Підготовка та характеристики напівтвердої піни з поліуретану для високоефективних автомобільних поручнів.
Підлокітник у салоні автомобіля є важливою частиною кабіни, він відіграє роль штовхання та потягування дверей та розміщення руки людини в салоні. У разі надзвичайної ситуації, коли автомобіль зіткнеться з поручнем, м'який поліуретановий поручень та модифікований PP (поліпропілен), ABS (поліакрилонітрил-бутадієн-стирол) та інші тверді пластикові поручні можуть забезпечити хорошу еластичність та амортизацію, тим самим зменшуючи травми. Поручні з м'якої поліуретанової піни можуть забезпечити приємне відчуття та красиву текстуру поверхні, тим самим покращуючи комфорт та красу кабіни. Тому з розвитком автомобільної промисловості та підвищенням вимог людей до матеріалів для інтер'єру, переваги м'якої поліуретанової піни в автомобільних поручнях стають все більш очевидними.
Існує три види м'яких поліуретанових поручнів: високопружний пінопласт, самопоглинаючий пінопласт та напівжорсткий пінопласт. Зовнішня поверхня високопружного поручня покрита ПВХ (полівінілхлоридом) покриттям, а внутрішня - поліуретановим високопружним пінопластом. Опора піни відносно слабка, міцність відносно низька, а адгезія між піною та покриттям відносно недостатня. Самопоглинаючий поручень має шар пінопласту як основу, низьку вартість, високий ступінь інтеграції та широко використовується в комерційних транспортних засобах, але важко врахувати міцність поверхні та загальний комфорт. Напівжорсткий підлокітник покритий ПВХ покриттям, покриття забезпечує гарний дотик та зовнішній вигляд, а внутрішній напівжорсткий пінопласт має чудові відчуття, ударостійкість, поглинання енергії та стійкість до старіння, тому він все частіше використовується в салонах легкових автомобілів.
У цій статті розроблено базову формулу напівжорсткого пінополіуретану для автомобільних поручнів, та на цій основі досліджено її вдосконалення.
Експериментальна секція
Основна сировина
Поліефірполіол A (гідроксильне число 30 ~ 40 мг/г), полімерполіол B (гідроксильне число 25 ~ 30 мг/г) : Wanhua Chemical Group Co., LTD. Модифікований MDI [дифенілметандіізоціанат, w (NCO) 25%~30%], композитний каталізатор, змочувальний диспергатор (агент 3), антиоксидант A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou тощо; Змочувальний диспергатор (агент 1), змочувальний диспергатор (агент 2) : Byke Chemical. Вищезазначена сировина промислового класу. ПВХ підкладка: Changshu Ruihua.
Основне обладнання та інструменти
Високошвидкісний змішувач типу Sdf-400, електронні ваги типу AR3202CN, алюмінієва форма (10 см × 10 см × 1 см, 10 см × 10 см × 5 см), електрична повітродувна піч типу 101-4AB, універсальна електронна натяжна машина типу KJ-1065, супертермостат типу 501A.
Підготовка основної формули та зразка
Базова рецептура напівжорсткого поліуретанового пінополіуретану наведена в таблиці 1.
Підготовка зразка для випробування механічних властивостей: композитний поліефір (матеріал А) був підготовлений згідно з розрахунковою формулою, змішаний з модифікованим MDI у певній пропорції, перемішаний високошвидкісним перемішувачем (3000 об/хв) протягом 3~5 секунд, потім залитий у відповідну форму для спінювання та відкритий протягом певного часу для отримання напівжорсткого відлитого зразка поліуретанової піни.
Підготовка зразка для випробування на склеювання: шар ПВХ-оболонки поміщають у нижню матрицю форми, а комбінований поліефір та модифікований MDI змішують у пропорції, перемішують високошвидкісним перемішувачем (3000 об/хв) протягом 3~5 с, потім виливають на поверхню обшивки, форму закривають, і поліуретанова піна з обшивкою формують протягом певного часу.
Тест продуктивності
Механічні властивості: 40% твердості на стиск (CLD) згідно зі стандартом ISO-3386; міцність на розтяг та видовження при розриві випробовуються згідно зі стандартом ISO-1798; міцність на розрив випробовується згідно зі стандартом ISO-8067. Характеристики склеювання: Електронна універсальна машина для натягу використовується для відшаровування шкіри та піни на 180° згідно зі стандартом виробника оригінального обладнання (OEM).
Характеристики старіння: Перевірте втрату механічних властивостей та адгезійних властивостей після 24 годин старіння при 120℃ відповідно до стандартної температури виробника оригінального обладнання.
Результати та обговорення
Механічна властивість
Змінюючи співвідношення поліефірполіолу А та полімерполіолу В в основній формулі, було досліджено вплив різного дозування поліефіру на механічні властивості напівжорсткого поліуретанового пінополіуретану, як показано в таблиці 2.
