Bereiding en eigenschappen van semi-rigide polyurethaanschuim voor hoogwaardige autoleuningen.
De armleuning in het interieur van een auto is een belangrijk onderdeel van de cabine. Deze dient om de deur te openen en te sluiten en om de arm van de inzittende te ondersteunen. In geval van nood, bijvoorbeeld bij een botsing tussen de auto en de armleuning, bieden armleuningen van zacht polyurethaanschuim, gemodificeerd PP (polypropyleen), ABS (polyacrylonitril-butadieen-styreen) en andere harde kunststoffen een goede elasticiteit en demping, waardoor letsel wordt beperkt. Armleuningen van zacht polyurethaanschuim voelen prettig aan en hebben een mooie afwerking, wat het comfort en de esthetiek van de cockpit ten goede komt. Met de ontwikkeling van de auto-industrie en de toenemende eisen van mensen aan interieurmaterialen, worden de voordelen van zacht polyurethaanschuim voor auto-armleuningen steeds duidelijker.
Er zijn drie soorten zachte polyurethaan handrails: handrails van zeer veerkrachtig schuim, handrails van zelfvormend schuim en handrails van halfstijf schuim. De buitenkant van handrails van zeer veerkrachtig schuim is bekleed met een PVC-laag (polyvinylchloride), terwijl de binnenkant bestaat uit zeer veerkrachtig polyurethaanschuim. De ondersteuning van het schuim is relatief zwak, de sterkte is relatief laag en de hechting tussen het schuim en de laag is relatief onvoldoende. Handrails van zelfvormend schuim hebben een kernlaag van schuim, zijn goedkoop, hebben een hoge mate van integratie en worden veel gebruikt in bedrijfswagens, maar het is lastig om rekening te houden met de sterkte van het oppervlak en het algehele comfort. Handrails van halfstijf schuim zijn bekleed met een PVC-laag. Deze laag voelt prettig aan en ziet er goed uit, terwijl het halfstijf schuim aan de binnenkant een uitstekend gevoel, slagvastheid, energieabsorptie en verouderingsbestendigheid biedt. Daarom worden ze steeds vaker gebruikt in het interieur van personenauto's.
In dit artikel wordt de basisformule van een halfstijf polyurethaanschuim voor autoleuningen ontworpen en wordt op basis daarvan een onderzoek naar mogelijke verbeteringen uitgevoerd.
Experimenteel gedeelte
Belangrijkste grondstof
Polyetherpolyol A (hydroxylwaarde 30 ~ 40 mg/g), polymeerpolyol B (hydroxylwaarde 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. Gemodificeerd MDI [difenylmethaandiisocyanaat, w (NCO) is 25%~30%], composietkatalysator, bevochtigingsmiddel (Agent 3), antioxidant A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou, etc.; Bevochtigingsmiddel (Agent 1), bevochtigingsmiddel (Agent 2): Byke Chemical. Bovengenoemde grondstoffen zijn van industriële kwaliteit. PVC-voering: Changshu Ruihua.
Belangrijkste apparatuur en instrumenten
Hogesnelheidsmixer type Sdf-400, elektronische weegschaal type AR3202CN, aluminium mallen (10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), elektrische heteluchtoven type 101-4AB, elektronische universele spanmachine type KJ-1065, superthermostaat type 501A.
Bereiding van de basisformule en het monster
De basisformulering van halfstijf polyurethaanschuim wordt weergegeven in tabel 1.
Voorbereiding van het testmonster voor de mechanische eigenschappen: het composietpolyether (materiaal A) werd bereid volgens de ontwerpformule, gemengd met het gemodificeerde MDI in een bepaalde verhouding, geroerd met een hogesnelheidsroerder (3000 tpm) gedurende 3-5 seconden, vervolgens in de bijbehorende mal gegoten om te schuimen, en de mal binnen een bepaalde tijd geopend om het halfstijve polyurethaanschuimmonster te verkrijgen.
