آیا فوم صنعتی فقط مناسب استفاده در حوزه صنعت است؟

فوم صنعتی با وجود نامش صرفاً محدود به کاربردهای صنعتی نیست و دامنه ی استفاده از آن بسیار فراتر از محیط های کارخانه ای و تولیدی گسترده شده است. این ماده ی مهندسی شده به دلیل ویژگی های منحصر به فردی نظیر وزن سبک عایق بندی حرارتی و صوتی عالی جذب ضربه و ارتعاش و قابلیت شکل پذیری در طیف وسیعی از صنایع و حتی زندگی روزمره ما جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. در ادامه این مقاله به بررسی دقیق تر ماهیت فوم صنعتی اصول عملکرد آن کاربردهای متنوع در صنایع و فراتر از آن استانداردهای مرتبط چالش ها و راهکارهای بهینه سازی آن خواهیم پرداخت. 

منبع: بهین فوم گستر ماد

تعریف و عملکرد فنی فوم صنعتی

فوم صنعتی به دسته ای از مواد مهندسی شده اطلاق می شود که ساختار سلولی دارند و از ترکیب یک ماده پایه (پلیمر فلز سرامیک) و یک عامل فوم زا به وجود می آیند. این ساختار سلولی که متشکل از حباب های گازی محصور شده در یک ماتریس جامد است ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاصی به فوم می بخشد. عملکرد فنی فوم صنعتی بر اساس اصول مهندسی مواد و انتقال حرارت و جرم استوار است.

اصول عملکرد فوم صنعتی :

• کاهش چگالی : ایجاد ساختار سلولی باعث کاهش چشمگیر چگالی ماده نسبت به حالت جامد اولیه می شود. این کاهش چگالی منجر به کاهش وزن قطعات و سازه ها شده که در صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا بسیار حائز اهمیت است.
• عایق بندی حرارتی : حباب های گازی موجود در فوم به ویژه هوا رسانایی حرارتی بسیار پایینی دارند. وجود این حباب ها در ساختار فوم مسیرهای انتقال حرارت را مختل کرده و باعث کاهش انتقال حرارت از طریق هدایت همرفت و تابش می شود. این ویژگی فوم های صنعتی را به عایق های حرارتی بسیار کارآمدی تبدیل کرده است.
• عایق بندی صوتی : ساختار سلولی فوم امواج صوتی را جذب و پراکنده می کند. سلول های فوم می توانند انرژی امواج صوتی را به انرژی حرارتی تبدیل کرده و یا با ایجاد مسیرهای پیچیده از انتشار مستقیم امواج صوتی جلوگیری کنند. این خاصیت فوم های صنعتی را در کاربردهای عایق صوتی بسیار مفید می سازد.
• جذب ضربه و ارتعاش : فوم های صنعتی به خصوص فوم های الاستومری قابلیت جذب انرژی ضربه و ارتعاش را دارند. هنگامی که یک نیروی خارجی به فوم وارد می شود ساختار سلولی آن تغییر شکل داده و انرژی را مستهلک می کند. این ویژگی در کاربردهای بسته بندی ایمنی و کاهش ارتعاشات ماشین آلات بسیار مهم است.
• نسبت استحکام به وزن بالا : برخی از فوم های صنعتی به ویژه فوم های فلزی و سرامیکی با وجود چگالی پایین استحکام مکانیکی قابل توجهی دارند. این ویژگی آن ها را برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و وزن سبک به طور همزمان دارند مانند سازه های هوافضا و قطعات خودرو مناسب می سازد.

