Пена с эффектом памяти состоит в основном из полиуретана с добавлением химических веществ, повышающих ее вязкость и плотность . Его часто называют « вязкоэластичным » пенополиуретаном или низкоэластичным пенополиуретаном ( LRPu ). Пузырьки пены или «ячейки» открыты, эффективно создавая матрицу, через которую может перемещаться воздух. Пена с эффектом памяти высокой плотности смягчается под воздействием тепла тела, позволяя за несколько минут принять форму теплого тела. Новые пенопласты могут быстрее восстановить свою первоначальную форму. [1]
Пена с эффектом памяти приобретает свои вязкоупругие свойства благодаря нескольким эффектам, обусловленным внутренней структурой материала. Сетевой эффект — это сила, восстанавливающая структуру пены при ее деформации. Этот эффект создается за счет того, что деформированный пористый материал выталкивается наружу, чтобы восстановить свою структуру под действием приложенного давления. Три эффекта противодействуют сетевому эффекту, замедляя регенерацию исходной структуры пены:
Эффекты зависят от температуры, поэтому диапазон температур, при которых пена с эффектом памяти сохраняет свои свойства, ограничен. Если слишком холодно, он затвердевает. Если он слишком горячий, он действует как обычная пена, быстро возвращая свою первоначальную форму. Основу физики этого процесса можно описать ползучестью полимера . [2] [3]
Пневматический и адгезионный эффекты сильно коррелируют с размером пор пены с эффектом памяти. Меньшие поры приводят к увеличению площади внутренней поверхности и уменьшению потока воздуха, увеличивая адгезию и пневматические эффекты. Таким образом, свойствами пены можно управлять, изменяя ее ячеистую структуру и пористость . Температуру стеклования также можно модулировать с помощью добавок в материал пенопласта. [2]
Механические свойства пены с эффектом памяти могут повлиять на комфорт матрасов, изготовленных из нее. Существует также компромисс между комфортом и долговечностью. Некоторые пенопласты с эффектом памяти могут иметь более жесткую структуру ячеек, что приводит к более слабому распределению веса, но лучшему восстановлению исходной структуры, что приводит к улучшению цикличности и долговечности. Более плотная структура ячеек также может противостоять проникновению водяного пара , что приводит к уменьшению атмосферных воздействий и повышению долговечности и общего внешнего вида. [4]
Пена с эффектом памяти была разработана в 1966 году по контракту Исследовательского центра Эймса НАСА для повышения безопасности авиационных подушек. Чувствительную к температуре пену с эффектом памяти первоначально называли «пеной с медленным пружинением»; большинство называло это «темперированной пеной». [5] Созданный путем подачи газа в полимерную матрицу, он имел твердую структуру с открытыми ячейками, которая выдерживала давление на него, но медленно возвращалась к своей первоначальной форме. [6]
Более поздняя коммерциализация пены включала ее использование в медицинском оборудовании, таком как подушечки для рентгеновских столов, и в спортивном оборудовании, таком как подкладки для американских и канадских футбольных шлемов .
Когда в начале 1980-х НАСА выпустило в открытый доступ пену с эффектом памяти, Fagerdala World Foams была одной из немногих компаний, желающих работать с ней, поскольку производственный процесс оставался сложным и ненадежным. Их продукт 1991 года, шведский матрас Tempur-Pedic, в конечном итоге привел к созданию компании Tempur World, производящей матрасы и подушки.
Пена с эффектом памяти впоследствии стала использоваться в медицинских учреждениях. Например, когда пациентам приходилось неподвижно лежать в постели на жестком матрасе в течение нездорового периода времени, давление на некоторые области их тела нарушало кровоток, вызывая пролежни или гангрену . Матрасы из пены с эффектом памяти значительно уменьшают такие явления, как и матрасы с надувным матрасом с переменным давлением. [5] [7]
Пена с эффектом памяти изначально была слишком дорогой для широкого использования, но стала дешевле. Чаще всего его используют в быту — матрасы, подушки, обувь и одеяла. Он используется в медицинских целях, например, в качестве подушек для сидений в инвалидных колясках, подушек для больничных кроватей и набивок для людей, страдающих длительной болью или проблемами с осанкой.
Сохранение тепла может быть недостатком при использовании в матрасах и подушках, поэтому в пене с эффектом памяти второго поколения компании начали использовать структуру с открытыми порами для улучшения воздухопроницаемости.
В 2006 году было представлено третье поколение пены с эффектом памяти. Гель-виско или гелевая пена с эффектом памяти состоит из частиц геля , сплавленных с вязкой пеной, чтобы уменьшить удерживаемое тепло тела, ускорить возврат пружины и сделать матрас мягче. Эта технология была первоначально разработана и запатентована компанией Peterson Chemical Technology [8] , а гелевые матрасы стали популярными с выпуском линии Serta iComfort и линии Simmons Beautyrest в 2011 году. Затем была разработана пена с эффектом памяти, наполненная гелем, с так называемыми «бусинками». «содержащий гель, который в качестве материала с фазовым переходом достиг желаемой стабилизации температуры или охлаждающего эффекта за счет перехода из твердого состояния в жидкое внутри капсулы. Изменение физических состояний может существенно изменить свойства теплопоглощения элемента.
