Espuma viscoelástica

La espuma viscoelástica se compone principalmente de poliuretano con aditivos químicos que aumentan su viscosidad y densidad . A menudo se la denomina espuma de poliuretano viscoelástica o espuma de poliuretano de baja resiliencia ( LRPu ). Las burbujas o celdas de la espuma están abiertas, creando una matriz a través de la cual puede circular el aire. La espuma viscoelástica de mayor densidad se ablanda con el calor corporal, adaptándose al cuerpo en pocos minutos. Las espumas más recientes pueden recuperar su forma original con mayor rapidez. ^{[ 1 ]}

La espuma viscoelástica debe sus propiedades a diversos efectos, derivados de la estructura interna del material. El efecto red es la fuerza que actúa para restaurar la estructura de la espuma cuando se deforma. Este efecto se genera cuando el material poroso deformado empuja hacia afuera para restaurar su estructura contra la presión aplicada. Tres efectos contrarrestan el efecto red, ralentizando la regeneración de la estructura original de la espuma:

• El efecto neumático, causado por el tiempo que tarda el aire en fluir hacia la estructura porosa de la espuma.
• El efecto adhesivo , o adhesión , causado por la pegajosidad de las superficies dentro de la espuma, que actúa en contra de la descompresión a medida que los poros internos dentro de la espuma se comprimen entre sí.
• El efecto de relajación (la más fuerte de las tres fuerzas que actúan contra la expansión), causado por el hecho de que el material de la espuma esté cerca de su temperatura de transición vítrea , limita su movilidad, obliga a que cualquier cambio sea gradual y ralentiza la expansión de la espuma una vez que se ha eliminado la presión aplicada.

Los efectos dependen de la temperatura, por lo que el rango de temperatura en el que la espuma viscoelástica conserva sus propiedades es limitado. Si hace demasiado frío, se endurece. Si hace demasiado calor, se comporta como las espumas convencionales, recuperando rápidamente su forma original. La física subyacente de este proceso se puede describir mediante la fluencia polimérica . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Los efectos neumáticos y adhesivos están fuertemente correlacionados con el tamaño de los poros dentro de la espuma viscoelástica. Los poros más pequeños dan lugar a una mayor superficie interna y a un menor flujo de aire, lo que aumenta la adhesión y los efectos neumáticos. Por lo tanto, las propiedades de la espuma pueden controlarse modificando su estructura celular y su porosidad . Su temperatura de transición vítrea también puede modularse mediante el uso de aditivos en el material de la espuma. ^{[ 2 ]}

Las propiedades mecánicas de la espuma viscoelástica pueden afectar la comodidad de los colchones fabricados con ella. También existe una compensación entre comodidad y durabilidad. Algunas espumas viscoelásticas pueden tener una estructura celular más rígida, lo que resulta en una distribución de peso menos uniforme, pero una mejor recuperación de la estructura original, lo que mejora su ciclabilidad y durabilidad. Una estructura celular más densa también puede resistir la penetración del vapor de agua , lo que reduce el desgaste y mejora la durabilidad y el aspecto general. ^{[ 4 ]}

La espuma viscoelástica se desarrolló en 1966 bajo un contrato del Centro de Investigación Ames de la NASA para mejorar la seguridad de los cojines de los aviones. Esta espuma viscoelástica sensible a la temperatura se denominó inicialmente "espuma de recuperación lenta"; la mayoría la llamaba "espuma termorreguladora". ^{[ 5 ]} Creada mediante la inyección de gas en una matriz polimérica, tenía una estructura sólida de celda abierta que se adaptaba a la presión ejercida sobre ella, pero que volvía lentamente a su forma original. ^{[ 6 ]}

Cuando la NASA liberó la espuma viscoelástica al dominio público a principios de la década de 1980, Fagerdala World Foams fue una de las pocas empresas dispuestas a trabajar con ella, ya que el proceso de fabricación seguía siendo difícil y poco fiable. Su producto de 1991, el colchón sueco Tempur-Pedic, dio origen a la empresa de colchones y cojines Tempur World.