اجزای اصلی و اصول کارکرد فوم صنعتی

فرایند تولید فوم صنعتی شامل اجزای اصلی و مراحل مشخصی است که بر اساس اصول شیمی و مهندسی پلیمرها و مواد پیش می رود. اجزای اصلی تشکیل دهنده فوم صنعتی عبارتند از :

• ماده پایه (پلیمر) : ماده پایه ساختار اصلی فوم را تشکیل می دهد و خواص نهایی فوم تا حد زیادی به نوع پلیمر مورد استفاده بستگی دارد. پلیمرهای رایج در تولید فوم صنعتی شامل پلی یورتان (PU) پلی استایرن (PS) پلی اتیلن (PE) پلی پروپیلن (PP) لاستیک ها (مانند EPDM) سیلیکون ها و رزین های فنولیک هستند. هر پلیمر ویژگی های خاص خود را دارد که کاربردهای متفاوتی را برای فوم های ساخته شده از آن ها ایجاد می کند. به عنوان مثال پلی یورتان به دلیل انعطاف پذیری و تنوع خواص در طیف گسترده ای از فوم ها از جمله فوم های نرم سخت و اسپری استفاده می شود. پلی استایرن به دلیل قیمت پایین و عایق حرارتی خوب در فوم های بسته بندی و عایق کاری ساختمان کاربرد دارد.
• عامل فوم زا (Blowing Agent) : عامل فوم زا ماده ای است که با ایجاد گاز در داخل ماده پایه ساختار سلولی فوم را ایجاد می کند. عوامل فوم زا به دو دسته اصلی تقسیم می شوند :
• عوامل فوم زای شیمیایی : این مواد در اثر واکنش شیمیایی گاز تولید می کنند. به عنوان مثال در تولید فوم پلی یورتان واکنش بین ایزوسیانات و پلی ال منجر به تولید گاز دی اکسید کربن می شود که عامل فوم زای اصلی است. همچنین از مواد شیمیایی دیگری مانند آزودی کربن آمید (ADCA) نیز به عنوان عامل فوم زا استفاده می شود.
• عوامل فوم زای فیزیکی : این مواد به صورت مایع یا گاز به ماده پایه اضافه شده و با کاهش فشار یا افزایش دما تبخیر شده و گاز تولید می کنند. عوامل فوم زای فیزیکی می توانند شامل هیدروکربن ها (مانند پنتان بوتان) هیدروفلوروکربن ها (HFCs) هیدروکلروفلوروکربن ها (HCFCs) (که به دلیل اثرات زیست محیطی در حال حذف تدریجی هستند) و دی اکسید کربن مایع باشند. استفاده از دی اکسید کربن به عنوان عامل فوم زای فیزیکی به دلیل سازگاری با محیط زیست و هزینه پایین رو به افزایش است.
• افزودنی ها : برای بهبود خواص فوم و یا تسهیل فرایند تولید از افزودنی های مختلفی استفاده می شود. این افزودنی ها می توانند شامل موارد زیر باشند :
• کاتالیزورها : برای تسریع واکنش های شیمیایی در تولید فوم های پلی یورتان.
• سورفکتانت ها (مواد فعال سطحی) : برای پایدارسازی حباب ها و کنترل اندازه و توزیع سلول ها.
• پایدارکننده ها : برای افزایش پایداری فوم در برابر حرارت نور UV و عوامل شیمیایی.
• ضد حریق ها : برای بهبود مقاومت فوم در برابر آتش و کاهش اشتعال پذیری. استفاده از ضد حریق های هالوژنه در گذشته رایج بود اما به دلیل مسائل زیست محیطی استفاده از ضد حریق های غیرهالوژنه مانند ترکیبات فسفری و معدنی در حال افزایش است.
• پرکننده ها : برای کاهش هزینه و بهبود برخی خواص مکانیکی مانند استحکام فشاری.
• رنگ دانه ها : برای ایجاد رنگ های مختلف در فوم.

اصول کارکرد فوم سازی :

فرایند فوم سازی به طور کلی شامل مراحل زیر است :