С момента разработки гелевой пены с эффектом памяти были добавлены и другие материалы. Алоэ вера , экстракт зеленого чая и активированный уголь были объединены с ним, чтобы уменьшить запахи и даже обеспечить ароматерапию во время сна. Вискоза использовалась в тканых наматрасниках на кроватях из пены с эффектом памяти, чтобы отводить влагу от тела и повышать комфорт. Материалы с фазовым переходом (PCM) также использовались в чехлах на подушках, кроватях и наматрасниках из пены с эффектом памяти. Другие материалы, кроме полиуретана, также обладают свойствами, необходимыми для изготовления пены с эффектом памяти. Полиэтилентерефталат , один из таких полимерных материалов, обеспечивает определенные преимущества перед полиуретаном, такие как возможность вторичной переработки, легкость и теплоизоляция . [9]
Матрас из пены с эффектом памяти обычно плотнее других матрасов из пены, что делает его более устойчивым и тяжелым. Матрасы из пены с эффектом памяти часто продаются по более высоким ценам, чем традиционные матрасы. Пена с эффектом памяти, используемая в матрасах, обычно производится с плотностью от менее 24 кг/м 3 (1,5 фунта/фут 3 ) до 128 кг/м 3 (8 фунтов/фут 3 ). Большинство стандартных пен с эффектом памяти имеют плотность 16–80 кг/м 3 (от 1 до 5 фунтов/фут 3 ). Большинство постельных принадлежностей, таких как подкладки и комфортные слои матрасов, имеют плотность 48–72 кг/м 3 (от 3 до 4,5 фунтов/фут 3 ). Высокие плотности, такие как 85 кг/м 3 (5,3 фунта/фут 3 ), используются нечасто.
Свойство твердости (от твердого к мягкому) пены с эффектом памяти используется для определения комфорта. Он измеряется показателем отклонения силы вдавливания пены (IFD). Однако это не полное измерение ощущения «мягкости» или «твердости» . Пенопласт с более высоким IFD, но с более низкой плотностью может показаться мягким при сжатии.
IFD измеряет силу в ньютонах (или фунтах-силах ), необходимую для образования вмятины размером 1 дюйм в образце пенопласта размером 500 мм × 500 мм × 100 мм (19,7 дюйма × 19,7 дюйма × 3,9 дюйма) на образце пенопласта площадью 323 см 3 (50 кв. дюймов). (диаметр 8 дюймов)), известный как IFD при сжатии 25%. [10] Рейтинги IFD для пен с эффектом памяти варьируются от сверхмягких (IFD 10) до полужестких (IFD 12). Большинство матрасов с эффектом памяти являются жесткими (от IFD 12 до IFD 16).
Пены с эффектом памяти второго и третьего поколения имеют структуру с открытыми порами, которая реагирует на тепло и вес тела, придавая форму телу спящего, помогая уменьшить точки давления, предотвращая появление пролежней и т. д. [11] [ нужен лучший источник ] Производители утверждают, что это может помогают снять точки давления, облегчить боль и обеспечить более спокойный сон, хотя объективных исследований, подтверждающих заявленные преимущества матрасов, не существует. [12]
Матрасы из пены с эффектом памяти сохраняют тепло тела, поэтому в жаркую погоду они могут быть чрезмерно теплыми. Однако гелевая пена с эффектом памяти имеет тенденцию быть более прохладной из-за большей воздухопроницаемости. [13]
Выбросы от матрасов с эффектом памяти могут напрямую вызывать большее раздражение дыхательных путей, чем от других матрасов. Пена с эффектом памяти, как и другие полиуретановые изделия, может быть горючей. [14] В нескольких юрисдикциях были приняты законы, требующие, чтобы все постельные принадлежности, включая предметы из пены с эффектом памяти, были устойчивы к возгоранию от открытого огня, такого как свеча или зажигалка. Законы США о постельных принадлежностях, вступившие в силу в 2010 году, вносят изменения в Бюллетень Cal-117 по огнестойким испытаниям. [15]
Существуют опасения, что высокие уровни огнезащитного ПБДЭ, обычно используемого в пене с эффектом памяти, могут вызвать проблемы со здоровьем у некоторых пользователей. [16] ПБДЭ больше не используются в большинстве пенопластов, особенно в Европейском Союзе.
Производители предостерегают от того, чтобы оставлять младенцев и маленьких детей без присмотра на матрасах с эффектом памяти, так как им может быть трудно перевернуться, и они могут задохнуться. [13]
Агентство по охране окружающей среды США опубликовало два документа, предлагающих национальные стандарты выбросов опасных загрязнителей воздуха (HAP), касающиеся опасных выбросов, образующихся при производстве изделий из гибкого пенополиуретана . [17] Выбросы HAP, связанные с производством пенополиуретана, включают метиленхлорид , толуолдиизоцианат , метилхлороформ , метилендифенилдиизоцианат , оксид пропилена , диэтаноламин , метилэтилкетон , метанол и толуол . Однако не все химические выбросы, связанные с производством этих материалов, классифицированы. На хлористый метилен приходится более 98 процентов общих выбросов HAP в этой отрасли. Кратковременное воздействие высоких концентраций метиленхлорида также раздражает нос и горло. Последствия хронического (длительного) воздействия метиленхлорида на человека затрагивают центральную нервную систему и включают головные боли, головокружение, тошноту и потерю памяти. Исследования на животных показывают, что вдыхание метиленхлорида влияет на печень, почки и сердечно-сосудистую систему. О воздействии метиленхлорида на развитие или репродуктивную функцию у людей не сообщалось, но в ограниченных исследованиях на животных сообщалось о снижении массы тела плода у крыс, подвергшихся воздействию. [18]