Prepararea și caracteristicile spumei poliuretanice semirigide pentru balustrade auto de înaltă performanță.
Cotiera din interiorul mașinii este o parte importantă a cabinei, având rolul de a împinge și trage portiera și de a plasa brațul persoanei în mașină. În caz de urgență, când mașina se ciocnește cu balustrada, balustrada moale din poliuretan și balustradele din PP (polipropilenă), ABS (poliacrilonitril - butadienă - stiren) modificate și alte balustrade din plastic dur pot oferi o bună elasticitate și amortizare, reducând astfel accidentările. Balustradele din spumă poliuretanică moale pot oferi o senzație plăcută la atingere și o textură frumoasă a suprafeței, îmbunătățind astfel confortul și frumusețea habitaclului. Prin urmare, odată cu dezvoltarea industriei auto și îmbunătățirea cerințelor oamenilor privind materialele de interior, avantajele spumei poliuretanice moi în balustradele auto devin din ce în ce mai evidente.
Există trei tipuri de balustrade moi din poliuretan: spumă de înaltă rezistență, spumă auto-adezivată și spumă semi-rigidă. Suprafața exterioară a balustradelor de înaltă rezistență este acoperită cu o peliculă din PVC (clorură de polivinil), iar interiorul este din spumă poliuretanică de înaltă rezistență. Suportul spumei este relativ slab, rezistența este relativ scăzută, iar aderența dintre spumă și peliculă este relativ insuficientă. Balustrada auto-adezivată are un strat central de spumă, cost redus, grad ridicat de integrare și este utilizată pe scară largă în vehiculele comerciale, dar este dificil să se țină cont de rezistența suprafeței și de confortul general. Cotiera semi-rigidă este acoperită cu o peliculă din PVC, pelicula oferind o senzație plăcută la atingere și un aspect plăcut, iar spuma interioară semi-rigidă are o senzație excelentă, rezistență la impact, absorbție de energie și rezistență la îmbătrânire, așa că este din ce în ce mai utilizată în interiorul autoturismelor.
În această lucrare, este concepută formula de bază a spumei poliuretanice semirigide pentru balustradele automobilelor, iar pe baza acesteia este studiată îmbunătățirea acesteia.
Secțiunea experimentală
Materia primă principală
Polieter poliol A (indice de hidroxil 30 ~ 40 mg/g), polimer poliol B (indice de hidroxil 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI modificat [diizocianat de difenilmetan, w (NCO) este 25%~30%], catalizator compozit, dispersant umectant (Agent 3), antioxidant A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou, etc.; Dispersant umectant (Agent 1), dispersant umectant (Agent 2): Byke Chemical. Materiile prime de mai sus sunt de calitate industrială. Căptușeală din PVC: Changshu Ruihua.
Echipamente și instrumente principale
Mixer de mare viteză tip Sdf-400, balanță electronică tip AR3202CN, matriță de aluminiu (10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), cuptor electric cu suflantă tip 101-4AB, mașină electronică universală de tensionare tip KJ-1065, supertermostat tip 501A.
Prepararea formulei de bază și a eșantionului
Formula de bază a spumei poliuretanice semirigide este prezentată în Tabelul 1.
Prepararea probei de testare a proprietăților mecanice: polieterul compozit (material A) a fost preparat conform formulei de proiectare, amestecat cu MDI modificat într-o anumită proporție, agitat cu un dispozitiv de agitare de mare viteză (3000 r/min) timp de 3~5 secunde, apoi turnat în matrița corespunzătoare pentru spumare și deschisă matrița într-un anumit timp pentru a obține proba turnată din spumă poliuretanică semirigidă.
Pregătirea eșantionului pentru testul de performanță a lipirii: un strat de peliculă de PVC este plasat în matrița inferioară a matriței, iar polieterul combinat și MDI modificat sunt amestecate proporțional, agitate cu un dispozitiv de agitare de mare viteză (3000 r/min) timp de 3~5 secunde, apoi turnate pe suprafața peliculei, iar matrița este închisă, iar spuma poliuretanică cu pelicula este turnată într-un anumit timp.
Test de performanță
Proprietăți mecanice: 40% CLD (duritate la compresiune) conform testului standard ISO-3386; Rezistența la tracțiune și alungirea la rupere sunt testate conform standardului ISO-1798; Rezistența la rupere este testată conform standardului ISO-8067. Performanță de lipire: Mașina electronică universală de tensionare este utilizată pentru a decoji pielea și spuma la 180°, conform standardului unui OEM.
Performanța la îmbătrânire: Testați pierderea proprietăților mecanice și a proprietăților de lipire după 24 de ore de îmbătrânire la 120 ℃, conform temperaturii standard a unui producător de echipamente originale (OEM).
Rezultate și discuții
Proprietăți mecanice
Prin modificarea raportului dintre polieterul poliol A și polimerul poliol B în formula de bază, a fost explorată influența diferitelor doze de polieter asupra proprietăților mecanice ale spumei poliuretanice semirigide, așa cum se arată în Tabelul 2.
Din rezultatele din Tabelul 2 se poate observa că raportul dintre polieterul poliol A și polimerul poliol B are un efect semnificativ asupra proprietăților mecanice ale spumei poliuretanice. Atunci când raportul dintre polieterul poliol A și polimerul poliol B crește, alungirea la rupere crește, duritatea la compresiune scade într-o anumită măsură, iar rezistența la tracțiune și rezistența la rupere se modifică puțin. Lanțul molecular al poliuretanului este format în principal din segment moale și segment dur, segmentul moale din poliol și segmentul dur din legătură carbamatică. Pe de o parte, greutatea moleculară relativă și valoarea hidroxil a celor doi polioli sunt diferite, pe de altă parte, polimerul poliol B este un polieter poliol modificat cu acrilonitril și stiren, iar rigiditatea segmentului de lanț este îmbunătățită datorită prezenței inelului benzenic, în timp ce polimerul poliol B conține substanțe moleculare mici, ceea ce crește fragilitatea spumei. Când polieterul poliol A este 80 de părți și polimerul poliol B este 10 părți, proprietățile mecanice generale ale spumei sunt mai bune.