1. مخلوط کردن مواد اولیه : ماده پایه عامل فوم زا افزودنی ها و سایر مواد اولیه به دقت مخلوط می شوند.
2. ایجاد حباب (هسته زایی) : عامل فوم زا به روش های مختلف (شیمیایی یا فیزیکی) گاز تولید می کند و حباب های گازی در داخل مخلوط ایجاد می شوند. هسته زایی حباب ها می تواند همگن (در سراسر حجم ماده) یا ناهمگن (بر روی سطوح ناخالصی ها یا افزودنی ها) باشد.
3. رشد حباب : حباب های کوچک اولیه به تدریج بزرگتر می شوند. رشد حباب ها تحت تأثیر عواملی مانند فشار گاز کشش سطحی و ویسکوزیته ماده پایه قرار دارد.
4. پایدارسازی حباب : برای جلوگیری از از بین رفتن حباب ها و رسیدن به ساختار فوم پایدار لازم است حباب ها پایدار شوند. استفاده از سورفکتانت ها و افزایش ویسکوزیته ماده پایه به پایدارسازی حباب ها کمک می کند.
5. تثبیت ساختار فوم (ژل شدن یا سخت شدن) : ماده پایه از حالت مایع به حالت جامد تبدیل می شود و ساختار سلولی فوم تثبیت می گردد. این فرایند می تواند از طریق واکنش شیمیایی (در فوم های ترموست مانند پلی یورتان) یا از طریق سرد شدن و جامد شدن (در فوم های ترموپلاست مانند پلی استایرن) انجام شود.

کاربردهای صنعتی فوم صنعتی و مثال هایی از صنایع مختلف

فوم صنعتی به دلیل ویژگی های متنوع و قابل تنظیم در گستره وسیعی از صنایع کاربرد دارد. در اینجا به برخی از مهم ترین کاربردهای صنعتی فوم اشاره می شود :

