Приготовление и характеристики полужесткого пенополиуретана для высокопроизводительных автомобильных поручней.
Подлокотник в салоне автомобиля является важной частью кабины, которая играет роль толкания и вытягивания двери и размещения руки человека в машине. В случае чрезвычайной ситуации, когда автомобиль и поручень сталкиваются, полиуретановый мягкий поручень и модифицированный ПП (полипропилен), АБС (полиакрилонитрил-бутадиен-стирол) и другие жесткие пластиковые поручень, могут обеспечить хорошую эластичность и амортизацию, тем самым снижая травмы. Поручни из мягкого пенополиуретана могут обеспечить приятные ощущения для рук и красивую текстуру поверхности, тем самым повышая комфорт и эстетику кабины. Таким образом, с развитием автомобильной промышленности и повышением требований людей к материалам интерьера, преимущества мягкого пенополиуретана в автомобильных поручнях становятся все более очевидными.
Существует три вида мягких полиуретановых поручней: высокоэластичная пена, самоклеящаяся пена и полужесткая пена. Внешняя поверхность высокоэластичных поручней покрыта оболочкой из ПВХ (поливинилхлорида), а внутренняя — высокоэластичной пеной из полиуретана. Поддержка пены относительно слабая, прочность относительно низкая, а адгезия между пеной и оболочкой относительно недостаточная. Самоклеящаяся ручка имеет слой пены в сердцевине из оболочки, низкая стоимость, высокую степень интеграции и широко используется в коммерческих транспортных средствах, но трудно учесть прочность поверхности и общий комфорт. Полужесткий подлокотник покрыт оболочкой из ПВХ, оболочка обеспечивает хорошее тактильное ощущение и внешний вид, а внутренняя полужесткая пена обладает отличными ощущениями, ударопрочностью, поглощением энергии и устойчивостью к старению, поэтому она все более широко используется в использовании в салоне легковых автомобилей.
В данной работе разработана базовая формула полужесткого пенополиуретана для автомобильных поручней и на этой основе исследовано ее усовершенствование.
Экспериментальная секция
Основное сырье
Полиэфирполиол A (гидроксильное число 30 ~ 40 мг/г), полимерполиол B (гидроксильное число 25 ~ 30 мг/г): Wanhua Chemical Group Co., LTD. Модифицированный МДИ [дифенилметандиизоцианат, w (NCO) составляет 25% ~ 30%], композитный катализатор, смачивающий диспергатор (агент 3), антиоксидант A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou и др.; смачивающий диспергатор (агент 1), смачивающий диспергатор (агент 2): Byke Chemical. Вышеуказанное сырье является промышленным. Подкладочная ПВХ-кожа: Changshu Ruihua.
Основное оборудование и приборы
Высокоскоростной миксер типа Sdf-400, электронные весы типа AR3202CN, алюминиевая форма (10 см × 10 см × 1 см, 10 см × 10 см × 5 см), электрическая духовка с вентилятором типа 101-4AB, электронная универсальная натяжная машина типа KJ-1065, супертермостат типа 501A.
Приготовление базовой формулы и образца
Основная рецептура полужесткого пенополиуретана представлена в таблице 1.
Подготовка образца для испытания механических свойств: композиционный полиэфир (материал А) был подготовлен в соответствии с расчетной формулой, смешан с модифицированным МДИ в определенной пропорции, перемешан высокоскоростным перемешивающим устройством (3000 об/мин) в течение 3–5 с, затем вылит в соответствующую форму для вспенивания и открыт в течение определенного времени для получения формованного образца полужесткого пенополиуретана.
Подготовка образца для испытания на прочность сцепления: слой ПВХ-оболочки помещают в нижнюю часть пресс-формы, смешивают в пропорции полиэфир и модифицированный МДИ, перемешивают высокоскоростным перемешивающим устройством (3000 об/мин) в течение 3–5 с, затем выливают на поверхность оболочки, форму закрывают и в течение определенного времени формуют пенополиуретан с оболочкой.
Тест производительности
Механические свойства: 40% CLD (твердость при сжатии) согласно стандарту ISO-3386; прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве проверяются согласно стандарту ISO-1798; прочность на раздир проверяются согласно стандарту ISO-8067. Характеристики склеивания: для отслаивания оболочки и пены на 180° используется электронная универсальная машина для натяжения в соответствии со стандартом производителя оригинального оборудования.
Старение: проверьте потерю механических свойств и связующих свойств после 24 часов старения при температуре 120 ℃ в соответствии со стандартной температурой производителя оригинального оборудования.
Результаты и обсуждение
Механические свойства
Изменяя соотношение полиэфирполиола А и полимерполиола В в базовой формуле, было исследовано влияние различной дозировки полиэфира на механические свойства полужесткого пенополиуретана, как показано в таблице 2.