Voorbereiding van het monster voor de hechtingsprestatietest: een laag PVC-folie wordt in de onderste matrijs van de mal geplaatst, waarna de gecombineerde polyether en gemodificeerde MDI in de juiste verhouding worden gemengd en gedurende 3-5 seconden geroerd met een hogesnelheidsroerder (3000 tpm). Vervolgens wordt het mengsel op het PVC-folie gegoten, de mal gesloten en het polyurethaanschuim met het PVC-folie wordt binnen een bepaalde tijd gevormd.
Prestatietest
Mechanische eigenschappen: 40% CLD (drukhardheid) volgens de ISO-3386-norm; treksterkte en rek bij breuk getest volgens de ISO-1798-norm; scheursterkte getest volgens de ISO-8067-norm. Hechtprestaties: De elektronische universele spanmachine wordt gebruikt om de huid en het schuim 180° te scheiden volgens de OEM-norm.
Verouderingsprestaties: Test het verlies aan mechanische eigenschappen en hechteigenschappen na 24 uur veroudering bij 120℃ volgens de standaardtemperatuur van een OEM.
Resultaten en discussie
Mechanische eigenschappen
Door de verhouding van polyetherpolyol A en polymeerpolyol B in de basisformule te wijzigen, werd de invloed van verschillende polyetherdoseringen op de mechanische eigenschappen van halfstijf polyurethaanschuim onderzocht, zoals weergegeven in tabel 2.
Uit de resultaten in Tabel 2 blijkt dat de verhouding tussen polyetherpolyol A en polymeerpolyol B een significant effect heeft op de mechanische eigenschappen van polyurethaanschuim. Naarmate de verhouding tussen polyetherpolyol A en polymeerpolyol B toeneemt, neemt de rek bij breuk toe, neemt de druksterkte tot op zekere hoogte af, terwijl de treksterkte en scheursterkte nauwelijks veranderen. De moleculaire keten van polyurethaan bestaat hoofdzakelijk uit een zacht en een hard segment, waarbij het zachte segment afkomstig is van de polyolgroep en het harde segment van de carbamaatbinding. Enerzijds verschillen het relatieve molecuulgewicht en de hydroxylwaarde van de twee polyolen, anderzijds is polymeerpolyol B een polyetherpolyol gemodificeerd met acrylonitril en styreen, waardoor de stijfheid van de ketensegmenten verbetert door de aanwezigheid van een benzeenring. Polymeerpolyol B bevat echter ook kleine moleculaire deeltjes, wat de broosheid van het schuim vergroot. Bij een verhouding van 80 delen polyetherpolyol A en 10 delen polymeerpolyol B zijn de algehele mechanische eigenschappen van het schuim beter.
Bindende eigenschap
Omdat de leuning een product is dat vaak onder druk staat, zal het comfort aanzienlijk afnemen als het schuim en de bekleding loslaten. Daarom is een goede hechting tussen het polyurethaanschuim en de bekleding essentieel. Op basis van bovenstaand onderzoek zijn verschillende bevochtigingsmiddelen toegevoegd om de hechtingseigenschappen van het schuim en de bekleding te testen. De resultaten zijn weergegeven in tabel 3.
Uit tabel 3 blijkt dat verschillende bevochtigingsmiddelen een duidelijk effect hebben op de afpelkracht tussen het schuim en de huid: Schuimverzakking treedt op na gebruik van additief 2, wat mogelijk wordt veroorzaakt door overmatige opening van het schuim na toevoeging van additief 2; Na gebruik van additieven 1 en 3 neemt de afpelkracht van het blanco monster enigszins toe. De afpelkracht met additief 1 is ongeveer 17% hoger dan die van het blanco monster, en met additief 3 is deze ongeveer 25% hoger. Het verschil tussen additief 1 en additief 3 wordt voornamelijk veroorzaakt door het verschil in bevochtigbaarheid van het composietmateriaal aan het oppervlak. Over het algemeen is de contacthoek een belangrijke parameter om de bevochtigbaarheid van een vloeistof op een vaste stof te beoordelen. Daarom werd de contacthoek tussen het composietmateriaal en de huid na toevoeging van de twee bovengenoemde bevochtigingsmiddelen gemeten, en de resultaten zijn weergegeven in figuur 1.