• صنعت خودروسازی :
• صندلی خودرو : فوم های پلی یورتان نرم در ساخت صندلی خودرو برای ایجاد راحتی و جذب ضربه استفاده می شوند. فوم های با دانسیته های مختلف برای قسمت های مختلف صندلی (نشیمن پشتی تکیه گاه سر) به کار می روند.
• داشبورد و قطعات داخلی : فوم های نیمه سخت و سخت پلی یورتان برای ساخت داشبورد روکش درب ها کنسول مرکزی و سایر قطعات داخلی خودرو استفاده می شوند. این فوم ها علاوه بر زیبایی ظاهری به جذب صدا و افزایش ایمنی نیز کمک می کنند.
• عایق بندی حرارتی و صوتی : فوم های عایق حرارتی و صوتی در بخش های مختلف خودرو مانند سقف کف و دیواره های موتور برای کاهش انتقال حرارت و صدا به داخل کابین استفاده می شوند.
• جذب ضربه و ایمنی : فوم های ضربه گیر در سپر خودرو ستون های جانبی و سایر بخش های ایمنی برای جذب انرژی ضربه و کاهش آسیب های ناشی از تصادفات به کار می روند. فوم های پلی پروپیلن منبسط شده (EPP) به دلیل استحکام و قابلیت جذب انرژی بالا در این کاربردها بسیار مورد توجه هستند.
• صنعت ساختمان :
• عایق بندی حرارتی و صوتی ساختمان : فوم های پلی یورتان اسپری فوم های پلی استایرن منبسط شده (EPS) و فوم های پلی استایرن اکسترود شده (XPS) به عنوان عایق های حرارتی و صوتی در دیوارها سقف ها کف ها و لوله ها استفاده می شوند. این فوم ها به کاهش مصرف انرژی و بهبود آسایش حرارتی و صوتی ساختمان کمک می کنند. استانداردهای ملی و بین المللی متعددی مانند ISO ۱۰۴۵۶ و ASTM C۵۱۸ روش های تست و مشخصات عملکرد عایق های حرارتی فوم را تعیین می کنند.
• پانل های ساندویچی : فوم های پلی یورتان و پلی ایزوسیانورات (PIR) به عنوان هسته عایق در پانل های ساندویچی استفاده می شوند. این پانل ها در ساخت دیوارها سقف ها و سردخانه ها کاربرد دارند و به دلیل عایق بندی بالا و سرعت نصب بسیار محبوب هستند.
• درزگیری و آب بندی : فوم های پلی یورتان اسپری و فوم های درزگیر (sealant foams) برای درزگیری شکاف ها پر کردن فضاهای خالی و آب بندی در و پنجره ها استفاده می شوند.
• بتن سبک : فوم های سیمانی و فوم های بتنی با افزودن عامل فوم زا به سیمان یا بتن تولید می شوند. این بتن های سبک وزن عایق حرارتی و صوتی بهتری نسبت به بتن معمولی دارند و در ساخت دیوارها و سقف ها کاربرد دارند.
• صنعت بسته بندی :
• بسته بندی محافظتی : فوم های پلی استایرن (EPS) و پلی اتیلن (PE) به دلیل خاصیت ضربه گیری و عایق بندی برای بسته بندی لوازم الکترونیکی قطعات حساس مواد غذایی و محصولات شکننده استفاده می شوند. فوم های قالبی (molded foams) می توانند به شکل دلخواه طراحی و تولید شوند و حفاظت کاملی را برای محصول فراهم کنند.
• بسته بندی مواد غذایی : فوم های پلی استایرن و پلی پروپیلن در تولید ظروف یکبار مصرف غذا سینی های بسته بندی گوشت و مرغ و سایر مواد غذایی کاربرد دارند. استانداردهای بهداشتی و ایمنی مواد غذایی مانند FDA (سازمان غذا و داروی آمریکا) و استانداردهای اتحادیه اروپا بر استفاده از فوم های ایمن و غیرمضر برای تماس با مواد غذایی نظارت دارند.
• صنعت مبلمان و کالای خواب :
• تشک و بالشت : فوم های پلی یورتان نرم و فوم های لاتکس در ساخت تشک و بالشت برای ایجاد راحتی و پشتیبانی از بدن استفاده می شوند. فوم های مموری فوم (memory foam) یا فوم ویسکوالاستیک نوع خاصی از فوم پلی یورتان هستند که به حرارت و فشار بدن واکنش نشان داده و شکل بدن را به خود می گیرند و راحتی بیشتری را فراهم می کنند.
• مبلمان راحتی : فوم های پلی یورتان در ساخت مبل صندلی کاناپه و سایر مبلمان راحتی به عنوان روکش لایه گذاری و پرکننده استفاده می شوند.
• صنعت هوافضا :
• عایق بندی حرارتی و صوتی هواپیما : فوم های سبک وزن و عایق حرارتی و صوتی در بدنه هواپیما کابین و بخش های مختلف برای کاهش وزن و بهبود آسایش مسافران استفاده می شوند.
• هسته های سازه های ساندویچی : فوم های پلیمری با استحکام بالا و فوم های فلزی در ساخت هسته های سازه های ساندویچی برای قطعات بدنه هواپیما و فضاپیما استفاده می شوند. این سازه ها به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا در کاهش وزن سازه ها و بهبود عملکرد آن ها نقش مهمی دارند.
• صنعت پزشکی :
• تجهیزات پزشکی : فوم های پلی یورتان و سیلیکونی در تولید تجهیزات پزشکی مانند تشک های بیمارستانی بالشت های طبی پروتزها ارتزها و باندهای پزشکی کاربرد دارند. فوم های پزشکی باید زیست سازگار (biocompatible) و غیر سمی باشند و استانداردهای خاصی مانند ISO ۱۰۹۹۳ را رعایت کنند.
• پانسمان های زخم : فوم های پلی یورتان هیدروفیلیک و فوم های آلژینات در تولید پانسمان های زخم پیشرفته استفاده می شوند. این پانسمان ها می توانند ترشحات زخم را جذب کرده محیط مرطوب برای ترمیم زخم فراهم کنند و از عفونت جلوگیری کنند.

کاربردهای غیرصنعتی فوم صنعتی و مثال هایی از حوزه های متنوع

همانطور که اشاره شد کاربردهای فوم صنعتی صرفاً به محیط های صنعتی محدود نمی شود و در زندگی روزمره و حوزه های غیرصنعتی نیز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد :

