Příprava a vlastnosti polyuretanové polotuhé pěny pro vysoce výkonná automobilová zábradlí.
Loketní opěrka v interiéru vozu je důležitou součástí kabiny, která hraje roli při zatlačování a tahání dveří a umisťování paže osoby v autě. V případě nouze, kdy se vůz srazí se zábradlím, může měkké polyuretanové madlo a modifikovaný PP (polypropylen), ABS (polyakrylonitril-butadien-styren) a další tvrdé plastové madlo poskytnout dobrou pružnost a tlumení nárazů, čímž se sníží riziko zranění. Madla z měkké polyuretanové pěny mohou poskytnout dobrý pocit v ruce a krásnou povrchovou texturu, čímž se zlepší pohodlí a krása kabiny. S rozvojem automobilového průmyslu a zvyšujícími se požadavky lidí na interiérové materiály se proto výhody měkkého polyuretanového pěnového madla v automobilových zábradlích stávají stále zřetelnějšími.
Existují tři druhy měkkých polyuretanových madel: vysoce pružná pěna, samopotahovaná pěna a polotuhá pěna. Vnější povrch vysoce pružných madel je pokryt PVC (polyvinylchloridem) vrstvou a vnitřní strana je z polyuretanové vysoce pružné pěny. Podpora pěny je relativně slabá, pevnost je relativně nízká a přilnavost mezi pěnou a vrstvou je relativně nedostatečná. Samopotahovaná madla mají jádro z pěny, nízkou cenu, vysoký stupeň integrace a jsou široce používána v užitkových vozidlech, ale je obtížné zohlednit pevnost povrchu a celkové pohodlí. Polotuhá loketní opěrka je pokryta PVC vrstvou, která poskytuje dobrý dotek a vzhled a vnitřní polotuhá pěna má vynikající pocit, odolnost proti nárazu, absorpci energie a stárnutí, takže se stále častěji používají v interiérech osobních automobilů.
V tomto článku je navržen základní vzorec polyuretanové polotuhé pěny pro automobilová zábradlí a na tomto základě je studováno jeho vylepšení.
Experimentální sekce
Hlavní surovina
Polyetherpolyol A (hydroxylové číslo 30 ~ 40 mg/g), polymerní polyol B (hydroxylové číslo 25 ~ 30 mg/g) : Wanhua Chemical Group Co., LTD. Modifikovaný MDI [difenylmetandiisokyanát, w (NCO) je 25 % ~ 30 %], kompozitní katalyzátor, smáčecí dispergační činidlo (činidlo 3), antioxidant A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou atd.; Smáčecí dispergační činidlo (činidlo 1), smáčecí dispergační činidlo (činidlo 2) : Byke Chemical. Výše uvedené suroviny jsou průmyslové jakosti. PVC podšívka: Changshu Ruihua.
Hlavní vybavení a nástroje
Vysokorychlostní mixér typu Sdf-400, elektronické váhy typu AR3202CN, hliníková forma (10 cm × 10 cm × 1 cm, 10 cm × 10 cm × 5 cm), elektrická dmychadla typu 101-4AB, elektronický univerzální napínací stroj typu KJ-1065, super termostat typu 501A.
Příprava základního složení a vzorku
Základní složení polotuhé polyuretanové pěny je uvedeno v tabulce 1.
Příprava zkušebního vzorku pro mechanické vlastnosti: kompozitní polyether (materiál A) byl připraven podle návrhového složení, smíchán s modifikovaným MDI v určitém poměru, míchán vysokorychlostním míchadlem (3000 ot./min.) po dobu 3–5 s, poté nalit do odpovídající formy pro napěnění a po určité době otevření formy získán polotuhý polyuretanový pěnový odlitek.
Příprava vzorku pro zkoušku lepení: vrstva PVC potahu se umístí do spodní formy a kombinovaný polyether a modifikovaný MDI se smísí v poměru, míchá se vysokorychlostním míchadlem (3 000 ot./min.) po dobu 3–5 s, poté se nalije na povrch potahu a forma se uzavře a polyuretanová pěna s potahem se během určité doby vyformuje.
Test výkonu
Mechanické vlastnosti: 40% CLD (tvrdost v tlaku) dle normy ISO-3386; Pevnost v tahu a prodloužení při přetržení se testují dle normy ISO-1798; Pevnost v tahu se testuje dle normy ISO-8067. Lepení: Elektronický univerzální napínací stroj se používá k odlupování potahu a pěnění o 180° dle normy výrobce originálního vybavení (OEM).
Stárnutí: Otestujte ztrátu mechanických vlastností a adhezních vlastností po 24 hodinách stárnutí při 120 °C dle standardní teploty výrobce originálního vybavení (OEM).
Výsledky a diskuse
Mechanické vlastnosti
Změnou poměru polyetherpolyolu A a polymerpolyolu B v základním složení byl zkoumán vliv různého dávkování polyetheru na mechanické vlastnosti polotuhé polyuretanové pěny, jak je uvedeno v tabulce 2.