La espuma viscoelástica era inicialmente demasiado cara para su uso generalizado, pero se abarató. Sus usos domésticos más comunes son colchones, almohadas, zapatos y mantas. Tiene aplicaciones médicas, como cojines para sillas de ruedas, almohadas para camas de hospital y acolchado para personas que sufren dolor crónico o problemas posturales. Cuando los pacientes debían permanecer inmóviles en la cama, sobre un colchón firme, durante un período prolongado, la presión en algunas zonas del cuerpo dificultaba la circulación sanguínea, provocando úlceras por presión o gangrena . Los colchones de espuma viscoelástica, al igual que los colchones de aire de presión alterna, redujeron significativamente estos casos. ^{[ 5 ] [ 7 ]}

La posterior comercialización de la espuma incluyó su uso en equipos médicos, como almohadillas para mesas de rayos X, y en equipos deportivos, como revestimientos para cascos de fútbol americano y canadiense .

Un colchón de espuma viscoelástica suele ser más denso que otros colchones de espuma, lo que lo hace más firme y pesado. Los colchones de espuma viscoelástica a menudo se venden a precios más altos que los colchones tradicionales. La espuma viscoelástica utilizada en colchones se fabrica comúnmente con densidades que van desde menos de 24 kg/m³ ⁽ 1,5  lb/ft³ ⁾ hasta 128 kg/m³ ⁽ 8  lb/ft³ ⁾ . La mayoría de la espuma viscoelástica estándar tiene una densidad de 16 a 80  kg/m³ ⁽ 1 a 5  lb/ft³ ⁾ . La mayoría de la ropa de cama, como los sobrecolchones y las capas de confort, tiene una densidad de 48 a 72  kg/m³ ⁽ 3 a 4,5  lb/ft³ ⁾ . Las densidades altas, como 85  kg/m³ ⁽ 5,3  lb/ft³ ⁾ , se utilizan con poca frecuencia.

La firmeza (de dura a blanda) de la espuma viscoelástica se utiliza para determinar la comodidad. Se mide mediante el índice de deflexión de la fuerza de indentación (IFD) de la espuma. Sin embargo, no es una medida completa de la sensación de "suave" o "firme" . Una espuma con un IFD más alto pero menor densidad puede sentirse blanda al comprimirla.

El IFD mide la fuerza en newtons (o libras-fuerza ) necesaria para hacer una hendidura de 1 pulgada en una muestra de espuma de 500 mm × 500 mm × 100 mm (19,7 pulg. × 19,7 pulg. × 3,9 pulg.) con un disco de 323 ^cm³ ( 50 pulg.², 8 pulgadas de diámetro), conocida como IFD a 25 % de compresión. ^{[ 10 ]} Las clasificaciones IFD para espumas viscoelásticas van desde supersuave (IFD 10) hasta semirrígida (IFD 12). La mayoría de los colchones de espuma viscoelástica son firmes (IFD 12 a IFD 16).           

Las espumas viscoelásticas de segunda y tercera generación tienen una estructura de celda abierta que reacciona al calor y al peso corporal, amoldándose al cuerpo del durmiente, lo que ayuda a aliviar los puntos de presión, prevenir las úlceras por presión, etc. ^{[ 11 ]} Los fabricantes afirman que esto puede ayudar a aliviar los puntos de presión para aliviar el dolor y promover un sueño más reparador, aunque no existen estudios objetivos que respalden los supuestos beneficios de los colchones. ^{[ 12 ]}

Los colchones de espuma viscoelástica retienen el calor corporal, por lo que pueden resultar excesivamente cálidos en climas cálidos. Sin embargo, las espumas viscoelásticas con gel tienden a ser más frescas debido a su mayor transpirabilidad. ^{[ 13 ]}

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