З результатів, наведених у Таблиці 2, видно, що співвідношення поліефірполіолу А до полімерполіолу В має значний вплив на механічні властивості поліуретанової піни. Коли співвідношення поліефірполіолу А до полімерполіолу В збільшується, подовження при розриві збільшується, твердість на стиск зменшується до певної міри, а міцність на розрив та розрив мало змінюються. Молекулярний ланцюг поліуретану складається переважно з м'якого та твердого сегментів, м'якого сегмента з поліолу, а твердого сегмента з карбаматного зв'язку. З одного боку, відносна молекулярна маса та гідроксильне число двох поліолів різні, з іншого боку, полімерполіол В є поліефірполіолом, модифікованим акрилонітрилом та стиролом, і жорсткість сегмента ланцюга покращується завдяки наявності бензольного кільця, тоді як полімерполіол В містить речовини з низькою молекулярною масою, що збільшує крихкість піни. Коли поліефірполіол А становить 80 частин, а полімерполіол В - 10 частин, комплексні механічні властивості піни кращі.
Облігаційне майно
Оскільки поручень виготовлений з високою частотою натискання, він значно знизить комфорт деталей, якщо пінопласт та обшивка відшаровуються, тому потрібна міцність склеювання поліуретанової піни та обшивки. На основі вищезазначеного дослідження було додано різні змочувальні диспергатори для перевірки адгезійних властивостей пінопласту та обшивки. Результати наведено в таблиці 3.
З таблиці 3 видно, що різні змочувальні диспергатори мають очевидний вплив на силу відшаровування між піною та шкірою: руйнування піни відбувається після використання добавки 2, що може бути спричинено надмірним розкриттям піни після додавання добавки 2; після використання добавок 1 та 3 міцність на відшаровування холостого зразка дещо збільшується, і міцність на відшаровування добавки 1 приблизно на 17% вища, ніж у холостого зразка, а міцність на відшаровування добавки 3 приблизно на 25% вища, ніж у холостого зразка. Різниця між добавкою 1 та добавкою 3 головним чином зумовлена різницею у змочуваності композитного матеріалу на поверхні. Загалом, для оцінки змочуваності рідини на твердій речовині кут контакту є важливим параметром для вимірювання змочуваності поверхні. Тому було протестовано кут контакту між композитним матеріалом та шкірою після додавання двох вищезгаданих змочувальних диспергаторів, а результати показано на рисунку 1.
З рисунка 1 видно, що кут контакту холостого зразка є найбільшим і становить 27°, а кут контакту допоміжного агента 3 є найменшим і становить лише 12°. Це показує, що використання добавки 3 може значно покращити змочуваність композитного матеріалу та шкіри, і його легше розподілити по поверхні шкіри, тому використання добавки 3 має найбільшу силу відшаровування.
Старіння майна
Поручні пресуються в кабіні, частота впливу сонячного світла висока, а старіння – ще одна важлива характеристика, яку необхідно враховувати при виготовленні напівжорсткої піни для поручнів з поліуретану. Тому було протестовано старіння базової формули та проведено дослідження щодо вдосконалення, результати якого наведено в таблиці 4.
Порівнюючи дані в Таблиці 4, можна виявити, що механічні властивості та зв'язуючі властивості основної формули значно знижуються після термічного старіння при 120℃: після старіння протягом 12 годин втрата різних властивостей, крім щільності (аналогічно нижче), становить 13%~16%; втрата продуктивності після 24-годинного старіння становить 23%~26%. Це вказує на те, що властивість теплового старіння основної формули є поганою, і властивість теплового старіння вихідної формули можна явно покращити, додавши до формули антиоксиданту класу А. За тих самих експериментальних умов після додавання антиоксиданту А втрата різних властивостей після 12 годин становила 7%~8%, а втрата різних властивостей після 24 годин становила 13%~16%. Зниження механічних властивостей головним чином зумовлене низкою ланцюгових реакцій, що викликаються розривом хімічних зв'язків та активними вільними радикалами під час процесу термічного старіння, що призводить до фундаментальних змін у структурі або властивостях вихідної речовини. З одного боку, зниження адгезійних властивостей пов'язане зі зниженням механічних властивостей самої піни, а з іншого боку, тому, що ПВХ-шкіра містить велику кількість пластифікаторів, і пластифікатор мігрує на поверхню під час процесу термічного кисневого старіння. Додавання антиоксидантів може покращити його властивості термічного старіння, головним чином тому, що антиоксиданти можуть усувати новоутворені вільні радикали, затримувати або пригнічувати процес окислення полімеру, таким чином зберігаючи початкові властивості полімеру.
Комплексна продуктивність
На основі вищезазначених результатів було розроблено оптимальну формулу та оцінено її різні властивості. Ефективність формули порівняли з характеристиками звичайної поліуретанової піни для поручнів з високим рівнем відскоку. Результати наведено в таблиці 5.
Як видно з таблиці 5, оптимальна формула напівжорсткого поліуретанового пінополіуретану має певні переваги порівняно з базовими та загальними формулами, вона є більш практичною та більше підходить для застосування високопродуктивних поручнів.
Висновок
Регулювання кількості поліефіру та вибір кваліфікованого змочувального диспергатора й антиоксиданту може надати напівжорсткій поліуретановій піні хороші механічні властивості, чудові властивості до теплового старіння тощо. Завдяки чудовим характеристикам піни, цей високоефективний напівжорсткий поліуретановий пінопласт можна застосовувати для автомобільних буферних матеріалів, таких як поручні та приладові столи.
Час публікації: 25 липня 2024 р.