Приготування та характеристики поліуретанової напівтвердої піни для високоефективних автомобільних поручнів.
Підлокітник в салоні автомобіля є важливою частиною кабіни, яка відіграє роль штовхання та відтягування дверей та розміщення руки людини в автомобілі. У разі надзвичайної ситуації, коли автомобіль і поручень зіткнулися, м’який поліуретановий поручень і модифікований PP (поліпропілен), ABS (поліакрилонітрил-бутадієн-стирол) та інші тверді пластикові поручні можуть забезпечити хорошу еластичність і буфер, тим самим зменшуючи травми. Поручні з м’якої поліуретанової піни забезпечують гарне відчуття рукою та красиву текстуру поверхні, тим самим покращуючи комфорт і красу кабіни. Тому з розвитком автомобільної промисловості та підвищенням вимог людей до матеріалів інтер’єру переваги м’якої поліуретанової піни в автомобільних поручнях стають все більш очевидними.
Існує три типи поліуретанових м’яких поручнів: високопружна піна, самостійна піна та напівжорстка піна. Зовнішня поверхня високопружних поручнів покрита шкірою з ПВХ (полівінілхлориду), а внутрішня - високопружною поліуретановою піною. Підтримка піни відносно слабка, міцність відносно низька, а адгезія між піною та шкірою відносно недостатня. Поручень із самостійним покриттям має пінополіуретановий шар шкіри, низьку вартість, високий ступінь інтеграції та широко використовується в комерційних транспортних засобах, але важко врахувати міцність поверхні та загальний комфорт. Напівжорсткий підлокітник покритий шкірою з ПВХ, шкіра забезпечує гарний дотик і зовнішній вигляд, а внутрішня напівжорстка піна має чудове відчуття, стійкість до ударів, поглинання енергії та стійкість до старіння, тому вона все ширше використовується у використанні салону легкового автомобіля.
У цій роботі розроблено основну формулу напівтвердої поліуретанової піни для автомобільних поручнів і на цій основі досліджено її вдосконалення.
Експериментальна ділянка
Основна сировина
Поліефірний поліол A (гідроксильне число 30 ~ 40 мг/г), полімерний поліол B (гідроксильне число 25 ~ 30 мг/г): Wanhua Chemical Group Co., LTD. Модифікований MDI [дифенілметандіізоціанат, w (NCO) становить 25%~30%], композитний каталізатор, змочуючий диспергатор (агент 3), антиоксидант A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou тощо; Зволожуючий диспергатор (Агент 1), змочувальний диспергатор (Агент 2): Byke Chemical. Вищезазначена сировина промислового сорту. ПВХ підкладка шкіри: Changshu Ruihua.
Основне обладнання та прилади
Високошвидкісний міксер типу Sdf-400, електронні ваги типу AR3202CN, алюмінієва форма (10 см × 10 см × 1 см, 10 см × 10 см × 5 см), електрична піч типу 101-4AB, електронна універсальна натяжна машина типу KJ-1065, супертермостат типу 501A.
Підготовка основної формули та проби
Базовий склад напівтвердого пінополіуретану наведено в таблиці 1.
Підготовка зразка для випробування механічних властивостей: композитний поліефір (матеріал А) готували відповідно до формули розробки, змішували з модифікованим MDI у певній пропорції, перемішували за допомогою високошвидкісного перемішувача (3000 об/хв) протягом 3~5 секунд, потім виливали у відповідну форму для спінювання та відкривали форму протягом певного часу, щоб отримати формований зразок з напівтвердої поліуретанової піни.
Підготовка зразка для випробування ефективності склеювання: шар ПВХ шкіри поміщають у нижню матрицю прес-форми, і комбінований поліефір і модифікований MDI змішують у пропорціях, перемішують високошвидкісним мішальним пристроєм (3000 об/хв) протягом 3~5 с, потім виливають на поверхню шкіри, форму закривають, і поліуретанову піну з шкірою формують протягом певного часу.
Тест продуктивності
Механічні властивості: 40% CLD (твердість на стиск) згідно стандарту ISO-3386; Міцність на розрив і подовження при розриві випробовуються відповідно до стандарту ISO-1798; Міцність на розрив перевіряється відповідно до стандарту ISO-8067. Ефективність склеювання: електронна універсальна натяжна машина використовується для відлущування шкіри та спінювання на 180° відповідно до стандарту OEM.
Ефективність старіння: перевірте втрату механічних властивостей і властивостей склеювання після 24 годин старіння при 120 ℃ відповідно до стандартної температури виробника комплектного обладнання.
Результати та обговорення
Механічна властивість
Шляхом зміни співвідношення поліефірного поліолу A та полімерного поліолу B в основній формулі було досліджено вплив різного дозування поліефіру на механічні властивості напівтвердої поліуретанової піни, як показано в таблиці 2.
