Príprava a vlastnosti polyuretánovej polotuhej peny pre vysokovýkonné automobilové zábradlia.

Lakťová opierka v interiéri vozidla je dôležitou súčasťou kabíny, ktorá zohráva úlohu tlačenia a ťahania dverí a umiestnenia ruky osoby v aute. V prípade núdze, keď sa vozidlo zrazí so zábradlím, mäkké polyuretánové zábradlie a modifikovaný PP (polypropylén), ABS (polyakrylonitril-butadién-styrén) a iné tvrdé plastové zábradlia dokážu poskytnúť dobrú elasticitu a tlmenie nárazov, čím sa zníži riziko zranenia. Zábradlia z mäkkej polyuretánovej peny dokážu poskytnúť dobrý pocit v ruke a krásnu povrchovú textúru, čím sa zlepšuje pohodlie a krása kokpitu. Preto s rozvojom automobilového priemyslu a zvyšujúcimi sa požiadavkami ľudí na interiérové materiály sa výhody mäkkej polyuretánovej peny v automobilových zábradliach stávajú čoraz zrejmejšími.

Existujú tri druhy mäkkých polyuretánových zábradlí: vysoko pružná pena, samoošetrujúca pena a polotuhá pena. Vonkajší povrch vysoko pružného zábradlia je pokrytý PVC (polyvinylchloridovým) povrchom a vnútorný povrch je z polyuretánovej vysoko pružnej peny. Podpora peny je relatívne slabá, pevnosť je relatívne nízka a priľnavosť medzi penou a povrchom je relatívne nedostatočná. Samoošetrujúce zábradlie má penové jadro s povrchom, je lacné, má vysoký stupeň integrácie a je široko používané v úžitkových vozidlách, ale je ťažké zohľadniť pevnosť povrchu a celkové pohodlie. Polotuhá lakťová opierka je potiahnutá PVC povrchom, povrch poskytuje dobrý dotyk a vzhľad a vnútorná polotuhá pena má vynikajúci pocit, odolnosť voči nárazom, absorpciu energie a odolnosť voči starnutiu, takže sa čoraz viac používa v interiéri osobných automobilov.

V tomto článku je navrhnutý základný vzorec polyuretánovej polotuhej peny pre automobilové zábradlia a na tomto základe je študované jeho vylepšenie.

Experimentálna časť

Hlavná surovina

Polyéterpolyol A (hydroxylové číslo 30 ~ 40 mg/g), polymérpolyol B (hydroxylové číslo 25 ~ 30 mg/g) : Wanhua Chemical Group Co., LTD. Modifikovaný MDI [difenylmetándiizokyanát, w (NCO) je 25 % ~ 30 %], kompozitný katalyzátor, zmáčacie dispergačné činidlo (činidlo 3), antioxidant A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou atď.; Zmáčacie dispergačné činidlo (činidlo 1), zmáčacie dispergačné činidlo (činidlo 2) : Byke Chemical. Vyššie uvedené suroviny sú priemyselnej kvality. PVC podšívka: Changshu Ruihua.

Hlavné vybavenie a nástroje

Vysokorýchlostný mixér typu Sdf-400, elektronické váhy typu AR3202CN, hliníková forma (10 cm × 10 cm × 1 cm, 10 cm × 10 cm × 5 cm), elektrická dúchadlá typu 101-4AB, elektronický univerzálny napínací stroj typu KJ-1065, super termostat typu 501A.

Príprava základného zloženia a vzorky

Základné zloženie polotuhej polyuretánovej peny je uvedené v tabuľke 1.

Príprava skúšobnej vzorky na mechanické vlastnosti: kompozitný polyéter (materiál A) bol pripravený podľa návrhového zloženia, zmiešaný s modifikovaným MDI v určitom pomere, miešaný vysokorýchlostným miešadlom (3000 ot./min.) počas 3 až 5 sekúnd, potom naliaty do príslušnej formy na penenie a otvorený v určitom čase, aby sa získala polotuhá polyuretánová pena vyformovaná vzorka.