Proprietatea de legare
Fiind un produs cu frecvență mare de presare, balustrada va reduce semnificativ confortul pieselor dacă spuma și pielea se exfoliază, așadar este necesară performanța de aderență dintre spuma poliuretanică și piele. Pe baza cercetărilor de mai sus, au fost adăugați diferiți dispersanți umectanți pentru a testa proprietățile de aderență ale spumei și pielii. Rezultatele sunt prezentate în Tabelul 3.
Din Tabelul 3 se poate observa că diferiți dispersanți umectanți au efecte evidente asupra forței de exfoliere dintre spumă și peliculă: după utilizarea aditivului 2 apare colapsul spumei, care poate fi cauzat de deschiderea excesivă a spumei după adăugarea aditivului 2; după utilizarea aditivilor 1 și 3, rezistența la exfoliere a probei martor a crescut considerabil, iar rezistența la exfoliere a aditivului 1 este cu aproximativ 17% mai mare decât cea a probei martor, iar rezistența la exfoliere a aditivului 3 este cu aproximativ 25% mai mare decât cea a probei martor. Diferența dintre aditivul 1 și aditivul 3 este cauzată în principal de diferența de umectabilitate a materialului compozit la suprafață. În general, pentru a evalua umectabilitatea lichidului pe solid, unghiul de contact este un parametru important pentru măsurarea umectabilității suprafeței. Prin urmare, a fost testat unghiul de contact dintre materialul compozit și peliculă după adăugarea celor doi dispersanți umectanți de mai sus, iar rezultatele au fost prezentate în Figura 1.
Din Figura 1 se poate observa că unghiul de contact al probei martor este cel mai mare, adică 27°, iar unghiul de contact al agentului auxiliar 3 este cel mai mic, adică doar 12°. Acest lucru arată că utilizarea aditivului 3 poate îmbunătăți umectabilitatea materialului compozit și a pielii într-o măsură mai mare și este mai ușor de întins pe suprafața pielii, astfel încât utilizarea aditivului 3 are cea mai mare forță de exfoliere.
Proprietăți îmbătrânite
Produsele pentru balustrade sunt presate în mașină, frecvența expunerii la lumina soarelui este ridicată, iar performanța la îmbătrânire este o altă performanță importantă pe care spuma semirigidă poliuretanică pentru balustrade trebuie să o ia în considerare. Prin urmare, a fost testată performanța la îmbătrânire a formulei de bază și a fost efectuat un studiu de îmbunătățire, iar rezultatele sunt prezentate în Tabelul 4.
Comparând datele din Tabelul 4, se poate constata că proprietățile mecanice și proprietățile de legătură ale formulei de bază sunt semnificativ reduse după îmbătrânirea termică la 120℃: după îmbătrânirea timp de 12 ore, pierderea diferitelor proprietăți, cu excepția densității (aceeași valoare mai jos), este de 13%~16%; Pierderea de performanță la îmbătrânirea de 24 de ore este de 23%~26%. Se indică faptul că proprietatea de îmbătrânire termică a formulei de bază nu este bună, iar proprietatea de îmbătrânire termică a formulei originale poate fi îmbunătățită evident prin adăugarea la formulă a antioxidantului A din clasa A. În aceleași condiții experimentale, după adăugarea antioxidantului A, pierderea diferitelor proprietăți după 12 ore a fost de 7%~8%, iar pierderea diferitelor proprietăți după 24 de ore a fost de 13%~16%. Scăderea proprietăților mecanice se datorează în principal unei serii de reacții în lanț declanșate de ruperea legăturilor chimice și de radicalii liberi activi în timpul procesului de îmbătrânire termică, rezultând modificări fundamentale ale structurii sau proprietăților substanței originale. Pe de o parte, scăderea performanței de lipire se datorează scăderii proprietăților mecanice ale spumei în sine, iar pe de altă parte, deoarece pelicula de PVC conține un număr mare de plastifianți, iar plastifianții migrează la suprafață în timpul procesului de îmbătrânire termică cu oxigen. Adăugarea de antioxidanți poate îmbunătăți proprietățile sale de îmbătrânire termică, în principal deoarece antioxidanții pot elimina radicalii liberi nou generați, pot întârzia sau inhiba procesul de oxidare a polimerului, astfel încât să se mențină proprietățile originale ale polimerului.
Performanță completă
Pe baza rezultatelor de mai sus, a fost concepută formula optimă și au fost evaluate diversele sale proprietăți. Performanța formulei a fost comparată cu cea a spumei poliuretanice generale pentru balustrade cu recul ridicat. Rezultatele sunt prezentate în Tabelul 5.
După cum se poate observa din Tabelul 5, performanța formulei optime de spumă poliuretanică semirigidă are anumite avantaje față de formulele de bază și generale, fiind mai practică și mai potrivită pentru aplicarea balustradelor de înaltă performanță.
Concluzie
Ajustarea cantității de polieter și selectarea unui dispersant umectant și a unui antioxidant calificat pot conferi spumei poliuretanice semirigide proprietăți mecanice bune, proprietăți excelente de îmbătrânire termică și așa mai departe. Datorită performanței excelente a spumei, acest produs din spumă poliuretanică semirigidă de înaltă performanță poate fi aplicat pe materiale tampon auto, cum ar fi balustrade și mese de instrumente.
Data publicării: 25 iulie 2024