• محصولات مصرفی :
• اسفنج های شستشو و تمیزکاری : اسفنج های پلی یورتان نرم به طور گسترده در منازل برای شستشوی ظروف تمیزکاری سطوح و مصارف بهداشتی استفاده می شوند.
• پدهای آرایشی : فوم های پلی یورتان نرم و لطیف در تولید پدهای آرایشی برای پخش کرم پودر پنکیک و سایر مواد آرایشی به کار می روند.
• اسباب بازی ها و لوازم ورزشی : فوم های پلی اتیلن و پلی یورتان در تولید اسباب بازی های نرم تشک های بازی کودکان ضربه گیرهای ورزشی کلاه ایمنی و تجهیزات شنا استفاده می شوند.
• کفی کفش : فوم های پلی یورتان و EVA (اتیلن وینیل استات) در تولید کفی کفش برای ایجاد راحتی جذب ضربه و کاهش فشار بر پا استفاده می شوند.
• لوازم خانگی :
• عایق بندی یخچال و فریزر : فوم های پلی یورتان سخت به عنوان عایق حرارتی در یخچال و فریزر استفاده می شوند و به کاهش مصرف انرژی کمک می کنند.
• فیلترهای هوا و آب : فوم های پلی یورتان با ساختار سلولی باز (open-cell) به عنوان فیلتر در دستگاه های تصفیه هوا فیلترهای آب و سیستم های تهویه مطبوع استفاده می شوند.
• مبلمان منزل : همانطور که قبلاً اشاره شد فوم های پلی یورتان در ساخت مبلمان منزل تشک و بالشت به طور گسترده ای کاربرد دارند.
• هنر و صنایع دستی :
• مدل سازی و مجسمه سازی : فوم های پلی استایرن و پلی یورتان به دلیل قابلیت شکل پذیری و وزن سبک در مدل سازی مجسمه سازی و ساخت ماکت ها مورد استفاده هنرمندان و صنعتگران قرار می گیرند.
• گل های مصنوعی و تزئینی : فوم های پلی یورتان و EVA در ساخت گل های مصنوعی تزئینات جشن ها و دکوراسیون مورد استفاده قرار می گیرند.
• کشاورزی و باغبانی :
• بستر کشت هیدروپونیک : فوم های پلی یورتان و فوم های فنولیک به عنوان بستر کشت در سیستم های هیدروپونیک (کشت بدون خاک) استفاده می شوند. این فوم ها آب و مواد مغذی را به خوبی نگه داشته و تهویه مناسب برای ریشه ها را فراهم می کنند.
• گلدان و ظروف گیاهان : فوم های سبک وزن و عایق حرارتی می توانند در تولید گلدان ها و ظروف گیاهان استفاده شوند.

بررسی استانداردهای بین المللی و فناوری های پیشرفته مرتبط

فوم های صنعتی به عنوان مواد مهندسی شده تحت استانداردهای بین المللی متعددی برای مشخص کردن خواص روش های تست و کاربردهای آن ها قرار دارند. همچنین فناوری های پیشرفته ای در زمینه تولید و بهبود خواص فوم های صنعتی در حال توسعه هستند.

استانداردهای بین المللی مرتبط با فوم صنعتی :

• ISO ۸۴۵ : تعیین چگالی ظاهری فوم های پلاستیکی.
• ISO ۱۷۹۸ : تعیین استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام گسیختگی فوم های پلاستیکی سخت و نیمه سخت.
• ISO ۳۳۸۶–۱ : تعیین ویژگی های فشاری فوم های پلیمری انعطاف پذیر – قسمت ۱ : تست فشاری در کرنش مشخص.
• ISO ۳۷۹۵ : تعیین رفتار سوختن مواد در خودروها و تراکتورهای کشاورزی و جنگلداری.
• ASTM D۳۵۷۴ : روش های تست استاندارد برای مواد سلولی انعطاف پذیر – فوم های پلی یورتان. این استاندارد شامل روش های تست مختلفی برای خواص فیزیکی مکانیکی و عملکردی فوم های پلی یورتان است.
• ASTM C۵۱۸ : روش تست استاندارد برای ویژگی های حالت پایدار انتقال حرارت یک بعدی از طریق سیستم های گارد شده – دستگاه متر صفحه داغ. این استاندارد برای تعیین رسانایی حرارتی مواد عایق حرارتی از جمله فوم ها استفاده می شود.
• EN ۱۳۵۰۱–۱ : طبقه بندی آتش سوزی محصولات ساختمانی و عناصر ساختمانی – قسمت ۱ : طبقه بندی با استفاده از داده های تست واکنش به آتش. این استاندارد برای طبقه بندی رفتار سوختن فوم های ساختمانی استفاده می شود.

