Viskoelastik (Hafızalı) Sünger Sistemleri

Viskoelastik ve Viskoelastik Poliüretan Sünger Tanımı

Viskoelastik tanımı bir malzemenin deformasyona uğradığında hem viskoz hem de elastik karakteristikler sergileyen fiziksel özelliklere sahip olması demektir. Viskoz bir malzemeye bir yük uygulandığında malzeme deforme olur ve yük kaldırıldığında da ilk halini “unutur” ve deforme halde kalır. Ancak diğer taraftan elastik bir malzemeye bir yük uygulandığında malzeme deforme olur ve yük kaldırıldığında da ilk halini “hatırlar” ve hızla ilk haline döner.

Bir viskoelastik malzeme bu özelliklerden her ikisine de sahiptir, bir yük uygulanıp kaldırıldığında malzeme ilk haline zamana bağlı bir davranış ile döner. Ayrıca bir viskoelastik malzemenin sıcaklık hassasiyeti vardır. Ortam sıcaklığı malzemenin davranışını camsı geçiş sıcaklığına bağlı olarak etkiler.

Günümüzde viskoelastik özellik poliüretan süngerlerde oldukça yaygındır. Viskoelastik poliüretan sünger üzerine uygulanan basıncı dağıtma özelliğine sahiptir. Basınç kaldırıldığında sünger yavaşça ilk haline döner. Bu yavaş geri dönme veya yaylanmadan dolayı, bu süngerler hafızalı sünger, yavaş geri dönen sünger veya düşük elastikiyet sünger olarak adlandırılır.

Bu tip poliüretan süngerler insan vücudunun şekline kolayca uyum sağlar, vücut sıcaklığı ile yumuşayarak insan vücudunun ağırlığını dağıtır ve ekstra konfor ve rahatlık hissi verir.

Viskoelastik Poliüretan Süngerin İcadı ve Geliştirilmesi

Viskoelastik poliüretan sünger NASA Araştırma Merkezi tarafından hava araçlarının koltuklarında ve uzay giysilerinde kullanılmak için 1966 yılında icat edilmiştir. Viskoelastik
sünger malzeme özelliklerinden dolayı pilotların ve astronotların vücutları üzerindeki G kuvvetini dağıtabilmektedir.

İcadından sonra 1980’lerde NASA viskoelastik poliüretan süngeri halka açmıştır. Hemen sonra bu malzeme medikal uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır. Tekerlekli sandalyeye ve yatağa bağlı insanlar bu malzemenin basıncı dağıtma özelliğinden dolayı baskı yaralarını önlemesinden ve kan dolaşımını iyileştirmesinden yararlanmaya başladılar.

Daha sonra 1991 yılında İsveçli yatak üreticisi Tempur viskoelastik poliüretan süngeri yataklarda kullanarak ticarileştiren ilk firma oldu.

Bugün, medikal uygulamalar dışında viskoelastik poliüretan sünger yastıklarda, yataklarda, iç tabanlarda, kask içlerinde, ofis koltuklarında ve taşıt koltuklarında kullanılmaktadır.

Şekil 1. Viskoelastik poliüretan süngerin yavaş geri dönüşü

Viskoelastik Poliüretan Süngerin Fiziksel Özellikleri

Viskoelastik poliüretan sünger içinde dört ayrı etki birlikte çalışarak birleşik bir etki yaratırlar. Bunlar ağ etkisi, rahatlatma etkisi, pnömatik etki ve yapışkanlık etkisidir. Ağ etkisi süngerin ilk şekline hızla dönmesini sağlamakta iken, geri kalan üç etki bu elastik geri dönüş gücünü dengeleyerek, viskoelastik süngerlerin orijinal şekline yavaş dönmesine neden olur.

Ağ Etkisi: Bu etki, süngerin ilk haline geri dönmesini sağlayan ana güçtür. Bu etki sayesinde, bütün esnek poliüretan süngerler üzerlerindeki yük kaldırılınca geri
dönme veya yaylanma eğilimi gösterirler.

Rahatlatma Etkisi: Bu etki, süngerin yavaş geri dönüşünü sağlayan kimyasal taraftır. Viskoelastik süngerlerin camsı geçiş sıcaklığı (Tg), standart süngerlere nazaran oldukça yüksektir. Bu yüksek camsı geçiş sıcaklığı, sünger ağ yapısındaki bazı segmentlerin oda sıcaklığında hala sert/donmuş halde olmalarına ve hareketlerinin kısıtlanmasına sebep olur.

Bu durum süngerin elastikiyetini azaltır ve süngerin gecikmeli olarak davranmasına yol açar. Yapıdaki polimerik zincir uzunlukları ve çapraz bağ yoğunluğu, plastifiyan (varsa) konsantrasyonu süngerin camsı geçiş sıcaklığını belirler. Camsı geçiş sıcaklığı oda sıcaklığına yaklaştıkça, süngerin geri dönüşü daha yavaş olur.

Pnömatik Etki: Bu etki, süngerin yavaş geri dönüşünü sağlayan fiziksel tarafın bir bölümüdür. Bu süngerin hücre açıklığıyla ilgilidir ve hücreler daha küçük ve daha kapalı oldukça, havanın süngerin içine girip çıkması için gereken zaman uzar ve süngerin yavaş geri dönüşüne sebep olur.

Yapışkanlık Etkisi: Bu etki, süngerin yavaş geri dönüşünü sağlayan fiziksel tarafın diğer bir bölümüdür. Bu süngerin yüzeylerinin yapışkanlığıyla ilgilidir ve yüzeyler daha yapışkan oldukça, süngerin ilk haline dönmesi için gereken zaman uzar ve süngerin yavaş geri dönüşüne sebep olur. Ve süngerin yapışkanlığı, süngerin sıcaklığı kendi camsı geçiş sıcaklığına yakınsa daha fazla olur.

