Приготовление и характеристики полиуретановой полужесткой пены для высокоэффективных автомобильных поручней.
Подлокотник в салоне автомобиля является важной частью кабины, которая играет роль толкания и вытягивания двери и размещения руки человека в автомобиле. В случае возникновения 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 буфер, тем самым уменьшая травмы. Полиуретановые мягкие поручни из вспененного полиуретана могут обеспечить хорошее ощущение руки и красивую текстуру поверхности, тем самым улучшая комфорт и красоту кабины. Поэтому, с развитием автомобильной промышленности и улучшением требований людей к внутренним материалам, преимущества полиуретановой мягкой пены в автомобильных поручнях становятся все более очевидными.
Существует три вида полиуретановых мягких поручней: высокоэластичная пена, самоклеящаяся пена и полужесткая пена. Внешняя поверхность высокоэластичных поручней покрыта оболочкой из ПВХ (поливинилхлорида), а внутренняя часть - полиуретановой высокоэластичной пеной. Поддержка пены относительно слабая, прочность относительно низкая, а адгезия между пеной и оболочкой относительно недостаточная. Самоклеящаяся ручка имеет слой пены в основе, низкую 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 прикосновение и внешний вид, а внутренняя полужесткая пена имеет отличные ощущения, ударопрочность, поглощение энергии и устойчивость 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 изучено 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 т. д.; Смачивающий диспергатор (агент 1), смачивающий диспергатор (агент 2): Byke Chemical. Вышеуказанное сырье является промышленным. Подкладочная кожа из ПВХ: 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 воздуходувная печь типа 101-4AB, электронная универсальная натяжная машина типа KJ-1065, супертермостат типа 501A.
Приготовление базовой формулы и образца
Базовая рецептура полужесткого пенополиуретана представлена в таблице 1.
Подготовка образца для испытания механических свойств: композитный 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 открытая форма была открыта в течение определенного времени для получения формованного образца полужесткого пенополиуретана.
Подготовка образца для испытания на прочность склеивания: слой ПВХ-кожи 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 кожи, форму закрывают и в течение определенного времени формуют пенополиуретан с кожей.
Тест производительности
Механические свойства: 40% CLD (твердость при сжатии) в соответствии со стандартным испытанием ISO-3386; Прочность на растяжение и удлинение при разрыве испытываются в соответствии со стандартом ISO-1798; Прочность на разрыв испытывается в соответствии со стандартом ISO-8067. Характеристики склеивания: Электронная универсальная натяжная машина используется для отслаивания кожи и пены на 180° в соответствии со стандартом OEM.
Характеристики старения: проверьте потерю механических свойств и адгезионных 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 в Таблице 2 видно, что соотношение полиэфирполиола А и полимерполиола В оказывает существенное влияние на механические свойства полиуретановой пены. При увеличении соотношения полиэфирполиола А и полимерполиола В увеличивается удлинение при разрыве, твердость при сжатии в определенной степени уменьшается, 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
Как продукт с высокой частотой нажатия, поручень значительно снизит комфорт деталей, если пена и кожа отслаиваются, поэтому требуется склеивание полиуретановой пены и кожи. На основе вышеуказанных исследований были добавлены различные смачивающие диспергаторы для проверки адгезионных свойств пены и кожи. Результаты показаны в таблице 3.
Из Таблицы 3 видно, что различные смачивающие диспергаторы оказывают очевидное влияние на силу отслаивания между пеной и кожей: Коллапс 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 имеет определенное увеличение, 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 жидкости на твердом теле контактный угол является важным параметром для измерения смачиваемости поверхности. Поэтому был испытан контактный угол между композитным материалом и кожей после добавления двух вышеуказанных смачивающих диспергаторов, и результаты показаны на Рисунке 1.
Из рисунка 1 видно, что угол контакта холостого образца самый большой и составляет 27°, а угол контакта вспомогательного агента 3 самый маленький и составляет всего 12°. Это показывает, что использование добавки 3 позволяет в большей степени улучшить смачиваемость композитного материала и кожи, и ее легче распределить по поверхности кожи, поэтому использование добавки 3 имеет наибольшую силу отслаивания.
Старение собственности
Изделия для поручней прессуются в автомобиле, частота воздействия солнечного света высока, а характеристики старения являются еще одной важной характеристикой, которую должен учитывать полиуретановый полужесткий поручень. Поэтому были протестированы характеристики старения базовой формулы и проведено исследование улучшения, а результаты показаны 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, за исключением плотности (то же самое ниже), составляет 13% ~ 16%; потеря производительности при 24-часовом старении составляет 23% ~ 26%. Указывается, что свойство термического старения базовой формулы не хорошее, и свойство термического старения исходной формулы, очевидно, может быть улучшено путем добавления в формулу класса антиоксиданта A. При тех же экспериментальных условиях после добавления антиоксиданта A потеря различных свойств через 12 часов составила 7% ~ 8%, а потеря различных свойств через 24 часа составила 13% ~ 16%. Снижение механических свойств в основном обусловлено 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 эффективности склеивания обусловлено снижением механических свойств самой пены, с другой стороны, поскольку оболочка ПВХ содержит большое количество пластификаторов, а пластификатор мигрирует на поверхность в процессе термического кислородного старения. Добавление антиоксидантов может улучшить его свойства термического старения, в основном потому, что антиоксиданты могут устранять вновь образующиеся свободные радикалы, задерживать или ингибировать процесс окисления полимера, чтобы сохранить исходные свойства полимера.
Комплексное исполнение
На основании вышеприведенных результатов была разработана оптимальная формула и оценены ее различные свойства. Эффективность формулы сравнивалась с эффективностью обычной полиуретановой пены для поручней с высоким отскоком. Результаты показаны в Таблице 5.
Как видно из таблицы 5, оптимальная рецептура полужесткого пенополиуретана имеет определенные преимущества перед базовыми и общими рецептурами, она более практична и больше подходит для применения в высокопрочных поручнях.
Заключение
Регулировка количества полиэфира и выбор квалифицированного смачивающего диспергатора и антиоксиданта может придать полужесткому пенополиуретану хорошие механические свойства, отличные свойства теплового старения и т. д. Благодаря превосходным эксплуатационным характеристикам пены этот высокоэффективный полужесткий пенополиуретановый продукт может применяться в качестве автомобильных буферных материалов, таких как поручни и приборные столики.
Время публикации: 25 июля 2024 г.