فناوری های پیشرفته در زمینه فوم صنعتی :

• فوم های زیست پایه (Bio-based Foams) : توسعه فوم های ساخته شده از مواد اولیه تجدیدپذیر و زیستی مانند نشاسته سلولز روغن های گیاهی و پلیمرهای زیست تخریب پذیر. این فوم ها به کاهش وابستگی به منابع نفتی و کاهش اثرات زیست محیطی کمک می کنند.
• فوم های نانوساختار (Nanostructured Foams) : استفاده از نانومواد مانند نانولوله های کربنی نانوذرات سیلیکا و نانوذرات فلزی برای بهبود خواص فوم ها از جمله استحکام مکانیکی عایق حرارتی و خواص الکتریکی.
• فوم های هوشمند (Smart Foams) : توسعه فوم هایی که به محرک های خارجی مانند دما نور میدان مغناطیسی و فشار پاسخ می دهند. این فوم ها می توانند در کاربردهای حسگری محرک و تغییر شکل پذیری مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال فوم های حافظه دار (Shape Memory Foams) نوعی فوم هوشمند هستند که پس از تغییر شکل با اعمال حرارت به شکل اولیه خود باز می گردند.
• فوم های خودترمیم شونده (Self-healing Foams) : توسعه فوم هایی که قابلیت ترمیم خودکار آسیب های جزئی را دارند. این فوم ها می توانند عمر مفید قطعات فومی را افزایش داده و هزینه های نگهداری را کاهش دهند.
• فوم های رسانا (Conductive Foams) : تولید فوم های رسانای الکتریکی با افزودن مواد رسانا مانند گرافن نانولوله های کربنی و ذرات فلزی. این فوم ها در کاربردهایی مانند حسگرها الکترودها محافظ های الکترومغناطیسی و گرمایش الکتریکی کاربرد دارند.
• فوم های سه بعدی چاپ شده (۳D-printed Foams) : استفاده از فناوری چاپ سه بعدی برای تولید فوم های با هندسه پیچیده و سفارشی. این فناوری امکان تولید فوم های با ساختار سلولی کنترل شده و خواص عملکردی بهینه را فراهم می کند.

چالش ها و محدودیت های فنی فوم صنعتی

با وجود مزایای فراوان فوم های صنعتی با چالش ها و محدودیت های فنی نیز روبرو هستند :

• اشتغال پذیری (Flammability) : بسیاری از فوم های پلیمری به ویژه فوم های پلی یورتان و پلی استایرن اشتعال پذیر هستند و در صورت آتش سوزی می توانند به سرعت شعله ور شده و دود سمی تولید کنند. برای کاهش اشتعال پذیری از مواد ضد حریق استفاده می شود اما این مواد می توانند هزینه و پیچیدگی تولید را افزایش داده و گاهی اوقات اثرات زیست محیطی نامطلوبی داشته باشند.
• تخریب پذیری (Degradation) : فوم های پلیمری در معرض عوامل محیطی مانند نور UV حرارت رطوبت و مواد شیمیایی می توانند تخریب شوند و خواص خود را از دست بدهند. پایدارکننده ها و افزودنی های ضد تخریب برای افزایش طول عمر فوم ها استفاده می شوند.
• مسائل زیست محیطی (Environmental Concerns) : تولید و دفع فوم های صنعتی می تواند اثرات زیست محیطی داشته باشد. برخی از عوامل فوم زا مانند HCFCها اثرات تخریب کننده لایه ازون دارند. همچنین بسیاری از فوم های پلیمری به راحتی قابل بازیافت نیستند و در محیط زیست تجزیه نمی شوند. توسعه فوم های زیست پایه عوامل فوم زای سازگار با محیط زیست و روش های بازیافت فوم ها از جمله راهکارهای کاهش اثرات زیست محیطی فوم های صنعتی هستند.
• خواص مکانیکی محدود : فوم های با چگالی پایین معمولاً استحکام مکانیکی پایینی دارند. برای کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا دارند باید از فوم های با چگالی بالاتر یا فوم های تقویت شده با الیاف استفاده شود.
• هزینه تولید : تولید برخی از فوم های صنعتی پیشرفته مانند فوم های فلزی و فوم های نانوساختار می تواند پرهزینه باشد. تلاش برای کاهش هزینه تولید و توسعه روش های تولید مقرون به صرفه از جمله چالش های فنی در این زمینه است.