Yukarıdakilerin birleşik etkisinin sonucu olarak, viskoelastik poliüretan süngerler düşük elastikiyet ile hafıza özelliğine sahiptir ve standart poliüretan süngerlere kıyasla üzerlerine uygulanan bir kuvvete (stress) karşı daha az bir geri yaylanma kuvveti (strain) uygularlar. Aşağıda görüldüğü üzere, standart bir poliüretan süngerde bu kuvvet eğrileri çakışırken, viskoelastik bir poliüretan süngerin kuvvet eğrileri birbirinden farklıdır.

Şekil 2. Viskoelastik poliüretan süngerin “Stress-Strain” kuvvet eğrileri

Viskoelastik Poliüretan Süngerin Yapısı

Viskoelastik poliüretan süngerde farklı karakteristiklere sahip farklı tiplerde polioller bulunmaktadır. Düşük OH, yüksek molekül ağırlıklı polioller kullanarak daha yumuşak ve daha elastik süngerler elde edilirken, yüksek OH, düşük molekül ağırlıklı polioller kullanarak daha sert, daha fazla çapraz bağlanmış ve daha yavaş geri dönüşlü süngerler elde edilir. Yüksek OH, düşük molekül ağırlıklı polioller sünger yapısında daha fazla açıkta zincir bırakarak süngerin camsı geçiş sıcaklığını daha yüksek değerlere kaydırırlar.

Poliüretan süngerleri yüksek izosiyanat indeks değerlerinde üretmek, yapılarındaki aromatikliği arttırarak süngerin camsı geçiş sıcaklığını daha yüksek değerlere kaydırır. Eğer camsı geçiş sıcaklığı yüksek ve oda sıcaklığına yakınsa, viskoelastik süngerin geri dönüşü daha yavaş olur. Eğer ortam sıcaklığı artarsa, viskoelastik süngerin sertliği azalır ve geri dönüşü de hızlanır.

Şekil 3. Standart esnek sünger ve viskoelastik poliüretan süngerin yapıları

Yukarıda bahsedilen poliollere ilaveten, müşterilerin ihtiyaçlarına bağlı olarak, plastifiyanlar ve alev geciktiriciler de bazen viskoelastik süngerlerin formülasyonuna eklenebilir. Genellikle daha konforlu ve uzun ömürlü olması için viskoelastik poliüretan süngerler, standart poliüretan süngerlere göre daha yüksek yoğunluklarda üretilirler.

Viskoelastik Poliüretan Süngerin Kullanım Alanları ve Yararları

Günümüzde viskoelastik poliüretan süngerler, konfor sağlamak amacıyla ve medikal uygulamalarda kullanılırlar. Bu malzemelerin uygulanan basıncı dağıtma özelliği ve vücut sıcaklığı ile yumuşayarak insan vücudunun şekline uyum sağlamaları, benzersiz bir rahatlık verir ve onları hayatımızın vazgeçilmez bir parçası yapar.

Şekil 4. Viskoelastik sünger yataktaki bir insan vücudunun konvansiyonel poliüretan sünger yataktakine kıyasla basınç haritası

Şekil 4’ten görüldüğü üzere, viskoelastik sünger yataktaki insan vücudunun basınç dağılımı standart sünger yataktakine göre çok daha iyidir. Viskoelastik süngerin bu basınç azaltan özelliği, özellikle baskı yaralarının önlenmesi ve kan dolaşımının engellenmemesi için yararlıdır.

Konfor ve medikal uygulamalar yanında, viskoelastik poliüretan süngerler darbe emici, titreşim önleyici veya ses emici malzeme olarak da kullanılırlar.

Poleks Kimya viskoelastik sistemleri farklı sektörler için farklı yoğunluklarda, sertliklerde ve geri dönüş sürelerinde üretilmektedir. Yastık ve medikal yastıklar için düşük yoğunlukta, yumuşak ve yavaş geri dönüşlü ürünler mevcutken, iç tabanlar için yüksek yoğunlukta,
sert ve daha hızlı geri dönüşlü ürünler mevcuttur. Üretim teknolojisi olarak, viskoelastik yastıklar ve iç tabanlar kalıp döküm yöntemiyle, viskoelastik yataklar blok veya sandık döküm yöntemiyle üretilirler.

Poleks Kimya viskoelastik sistemlerin teknik özellikleri aşağıda verilmiştir.

Tablo 1. Poleks Kimya viskoelastik sistemlerinin teknik verileri

Poleks Kimya viskoelastik sünger sistemlerinin avantajları şunlardır:
• Düzgün cilt ve homojen hücre yapısı,
• Büyük kalıplarda etkin yürüme ve doldurma,
• Geniş izo/poli oranları, sertlik ve geri dönüş süresi aralığı,
• Hızlı kürlenme ve kısa kalıp açma süresi,
• Uzun yaşlanma ömrü.

Kaynakça
Hager et al., Viscoelastic Polyurethane Foams, Bayer Material Science LLC, US 2013/0289150A1, 2013.
M. Krebs and R. Hubel, The Adjustment of Physical Properties of Viscoelastic Foam – the Role of Different Raw Materials,
Evonik Nutrition & Care GmbH, American Chemistry Council, 2016.
In-Touch Publication, Viscoelastic (Memory) Foam, Polyurethane Foam Association, Vol.11, No:1, 2016.

Yücel Aktay
Kimya Yüksek Mühendisi
Ar-Ge ve Teknik Destek Sorumlusu
Poleks Kimya San. ve Tic. A.Ş

Dr. Murat Baranak
Kimya Mühendisi
Ar-Ge ve Kalite Kontrol Müdürü