记忆棉粘弹性的理化机理浅析

记忆棉粘弹性的理化机理浅析

太空记忆棉是一种开孔结构的黏弹性聚氨酯软质泡棉，其典型特征是，受压后它的复原很慢。将具有一定重量的物体(如人体)至于记忆棉泡沫上，则记忆棉的形状会逐渐变得与该物体贴面轮廓相贴合，而当将重物移除后，记忆棉会缓慢的复原到它原来的形状。由于这个复原过程是缓慢的，所以人们把它叫做“慢回弹泡棉”(Slow Spring Back Foam)或“惰性泡棉”（Temper Foam）。

记忆棉的其它特性还包括：良好的阻尼振动和吸收冲击能。这个特性在实验室的弹珠试验中，记忆棉的钢珠回跳率通常低于20%，特定配方的记忆棉这个回跳率甚至在5%以下，而其它的软质泡棉，钢珠回跳率都高达50-60%。因此，记忆棉也被人称为“呆滞泡沫”、“低回弹泡沫”。不过得说明的是，低回弹泡沫不一定是有粘弹性的记忆棉泡沫，不能将二者等同，因为弹珠试验中的压力加载加速度与黏弹泡棉使用中的压力加载速度差别是很大的。

聚氨酯(PU)泡沫是一种有彼此发生热力学微相分离的硬分子链段与软分子链段构成的聚合物，粘弹性PU泡沫(即记忆棉泡沫)的结构特征是既有含有固定相，又含有可逆相。前者可以具有物理交联结构（有较高的硬段Tgh或Tmh），也可以具有化学交联结构。固定相的功能是记忆泡沫的原始形状和是泡沫变形后恢复原来的形状，同时使泡沫具有需要的承载能力。可逆相是富大分子软段的无定形区，其功能是能使泡沫随温度的变化发生软化/硬化的可逆变化，即可实现泡沫的形状变化，同时使泡沫具有所要求的回弹性。粘弹性PU泡沫在其Tgs(室温以上一个小范围内)处，其模量变换可达100倍。

一般认为，软段相中熔点高于室温的结晶区或者软段高弹态/玻璃态转变Tgs的存在，以及作为物理交联点的硬段微区的形成或化学交联点的存在，乃是粘弹性PU泡沫聚合物的结构特征。由微相分离理论可知，通过控制硬段的主要组成成分—芳族二异氰酸酯和低分子量扩链剂的种类和用量，便可以控制物理交联点的多少和强弱，硬段含量增大，可是软段和硬段之间的相容性增大，微相分离程度降低，软段区的Tgs升高，Tgs左右的模量比降低，形变恢复的速度加快；随着软段分子量（即多元醇分子量）的增大，Tgs降低，形变恢复速度减缓。

根据形状记忆PU材料的研究，硬段的存在会使软段结晶能力降低；软段结晶的必要条件是软段分子量必须大于某一临界值，同时，硬段的含量必须超过一定值，才能形成完善的物理交联微区。在设计PU聚合物的组成时，要以保证Tgs(或Tms)前后的模量变化很大为着眼点。通常认为，软段的组成和分子量，决定了记忆温度(通常为Tgs)的高低，硬段的结构则控制了形状记忆和形状复原的行为。

当然，黏弹泡沫的承载能力、回弹性和形状复原速度，与弹性体不同、泡沫泡孔的尺寸大小及分布、泡孔孔壁的厚薄、泡孔的开孔率等都有很重要的关系，所以，记忆棉泡沫的发泡系统和催化剂的选择和设计也非常重要。同时，记忆棉泡沫的性能对配方的变动特别敏感，所以保证产品性能的一致性是记忆棉制造工艺的大难题，这个难题需要优秀的记忆棉原料制造商和优秀的泡沫制造商紧密合作才能很好解决。

最后，概括的将记忆棉泡沫的物理性能描述一下：

1、密度：提高密度可以提升记忆棉材料的耐久性及保持其物理性能的能力。

2、承载能力：通常记忆棉泡沫的承载性可以从超软质(25%IFD值低于44.5N)

到半硬质(25%IFD指高达533.8N)。IFD值越低，材料的贴合性越好，释压效果越好，但承载能力就越差，过低的IFD值会让泡沫起不到需要的承载能力。

3、压力加载速度敏感性：测试IFD时，压痕板落的太快的话，记忆棉泡沫

就会以刚性来响应，得到大的IFD值，相反，以缓慢的速度下降压痕板，会得到另一个完全不同的IFD值。

4、温度敏感性：环境温度的变化会让记忆棉泡沫模量在Tgs或Tms附近发

生显著变化（这个现象就叫做相变或松弛过程）。温度升高，泡沫会变软，变形和恢复的速度也会变快，反之，温度降低，泡沫会变得承载性更强或显得刚性变强。如果Tgs或Tms很低，则人体的体温可能会让泡沫变软到完全丧失承载能力，反之，如果Tgs或Tms过高，则人体的温度不足以让泡沫软化，而显得刚性太强而不具有舒缓压力的功能。因此，控制泡沫的相变或松弛温度是很关键的。

5、湿度敏感性：记忆棉泡沫不但对温度敏感，对湿度也很敏感。潮湿的环

境，也会让记忆棉泡棉变软。