نکات کلیدی برای بهینه سازی و بهبود عملکرد فوم صنعتی

برای بهینه سازی عملکرد فوم صنعتی و غلبه بر چالش های فنی توجه به نکات کلیدی زیر ضروری است :

• انتخاب ماده پایه مناسب : نوع پلیمر فلز یا سرامیک مورد استفاده به عنوان ماده پایه نقش اساسی در خواص نهایی فوم دارد. انتخاب ماده پایه باید بر اساس نیازهای کاربردی و خواص مورد نظر انجام شود.
• انتخاب عامل فوم زای مناسب : نوع عامل فوم زا بر ساختار سلولی چگالی و خواص فوم تأثیر می گذارد. انتخاب عامل فوم زا باید با در نظر گرفتن ملاحظات زیست محیطی هزینه و ایمنی انجام شود. استفاده از عوامل فوم زای طبیعی و سازگار با محیط زیست مانند دی اکسید کربن و آب در حال افزایش است.
• کنترل دقیق فرایند فوم سازی : کنترل دقیق پارامترهای فرایند مانند دما فشار سرعت مخلوط کردن و زمان واکنش برای دستیابی به ساختار سلولی مطلوب و خواص یکنواخت فوم ضروری است. فرایندهای تولید پیشرفته مانند فوم سازی پیوسته و فوم سازی واکنش تزریقی (RIM) امکان کنترل دقیق تر فرایند را فراهم می کنند.
• بهینه سازی فرمولاسیون : استفاده از افزودنی های مناسب مانند سورفکتانت ها پایدارکننده ها ضد حریق ها و پرکننده ها می تواند خواص فوم را بهبود بخشیده و عملکرد آن را بهینه سازی کند. تحقیق و توسعه فرمولاسیون های جدید و نوآورانه برای دستیابی به فوم های با خواص برتر از اهمیت بالایی برخوردار است.
• طراحی ساختار سلولی : مهندسی ساختار سلولی فوم از جمله اندازه سلول شکل سلول توزیع سلول و جهت گیری سلول ها می تواند خواص فوم را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار دهد. تکنیک های پیشرفته مانند فوم سازی جهت دار و فوم سازی با ساختار سلسله مراتبی امکان تولید فوم های با خواص عملکردی بهبود یافته را فراهم می کنند.
• تست و ارزیابی عملکرد : آزمایش و ارزیابی دقیق خواص فوم بر اساس استانداردهای بین المللی برای اطمینان از کیفیت و عملکرد مطلوب فوم در کاربردهای مختلف ضروری است. تست های مکانیکی حرارتی صوتی شیمیایی و آتش سوزی باید به طور منظم انجام شوند.

نتیجه گیری علمی و تخصصی

در پاسخ به سؤال اصلی مقاله فوم صنعتی به هیچ وجه محدود به کاربردهای صرفاً صنعتی نیست. این ماده ی مهندسی شده با توجه به تنوع مواد اولیه فرایندهای تولید و قابلیت تنظیم خواص در طیف وسیعی از صنایع و حوزه های غیرصنعتی از جمله محصولات مصرفی لوازم خانگی هنر ورزش کشاورزی و پزشکی کاربردهای گسترده ای یافته است. اصول علمی و مهندسی حاکم بر عملکرد فوم صنعتی بر پایه ساختار سلولی انتقال حرارت و جرم مکانیک مواد و شیمی پلیمرها استوار است.