Uit figuur 1 blijkt dat de contacthoek van het blanco monster het grootst is, namelijk 27°, en de contacthoek van hulpstof 3 het kleinst, slechts 12°. Dit toont aan dat het gebruik van additief 3 de bevochtigbaarheid van het composietmateriaal en de huid aanzienlijk verbetert, waardoor het gemakkelijker over het huidoppervlak verspreidt en additief 3 de grootste afpelkracht heeft.
Verouderd pand
Leuningproducten worden in auto's blootgesteld aan hoge temperaturen en zonlicht, waardoor de verouderingseigenschappen een belangrijke factor zijn bij de productie van halfstijve polyurethaan leuningschuim. Daarom werden de verouderingseigenschappen van de basisformule getest en werd een verbeteringsstudie uitgevoerd. De resultaten hiervan zijn weergegeven in tabel 4.
Door de gegevens in Tabel 4 te vergelijken, blijkt dat de mechanische eigenschappen en bindingseigenschappen van de basisformule aanzienlijk afnemen na thermische veroudering bij 120 °C: na 12 uur veroudering bedraagt het verlies van diverse eigenschappen, met uitzondering van de dichtheid (zie hieronder), 13% tot 16%; het prestatieverlies na 24 uur veroudering is 23% tot 26%. Dit wijst erop dat de thermische verouderingseigenschappen van de basisformule niet goed zijn en dat deze eigenschappen aanzienlijk verbeterd kunnen worden door toevoeging van antioxidant A. Onder dezelfde experimentele omstandigheden bedroeg het verlies van diverse eigenschappen na 12 uur na toevoeging van antioxidant A 7% tot 8%, en na 24 uur 13% tot 16%. De afname van de mechanische eigenschappen is voornamelijk te wijten aan een reeks kettingreacties die worden veroorzaakt door het breken van chemische bindingen en actieve vrije radicalen tijdens het thermische verouderingsproces, wat resulteert in fundamentele veranderingen in de structuur of eigenschappen van de oorspronkelijke stof. Enerzijds is de afname van de hechtsterkte te wijten aan de afname van de mechanische eigenschappen van het schuim zelf, anderzijds bevat de PVC-huid een grote hoeveelheid weekmakers die tijdens het thermische verouderingsproces naar het oppervlak migreren. De toevoeging van antioxidanten kan de thermische verouderingseigenschappen verbeteren, voornamelijk omdat antioxidanten nieuw gevormde vrije radicalen kunnen neutraliseren, het oxidatieproces van het polymeer kunnen vertragen of remmen, en zo de oorspronkelijke eigenschappen van het polymeer behouden.
Uitgebreide prestaties
Op basis van bovenstaande resultaten is de optimale formule ontworpen en zijn de verschillende eigenschappen ervan geëvalueerd. De prestaties van de formule zijn vergeleken met die van algemeen polyurethaanschuim met hoge terugvering voor leuningen. De resultaten zijn weergegeven in tabel 5.
Zoals blijkt uit tabel 5, heeft de optimale formule voor halfstijf polyurethaanschuim bepaalde voordelen ten opzichte van de basis- en algemene formules. Deze formule is praktischer en beter geschikt voor de toepassing in hoogwaardige leuningen.
Conclusie
Door de hoeveelheid polyether aan te passen en een geschikt bevochtigingsmiddel en antioxidant te selecteren, kan het halfstijve polyurethaanschuim goede mechanische eigenschappen, uitstekende hittebestendigheid en dergelijke verkrijgen. Dankzij de uitstekende prestaties van het schuim kan dit hoogwaardige halfstijve polyurethaanschuim worden toegepast in auto-onderdelen zoals handrails en instrumentenpanelen.
Geplaatst op: 25 juli 2024