Príprava vzorky na skúšku spojovacích vlastností: vrstva PVC povlaku sa umiestni do spodnej časti formy a kombinovaný polyéter a modifikovaný MDI sa zmiešajú v príslušnom pomere, miešajú sa vysokorýchlostným miešadlom (3 000 ot./min.) počas 3 až 5 sekúnd, potom sa nalejú na povrch povlaku a forma sa uzavrú a polyuretánová pena s povlakom sa vyformujú v priebehu určitého času.

Test výkonu

Mechanické vlastnosti: 40 % CLD (tvrdosť v tlaku) podľa normy ISO-3386; Pevnosť v ťahu a predĺženie pri pretrhnutí sa testujú podľa normy ISO-1798; Pevnosť v roztrhnutí sa testuje podľa normy ISO-8067. Spôsob spájania: Na odlupovanie povlaku a peny o 180° sa používa elektronický univerzálny napínací stroj podľa normy výrobcu originálneho vybavenia.

Účinnosť pri starnutí: Otestujte stratu mechanických vlastností a spojovacích vlastností po 24 hodinách starnutia pri 120 ℃ podľa štandardnej teploty výrobcu originálneho zariadenia (OEM).

Výsledky a diskusia

Mechanické vlastnosti

Zmenou pomeru polyéterpolyolu A a polymérpolyolu B v základnom zložení sa skúmal vplyv rôzneho dávkovania polyéteru na mechanické vlastnosti polotuhej polyuretánovej peny, ako je uvedené v tabuľke 2.

Z výsledkov v tabuľke 2 je zrejmé, že pomer polyéterpolyolu A k polymérpolyolu B má významný vplyv na mechanické vlastnosti polyuretánovej peny. Keď sa pomer polyéterpolyolu A k polymérpolyolu B zvýši, predĺženie pri pretrhnutí sa zvýši, tvrdosť v tlaku sa do určitej miery zníži a pevnosť v ťahu a pevnosť v roztrhnutí sa zmenia len málo. Molekulárny reťazec polyuretánu pozostáva prevažne z mäkkého a tvrdého segmentu, mäkkého segmentu z polyolu a tvrdého segmentu z karbamátovej väzby. Na jednej strane sa relatívna molekulová hmotnosť a hydroxylové číslo týchto dvoch polyolov líšia, na druhej strane polymérpolyol B je polyéterpolyol modifikovaný akrylonitrilom a styrénom a tuhosť reťazca sa zlepšuje vďaka existencii benzénového kruhu, zatiaľ čo polymérpolyol B obsahuje látky s nízkou molekulovou hmotnosťou, čo zvyšuje krehkosť peny. Keď je polyéterpolyol A 80 dielov a polymérpolyol B 10 dielov, komplexné mechanické vlastnosti peny sú lepšie.

Kaucia nehnuteľnosti

Keďže zábradlie je produkt s vysokou frekvenciou stlačenia, výrazne zníži pohodlie častí, ak sa pena a poťah odlepia, preto je potrebná lepšia spojovacia schopnosť polyuretánovej peny a poťahu. Na základe vyššie uvedeného výskumu boli pridané rôzne zmáčacie dispergačné činidlá na testovanie adhéznych vlastností peny a poťahu. Výsledky sú uvedené v tabuľke 3.

Z tabuľky 3 je zrejmé, že rôzne zmáčacie dispergačné činidlá majú zjavný vplyv na silu odlupovania medzi penou a povlakom: K kolapsu peny dochádza po použití prísady 2, čo môže byť spôsobené nadmerným otvorením peny po pridaní prísady 2; Po použití prísad 1 a 3 sa pevnosť v odlupovaní slepej vzorky mierne zvýši a pevnosť v odlupovaní prísady 1 je približne o 17 % vyššia ako u slepej vzorky a pevnosť v odlupovaní prísady 3 je približne o 25 % vyššia ako u slepej vzorky. Rozdiel medzi prísadou 1 a prísadou 3 je spôsobený hlavne rozdielom v zmáčateľnosti kompozitného materiálu na povrchu. Vo všeobecnosti je kontaktný uhol dôležitým parametrom na meranie zmáčateľnosti povrchu na vyhodnotenie zmáčateľnosti kvapaliny na pevnej látke. Preto bol testovaný kontaktný uhol medzi kompozitným materiálom a povlakom po pridaní vyššie uvedených dvoch zmáčacích dispergačných činidiel a výsledky sú znázornené na obrázku 1.

