно достичь желаемого качества мягкого элемента. Универсальных рекомендаций по подбору оптимальной кажущейся плотности для различных элементов мягкой мебели дать невозможно, т. к. их конструкция и назначение отличаются, а слои применяемого ППУ имеют различную толщину. Общие рекомендации сводятся к следующему: блочные эластичные ППУ для сидений (высокие и частые нагрузки) должны иметь наибольшую кажущуюся плотность - не менее 28-30 кг/м3; материал для подлокотников и спинок (меньшие нагрузки) - более низкую, но не менее 23-25 кг/м3; для тонких настилов кажущаяся плотность должна быть самой высокой - не менее 35 кг/м3 для сидений и не менее 28 кг/м3 для спинок и подлокотников, т. к. чем тоньше настил, тем выше степень деформации при заданном давлении (нагрузке).

Жесткость эластичных блочных ППУ может широки варьироваться в зависимости от используемых исходных рецептур материала: в зависимости от кажущейся плотности он может быть сверхмягким (от 0,5кПа), мягким, стандартным, жестким и очень жестким (до 10 кПа). Блочные эластичные ППУ повышенной мягкости используются в мебели в сочетании с другими настилочными материалами в виде листов небольшой толщины, например, взамен ватинов; жесткие - как материал, заменяющий, например, пружины.

Эластичность блочного ППУ определяется величиной площади петли гистерезиса при наложении и снятии нагрузки. Чем эта петля меньше, тем выше эластичность, и быстрее идет его восстановление после снятия деформирующего усилия, и наоборот. Широкие возможности блочного ППУ по подбору эластичности при его изготовлении позволяют создавать настилочные материалы с самыми разнообразными свойствами и комбинировать из них настилы, точно соответствующие всем необходимым требованиям.

Недостатком блочных ППУ является потеря части их первоначальных свойств после восстановления в случаях чрезмерного сжатия при транспортировке или хранении. Особенно это касается блочных пен с плотностью ниже 30 кг/м3.

Блочный ППУ устойчив к старению, а это, прежде всего, устойчивость к длительному воздействию влаги и температур. ППУ на основе простых полиэфиров более долговечны в мебели, чем на основе сложных.

Многочисленные санитарно-гигиенические исследования, проводившиеся во всем мире, в том числе и у нас в России, доказали, что эти материалы, изготовленные по стандартной рецептуре, абсолютно безопасны для здоровья человека, а малый вес, высокая воздухопроницаемость, хороший тепло- и влагообмен эластичного ППУ позволяют принять его как оптимальный материал для изготовления матрацев. Но его кажущаяся плотность не должна быть ниже 30-35 кг/м3: в противном случае в процессе эксплуатации под нагрузкой ячейки пенопласта чрезмерно деформируются, что заметно снижает воздухо - и влагообмен внутри изделия. Для сложных объемных мягких элементов мебели применяются детали из формованного ППУ, изготавливаемые в индивидуальных преесформах с высокой точностью и не требующие после этого доработки. Плотность деталей из формованного ППУ значительно выше, чем у изготовленных из блочного с аналогичными физико-механическими показателями: для спинок мягкой мебели не ниже 42 кг/м3, а для более нагруженной зоны сидения не менее 45-48 кг/м3. А плотность формованной пены для офисной мебели из-за небольшой толщины мягкого элемента и повышенных требований к износостойкости должна быть еще выше - от 55 до 70 кг/м3.

Благодаря высокой адгезионной способности ППУ почти ко всем материалам, метод формования дает возможность одновременного использования закладных деталей: металлических рам, пружинных блоков и других конструкционных элементов с образованием долговечного соединения. Их применение упрощает технологический процесс изготовления мягкой мебели, т. к. за одну операцию получают готовую сборочную единицу. Но для мебельного производства характерна постоянная смена ассортимента и сравнительно малая серийность производства. Из-за постоянной смены преесформ, цена которых весьма высока, себестоимость деталей из формованного ППУ выше, чем у изготовленных на основе блочного. Несмотря на общий рост производства мягкой мебели, за последние годы производство формованных пен в России постоянно сокращается. Это вызвано широким развитием предприятий, выпускающих более дешевый блочный П ПУ и практически полностью покрывающих потребность изготовителей мягкой мебели. Формованные ППУ занимают хотя и очень небольшую, но постоянную нишу, в основном и производстве высококачественной и высокохудожественной мягкой мебели. Но мелкие поставщики формованного ППУ могут выпускать только весьма ограниченный ассортимент простых по своей форме элементов. Поэтому, как и во всем мире, будущее за более крупными предприятиями-изготовителями таких деталей. Но организация мобильного производства высококачественного формованного ППУ с постоянной сменой ассортимента изделий связана со значительными капиталовложениями и требует высококвалифицированного персонала.

За последние годы объем производства мягкой мебели увеличился, причем в особенности мебели среднего и высокого ценового уровня. Появились даже предприятия, поставляющие мягкую мебель на экспорт. И качество этой мебели, причем не сразу заметное потребителю, а которое он начинает оценивать только после ее достаточно длительной эксплуатации, как раз и определяется качеством и правильностью подбора использованного в ней ППУ.