با توجه به پیشرفت های فناوری و تحقیقات مستمر در زمینه فوم های صنعتی انتظار می رود که در آینده شاهد توسعه فوم های با خواص برتر کارایی بیشتر و اثرات زیست محیطی کمتر باشیم. فوم های زیست پایه فوم های نانوساختار فوم های هوشمند و فوم های سه بعدی چاپ شده نمونه هایی از این فناوری های نوظهور هستند که پتانسیل زیادی برای گسترش کاربردهای فوم صنعتی در حوزه های مختلف دارند. در نهایت فوم صنعتی به عنوان یک ماده ی مهندسی شده چندمنظوره و با ارزش نقش مهمی در توسعه صنایع مختلف و بهبود کیفیت زندگی انسان ها ایفا می کند و دامنه ی کاربردهای آن همچنان در حال گسترش است.

پرسش و پاسخ

۱. آیا فوم های صنعتی قابل بازیافت هستند؟

بسیاری از فوم های صنعتی به ویژه فوم های ترموپلاست مانند پلی استایرن و پلی اتیلن از نظر تئوری قابل بازیافت هستند. با این حال بازیافت فوم ها در عمل با چالش هایی روبرو است. فوم ها حجم زیادی دارند و چگالی کمی دارند که جمع آوری و حمل و نقل آن ها را دشوار و پرهزینه می کند. همچنین برخی از فوم ها حاوی افزودنی هایی هستند که فرایند بازیافت را پیچیده می کنند. فناوری های بازیافت فوم های پلیمری شامل بازیافت مکانیکی (خرد کردن و ذوب مجدد) و بازیافت شیمیایی (تجزیه پلیمر به مونومرها) است. تحقیقات برای بهبود فناوری های بازیافت فوم ها و افزایش نرخ بازیافت آن ها در حال انجام است. همچنین توسعه فوم های زیست تخریب پذیر می تواند به کاهش مشکلات دفع فوم ها کمک کند.

۲. آیا فوم های صنعتی برای سلامتی انسان مضر هستند؟

برخی از فوم های صنعتی به ویژه فوم های ساخته شده از مواد اولیه سمی یا حاوی افزودنی های مضر می توانند برای سلامتی انسان مضر باشند. به عنوان مثال برخی از عوامل فوم زای قدیمی مانند HCFCها اثرات تخریب کننده لایه ازون دارند و برخی از ضد حریق های هالوژنه می توانند در محیط زیست تجمع یافته و اثرات سمی داشته باشند. فوم های پلی یورتان نیز در صورت سوختن گازهای سمی تولید می کنند. برای کاهش خطرات سلامتی لازم است از مواد اولیه و افزودنی های ایمن و غیر سمی در تولید فوم ها استفاده شود و استانداردهای بهداشتی و ایمنی مربوطه رعایت گردد. همچنین در کاربردهای مرتبط با تماس مستقیم با انسان مانند فوم های پزشکی و محصولات مصرفی باید از فوم های زیست سازگار و غیر حساسیت زا استفاده شود.

۳. چه تفاوتی بین فوم های سلول باز و سلول بسته وجود دارد؟

فوم های صنعتی بر اساس ساختار سلولی به دو دسته اصلی سلول باز (Open-cell) و سلول بسته (Closed-cell) تقسیم می شوند. در فوم های سلول باز حباب های گازی به یکدیگر راه دارند و هوا می تواند آزادانه در داخل فوم جریان یابد. این فوم ها معمولاً نرم و انعطاف پذیر هستند و خواص عایق صوتی خوبی دارند. اسفنج های شستشو و فوم های عایق صوتی نمونه هایی از فوم های سلول باز هستند. در فوم های سلول بسته حباب های گازی از یکدیگر جدا هستند و هوا نمی تواند به راحتی در داخل فوم جریان یابد. این فوم ها معمولاً سخت و مقاوم هستند و خواص عایق حرارتی و مقاومت در برابر نفوذ آب خوبی دارند. فوم های پلی یورتان سخت و فوم های پلی استایرن اکسترود شده نمونه هایی از فوم های سلول بسته هستند. انتخاب نوع فوم (سلول باز یا سلول بسته) به کاربرد مورد نظر و خواص عملکردی مورد نیاز بستگی دارد.