Из результатов, представленных в таблице 2, видно, что соотношение полиэфирполиола А и полимерполиола В оказывает значительное влияние на механические свойства пенополиуретана. При увеличении соотношения полиэфирполиола А и полимерполиола В увеличивается удлинение при разрыве, в некоторой степени уменьшается твердость при сжатии, а прочность на растяжение и прочность на разрыв изменяются мало. Молекулярная цепь полиуретана в основном состоит из мягкого сегмента и жесткого сегмента, мягкого сегмента из полиола и жесткого сегмента из карбаматной связи. С одной стороны, относительная молекулярная масса и гидроксильное число двух полиолов различны, с другой стороны, полимерполиол В представляет собой полиэфирполиол, модифицированный акрилонитрилом и стиролом, а жесткость сегмента цепи улучшается из-за наличия бензольного кольца, в то время как полимерполиол В содержит низкомолекулярные вещества, что увеличивает хрупкость пены. При содержании 80 частей полиэфирполиола А и 10 частей полимерполиола В комплексные механические свойства пены улучшаются.
Связующее свойство
Поскольку поручень предназначен для частого нажатия, при отслоении пены и обшивки значительно снижается комфорт при использовании, поэтому необходимо обеспечить прочность сцепления пенополиуретана с обшивкой. На основании вышеизложенного исследования были добавлены различные смачивающие диспергаторы для проверки адгезионных свойств пены и обшивки. Результаты представлены в таблице 3.
Из Таблицы 3 видно, что различные смачивающие диспергаторы оказывают очевидное влияние на силу отслаивания между пеной и кожей: Разрушение пены происходит после использования добавки 2, что может быть вызвано чрезмерным раскрытием пены после добавления добавки 2; После использования добавок 1 и 3 прочность на отрыв холостого образца несколько увеличивается, а прочность на отрыв добавки 1 примерно на 17% выше, чем у холостого образца, а прочность на отрыв добавки 3 примерно на 25% выше, чем у холостого образца. Разница между добавкой 1 и добавкой 3 в основном вызвана разницей в смачиваемости композитного материала на поверхности. В целом, для оценки смачиваемости твердого тела жидкостью контактный угол является важным параметром для измерения смачиваемости поверхности. Поэтому был протестирован контактный угол между композитным материалом и кожей после добавления двух вышеуказанных смачивающих диспергаторов, и результаты показаны на Рисунке 1.
Из рисунка 1 видно, что краевой угол смачивания холостого образца наибольший и составляет 27°, а краевой угол смачивания вспомогательного вещества 3 наименьший и составляет всего 12°. Это свидетельствует о том, что использование добавки 3 позволяет в большей степени улучшить смачиваемость композитного материала и кожи, а также облегчает его распределение по поверхности кожи, поэтому применение добавки 3 обеспечивает наибольшую силу отслаивания.
Старение имущества
Изделия для поручней прессуются в автомобиле, подвергаясь высокому уровню воздействия солнечного света, и старение является ещё одним важным свойством, которое необходимо учитывать при производстве полужестких полиуретановых пенопластов. В связи с этим были протестированы характеристики старения базовой формулы и проведено исследование улучшения свойств. Результаты представлены в таблице 4.
Сравнивая данные в Таблице 4, можно обнаружить, что механические свойства и связующие свойства базовой формулы значительно снижаются после термического старения при 120 ℃: после старения в течение 12 часов потеря различных свойств, кроме плотности (та же самая ниже), составляет 13% ~ 16%; Потеря производительности при 24-часовом старении составляет 23% ~ 26%. Указано, что свойство теплового старения базовой формулы не хорошее, и свойство теплового старения исходной формулы, очевидно, может быть улучшено путем добавления к формуле класса антиоксиданта А. При тех же экспериментальных условиях после добавления антиоксиданта А потеря различных свойств через 12 часов составила 7% ~ 8%, а потеря различных свойств через 24 часа составила 13% ~ 16%. Снижение механических свойств в основном связано с серией цепных реакций, вызванных разрывом химических связей и активными свободными радикалами во время процесса термического старения, что приводит к фундаментальным изменениям в структуре или свойствах исходного вещества. С одной стороны, снижение адгезионных свойств обусловлено ухудшением механических свойств самой пены, с другой – тем, что ПВХ-оболочка содержит большое количество пластификаторов, которые мигрируют на поверхность в процессе термокислородного старения. Добавление антиоксидантов может улучшить её устойчивость к термическому старению, главным образом, за счёт способности антиоксидантов устранять вновь образующиеся свободные радикалы, замедлять или подавлять процесс окисления полимера, сохраняя его первоначальные свойства.
Комплексная производительность
На основании вышеизложенных результатов была разработана оптимальная формула и оценены её различные свойства. Характеристики формулы были сравнены с характеристиками обычной полиуретановой пены с высоким отскоком для перил. Результаты представлены в таблице 5.
Как видно из таблицы 5, оптимальная рецептура полужесткого пенополиуретана имеет определенные преимущества по сравнению с базовой и общей рецептурами, она более практична и больше подходит для применения в высокопроизводительных поручнях.
Заключение
Регулировка количества полиэфира и выбор подходящего смачивающего диспергатора и антиоксиданта позволяют придать полужесткому пенополиуретану хорошие механические свойства, превосходную устойчивость к тепловому старению и т. д. Благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам этот высокоэффективный полужесткий пенополиуретан может применяться в качестве буферных материалов для автомобильной промышленности, таких как поручни и приборные столики.
Время публикации: 25 июля 2024 г.