Z obrázku 1 je vidieť, že kontaktný uhol slepej vzorky je najväčší, a to 27°, a kontaktný uhol pomocnej látky 3 je najmenší, a to iba 12°. To ukazuje, že použitie prísady 3 môže vo väčšej miere zlepšiť zmáčateľnosť kompozitného materiálu a pokožky a ľahšie sa rozotiera po povrchu pokožky, takže použitie prísady 3 má najväčšiu odlupovaciu silu.

Starnúca nehnuteľnosť

Zábradlia sa lisujú v kabíne, frekvencia vystavenia slnečnému žiareniu je vysoká a starnutie je ďalšou dôležitou vlastnosťou, ktorú musí polyuretánová polotuhá pena zábradlia zvážiť. Preto sa testovala starnutie základného zloženia a vykonala sa štúdia zlepšenia, ktorej výsledky sú uvedené v tabuľke 4.

Porovnaním údajov v tabuľke 4 je možné zistiť, že mechanické vlastnosti a spojovacie vlastnosti základného zloženia sa po tepelnom starnutí pri 120 ℃ výrazne znížili: po 12 hodinách starnutia je strata rôznych vlastností okrem hustoty (rovnaké ako nižšie) 13 % až 16 %; strata výkonu po 24 hodinách starnutia je 23 % až 26 %. Ukazuje sa, že tepelné starnutie základného zloženia nie je dobré a tepelné starnutie pôvodného zloženia sa dá zjavne zlepšiť pridaním antioxidantu triedy A do zloženia. Za rovnakých experimentálnych podmienok po pridaní antioxidantu A bola strata rôznych vlastností po 12 hodinách 7 % až 8 % a strata rôznych vlastností po 24 hodinách bola 13 % až 16 %. Zníženie mechanických vlastností je spôsobené najmä sériou reťazových reakcií spustených chemickým rozpadom väzieb a aktívnymi voľnými radikálmi počas procesu tepelného starnutia, čo vedie k zásadným zmenám v štruktúre alebo vlastnostiach pôvodnej látky. Na jednej strane je pokles spojovacích vlastností spôsobený poklesom mechanických vlastností samotnej peny, na druhej strane preto, že PVC povrch obsahuje veľké množstvo zmäkčovadiel a zmäkčovadlo migruje na povrch počas procesu tepelného starnutia kyslíkom. Pridanie antioxidantov môže zlepšiť jeho vlastnosti tepelného starnutia, najmä preto, že antioxidanty môžu eliminovať novovzniknuté voľné radikály, oddialiť alebo inhibovať oxidačný proces polyméru, aby sa zachovali pôvodné vlastnosti polyméru.

Komplexný výkon

Na základe vyššie uvedených výsledkov bola navrhnutá optimálna receptúra a boli vyhodnotené jej rôzne vlastnosti. Výkonnosť receptúry bola porovnaná s výkonnosťou bežnej polyuretánovej peny zábradlia s vysokým odrazom. Výsledky sú uvedené v tabuľke 5.

Ako je zrejmé z tabuľky 5, výkon optimálnej polotuhej polyuretánovej peny má oproti základným a všeobecným receptúram určité výhody, je praktickejšia a vhodnejšia na použitie vo vysoko výkonných zábradliach.

Záver

Úpravou množstva polyéteru a výberom kvalifikovaného zmáčacieho dispergačného činidla a antioxidantu môže polotuhá polyuretánová pena dosiahnuť dobré mechanické vlastnosti, vynikajúce vlastnosti voči tepelnému starnutiu atď. Vďaka vynikajúcemu výkonu peny je možné tento vysokoúčinný polyuretánový polotuhý penový produkt použiť na automobilové nárazníkové materiály, ako sú zábradlia a prístrojové stolíky.

Čas uverejnenia: 25. júla 2024