Z výsledků v tabulce 2 je patrné, že poměr polyetherpolyolu A k polymerpolyolu B má významný vliv na mechanické vlastnosti polyuretanové pěny. Se zvyšujícím se poměrem polyetherpolyolu A k polymerpolyolu B se zvyšuje prodloužení při přetržení, tvrdost v tlaku se do určité míry snižuje a pevnost v tahu a pevnost v tahu se mění jen málo. Molekulární řetězec polyuretanu se skládá převážně z měkkého a tvrdého segmentu, měkký segment z polyolu a tvrdý segment z karbamátové vazby. Na jedné straně se liší relativní molekulová hmotnost a hydroxylové číslo obou polyolů, na druhé straně je polymerpolyol B polyetherpolyol modifikovaný akrylonitrilem a styrenem a tuhost řetězce se zlepšuje díky existenci benzenového kruhu, zatímco polymerpolyol B obsahuje látky s nízkou molekulovou hmotností, což zvyšuje křehkost pěny. Pokud je polyetherpolyol A 80 dílů a polymerpolyol B 10 dílů, komplexní mechanické vlastnosti pěny jsou lepší.
Kauce nemovitosti
Jako produkt s vysokou frekvencí stlačování, madlo výrazně snižuje pohodlí součástí, pokud se pěna a potah odlupují, takže je nutná lepící schopnost polyuretanové pěny a potahu. Na základě výše uvedeného výzkumu byly přidány různé smáčecí dispergační látky pro testování adhezních vlastností pěny a potahu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.
Z tabulky 3 je patrné, že různé smáčecí dispergační látky mají zjevný vliv na sílu odlupování mezi pěnou a povrchem: K rozpadu pěny dochází po použití přísady 2, což může být způsobeno nadměrným otevřením pěny po přidání přísady 2; Po použití přísad 1 a 3 se odlupovací pevnost slepého vzorku poněkud zvýší a odlupovací pevnost přísady 1 je asi o 17 % vyšší než u slepého vzorku a odlupovací pevnost přísady 3 je asi o 25 % vyšší než u slepého vzorku. Rozdíl mezi přísadou 1 a přísadou 3 je způsoben především rozdílem ve smáčivosti kompozitního materiálu na povrchu. Obecně platí, že pro vyhodnocení smáčivosti kapaliny na pevné látce je kontaktní úhel důležitým parametrem pro měření smáčivosti povrchu. Proto byl testován kontaktní úhel mezi kompozitním materiálem a povrchem po přidání výše uvedených dvou smáčecích dispergačních látek a výsledky jsou uvedeny na obrázku 1.
Z obrázku 1 je patrné, že kontaktní úhel slepého vzorku je největší, a to 27°, a kontaktní úhel pomocné látky 3 je nejmenší, a to pouze 12°. To ukazuje, že použití přísady 3 může ve větší míře zlepšit smáčivost kompozitního materiálu a pokožky a je snazší jej rozprostřít po povrchu pokožky, takže použití přísady 3 má největší odlupovací sílu.
Stárnoucí nemovitost
Madla jsou v kabině lisována, frekvence vystavení slunečnímu záření je vysoká a stárnutí je další důležitou vlastností, kterou je třeba u polyuretanové polotuhé pěny pro madla zvážit. Proto byla testována stárnutí základního složení a provedena studie zlepšení, jejíž výsledky jsou uvedeny v tabulce 4.
Porovnáním dat v tabulce 4 lze zjistit, že mechanické vlastnosti a vazebné vlastnosti základního složení se po tepelném stárnutí při 120 °C výrazně snížily: po 12hodinovém stárnutí je ztráta různých vlastností kromě hustoty (viz níže) 13 % až 16 %; ztráta výkonu po 24hodinovém stárnutí je 23 % až 26 %. Ukazuje se, že tepelné stárnutí základního složení není dobré a tepelné stárnutí původního složení lze zjevně zlepšit přidáním antioxidantu třídy A do složení. Za stejných experimentálních podmínek po přidání antioxidantu A byla ztráta různých vlastností po 12 hodinách 7 % až 8 % a ztráta různých vlastností po 24 hodinách 13 % až 16 %. Pokles mechanických vlastností je způsoben především řadou řetězových reakcí spuštěných přerušením chemických vazeb a aktivními volnými radikály během procesu tepelného stárnutí, což vede k zásadním změnám ve struktuře nebo vlastnostech původní látky. Na jedné straně je pokles adhezních vlastností způsoben poklesem mechanických vlastností samotné pěny, na druhé straně proto, že PVC povrch obsahuje velké množství změkčovadel, která během procesu tepelného stárnutí kyslíkem migrují na povrch. Přidání antioxidantů může zlepšit jeho vlastnosti tepelného stárnutí, zejména proto, že antioxidanty mohou eliminovat nově vzniklé volné radikály, zpomalit nebo inhibovat oxidační proces polymeru a zachovat tak původní vlastnosti polymeru.
Komplexní výkon
Na základě výše uvedených výsledků byla navržena optimální receptura a byly vyhodnoceny její různé vlastnosti. Výkonnost receptury byla porovnána s výkonností běžné polyuretanové pěny pro madla s vysokou odrazivostí. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 5.
Jak je patrné z tabulky 5, optimální polotuhá polyuretanová pěna má oproti základním a obecným recepturám určité výhody, je praktičtější a vhodnější pro použití ve vysoce výkonných zábradlích.
Závěr
Úpravou množství polyetheru a výběrem vhodného smáčecího disperzního činidla a antioxidantu lze dosáhnout dobrých mechanických vlastností polotuhé polyuretanové pěny, vynikající odolnosti proti tepelnému stárnutí atd. Díky vynikajícímu výkonu pěny lze tento vysoce výkonný polyuretanový polotuhý pěnový produkt použít na automobilové nárazníkové materiály, jako jsou madla a přístrojové desky.
Čas zveřejnění: 25. července 2024