З результатів у таблиці 2 видно, що співвідношення поліефірного поліолу A до полімерного поліолу B має значний вплив на механічні властивості пінополіуретану. Коли відношення поліефірного поліолу A до полімерного поліолу B збільшується, подовження при розриві збільшується, твердість на стиск зменшується до певної міри, а міцність на розрив і міцність на розрив змінюються незначно. Молекулярний ланцюг поліуретану в основному складається з м'якого сегмента та жорсткого сегмента, м'якого сегмента з поліолу та жорсткого сегмента з карбаматного зв'язку. З одного боку, відносна молекулярна маса та гідроксильне значення двох поліолів різні, з іншого боку, полімерний поліол B є поліефірним поліолом, модифікованим акрилонітрилом і стиролом, і жорсткість сегмента ланцюга покращена завдяки наявності бензольного кільця, тоді як полімерний поліол B містить низькомолекулярні речовини, що підвищує крихкість піни. Коли поліефірний поліол A складається з 80 частин, а полімерний поліол B становить 10 частин, повні механічні властивості піни кращі.
Склеювальна властивість
Як продукт із високою частотою натискання, поручень значно зменшить зручність деталей, якщо піна та шкіра відшаровуються, тому необхідна ефективність з’єднання пінополіуретану та шкіри. На основі вищезазначених досліджень були додані різні зволожуючі диспергатори для перевірки адгезійних властивостей піни та шкіри. Результати наведені в таблиці 3.
З таблиці 3 видно, що різні зволожуючі диспергатори мають очевидний вплив на силу відшарування між піною та шкірою: після використання добавки 2 відбувається згортання піни, що може бути спричинено надмірним розкриттям піни після додавання добавки 2; Після використання добавок 1 і 3 міцність відриву холостого зразка дещо підвищується, причому міцність відриву добавки 1 приблизно на 17% вища, ніж у холостого зразка, а міцність до відриву добавки 3 приблизно на 25% вища, ніж у холостого зразка. Різниця між добавкою 1 і добавкою 3 в основному викликана різницею в змочуваності композитного матеріалу на поверхні. Загалом, щоб оцінити змочуваність рідини на твердому тілі, контактний кут є важливим параметром для вимірювання змочуваності поверхні. Таким чином, було перевірено контактний кут між композитним матеріалом і шкірою після додавання двох вищевказаних зволожуючих диспергаторів, і результати показані на малюнку 1.
На рисунку 1 видно, що кут контакту холостого зразка є найбільшим, який становить 27°, а кут контакту допоміжного агента 3 є найменшим, який становить лише 12°. Це показує, що використання добавки 3 може більшою мірою покращити змочуваність композитного матеріалу та шкіри, і вона легше розподіляється по поверхні шкіри, тому використання добавки 3 має найбільшу силу відшарування.
Власність старіння
Вироби для поручнів пресуються в автомобілі, частота впливу сонячного світла є високою, а ефективність старіння є ще однією важливою характеристикою, яку слід враховувати напівжорсткій поліуретановій піні для поручнів. Таким чином, було перевірено ефективність базової формули для старіння та проведено дослідження покращення, а результати наведено в таблиці 4.
Порівнюючи дані в таблиці 4, можна виявити, що механічні властивості та зв’язкові властивості основної формули значно знижуються після термічного старіння при 120 ℃: після старіння протягом 12 годин втрата різних властивостей, крім щільності (те саме нижче), становить 13%~16%; Втрата продуктивності 24-годинного старіння становить 23%~26%. Вказується, що властивість теплового старіння основної формули є поганою, і властивість теплового старіння оригінальної формули можна очевидно покращити, додавши до формули антиоксидант класу A. У тих же експериментальних умовах після додавання антиоксиданту А втрата різних властивостей через 12 годин становила 7%~8%, а втрата різних властивостей через 24 години становила 13%~16%. Зниження механічних властивостей відбувається в основному через серію ланцюгових реакцій, викликаних розривом хімічних зв’язків і активними вільними радикалами під час термічного старіння, що призводить до фундаментальних змін у структурі або властивостях вихідної речовини. З одного боку, зниження адгезії пов’язане з погіршенням механічних властивостей самої піни, з іншого боку, через те, що оболонка ПВХ містить велику кількість пластифікаторів, а пластифікатор мігрує на поверхню в процесі термічного кисневого старіння. Додавання антиоксидантів може покращити його властивості термічного старіння, головним чином тому, що антиоксиданти можуть усунути новоутворені вільні радикали, затримати або інгібувати процес окислення полімеру, щоб зберегти початкові властивості полімеру.
Комплексне виконання
На основі наведених вище результатів була розроблена оптимальна формула та оцінені її різні властивості. Ефективність формули порівнювалася з ефективністю звичайної поліуретанової піни для поручнів з високим відскоком. Результати наведені в таблиці 5.
Як видно з таблиці 5, продуктивність оптимальної напівжорсткої формули пінополіуретану має певні переваги перед базовою та загальною формулами, вона більш практична та більше підходить для застосування високоефективних поручнів.
Висновок
Регулювання кількості поліефіру та вибір кваліфікованого змочувального диспергатора та антиоксиданту може надати напівжорсткій поліуретановій піні хороші механічні властивості, відмінні властивості термостаріння тощо. Завдяки відмінним властивостям піни цей високоефективний поліуретановий напівтвердий пінополіуретановий продукт можна застосовувати для автомобільних буферних матеріалів, таких як поручні та столики для приладів.
Час публікації: 25 липня 2024 р