Preparazione e caratteristiche della schiuma semirigida in poliuretano per corrimano ad alte prestazioni per autoveicoli.
Il bracciolo all'interno dell'auto è una parte importante della cabina, che svolge la funzione di spingere e tirare la porta e di appoggiare il braccio della persona a bordo. In caso di emergenza, in caso di collisione tra l'auto e il corrimano, il corrimano in poliuretano morbido e i corrimano in PP (polipropilene) modificato, ABS (poliacrilonitrile-butadiene-stirene) e altri materiali plastici duri possono offrire una buona elasticità e un'ottima ammortizzazione, riducendo così le lesioni. I corrimano in schiuma di poliuretano morbido offrono una piacevole sensazione al tatto e una bella texture superficiale, migliorando così il comfort e l'estetica dell'abitacolo. Pertanto, con lo sviluppo dell'industria automobilistica e il miglioramento delle esigenze dei consumatori in termini di materiali per interni, i vantaggi del poliuretano morbido nei corrimano per auto stanno diventando sempre più evidenti.
Esistono tre tipi di corrimano morbidi in poliuretano: schiuma ad alta resilienza, schiuma autoincrostata e schiuma semirigida. La superficie esterna dei corrimano ad alta resilienza è rivestita con un rivestimento in PVC (cloruro di polivinile) e l'interno è in schiuma poliuretanica ad alta resilienza. Il supporto della schiuma è relativamente debole, la resistenza è relativamente bassa e l'adesione tra la schiuma e il rivestimento è relativamente insufficiente. Il corrimano autoincrostato ha un'anima in schiuma con strato di rivestimento, è economico, ha un elevato grado di integrazione ed è ampiamente utilizzato nei veicoli commerciali, ma è difficile tenere conto della resistenza della superficie e del comfort generale. Il bracciolo semirigido è rivestito con un rivestimento in PVC, il quale offre un buon tocco e un aspetto gradevole, mentre la schiuma semirigida interna offre un'eccellente sensazione al tatto, resistenza agli urti, assorbimento di energia e resistenza all'invecchiamento, caratteristiche che lo rendono sempre più utilizzato negli interni delle autovetture.
In questo articolo viene progettata la formula di base della schiuma semirigida di poliuretano per i corrimano delle automobili e, sulla base di questa, viene studiato il suo miglioramento.
Sezione sperimentale
Materia prima principale
Polietere poliolo A (valore ossidrilico 30 ~ 40 mg/g), polimero poliolo B (valore ossidrilico 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI modificato [difenilmetano diisocianato, p (NCO) è 25%~30%], catalizzatore composito, disperdente bagnante (Agente 3), antiossidante A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou, ecc.; disperdente bagnante (Agente 1), disperdente bagnante (Agente 2): Byke Chemical. Le materie prime sopra indicate sono di grado industriale. Rivestimento esterno in PVC: Changshu Ruihua.
Attrezzatura e strumenti principali
Miscelatore ad alta velocità tipo Sdf-400, bilancia elettronica tipo AR3202CN, stampo in alluminio (10 cm × 10 cm × 1 cm, 10 cm × 10 cm × 5 cm), forno elettrico soffiante tipo 101-4AB, macchina di tensione universale elettronica tipo KJ-1065, super termostato tipo 501A.
Preparazione della formula di base e del campione
La formulazione di base della schiuma poliuretanica semirigida è illustrata nella Tabella 1.
Preparazione del campione di prova delle proprietà meccaniche: il polietere composito (materiale A) è stato preparato secondo la formula di progettazione, miscelato con l'MDI modificato in una certa proporzione, agitato con un dispositivo di agitazione ad alta velocità (3000 giri/min) per 3~5 secondi, quindi versato nello stampo corrispondente per la schiuma e aperto lo stampo entro un certo tempo per ottenere il campione stampato in schiuma di poliuretano semirigida.
Preparazione del campione per il test delle prestazioni di incollaggio: uno strato di pellicola in PVC viene posizionato nella matrice inferiore dello stampo e il polietere combinato e l'MDI modificato vengono miscelati in proporzione, agitati mediante un dispositivo di agitazione ad alta velocità (3.000 giri/min) per 3~5 secondi, quindi versati sulla superficie della pellicola e lo stampo viene chiuso; la schiuma di poliuretano con la pellicola viene stampata entro un certo tempo.
Test delle prestazioni
Proprietà meccaniche: 40% CLD (durezza a compressione) secondo lo standard ISO-3386; Resistenza alla trazione e allungamento a rottura secondo lo standard ISO-1798; Resistenza allo strappo secondo lo standard ISO-8067. Prestazioni di incollaggio: la macchina di tensionamento universale elettronica viene utilizzata per staccare la pelle e la schiuma di 180° secondo lo standard di un OEM.
Prestazioni di invecchiamento: testare la perdita delle proprietà meccaniche e delle proprietà di adesione dopo 24 ore di invecchiamento a 120°C, in base alla temperatura standard di un OEM.
Risultati e discussione
Proprietà meccanica
Modificando il rapporto tra polietere poliolo A e polimero poliolo B nella formula base, è stata esplorata l'influenza del diverso dosaggio di polietere sulle proprietà meccaniche della schiuma di poliuretano semirigida, come mostrato nella Tabella 2.
Dai risultati riportati nella Tabella 2 si evince che il rapporto tra poliolo polietere A e poliolo polimerico B ha un effetto significativo sulle proprietà meccaniche della schiuma poliuretanica. All'aumentare del rapporto tra poliolo polietere A e poliolo polimerico B, l'allungamento a rottura aumenta, la durezza a compressione diminuisce in una certa misura e la resistenza a trazione e la resistenza allo strappo variano di poco. La catena molecolare del poliuretano è costituita principalmente da un segmento morbido e da un segmento duro, il segmento morbido da poliolo e il segmento duro da legame carbammato. Da un lato, il peso molecolare relativo e il numero di ossidrile dei due polioli sono diversi, dall'altro, il poliolo polimerico B è un poliolo polietere modificato con acrilonitrile e stirene, e la rigidità del segmento di catena è migliorata grazie alla presenza dell'anello benzenico, mentre il poliolo polimerico B contiene sostanze a piccola molecola, che aumentano la fragilità della schiuma. Quando il poliolo polietere A è composto da 80 parti e il poliolo polimerico B è composto da 10 parti, le proprietà meccaniche complessive della schiuma sono migliori.
Proprietà legante
Essendo un prodotto ad alta frequenza di pressatura, il corrimano ridurrà significativamente il comfort dei componenti in caso di distacco di schiuma e rivestimento, pertanto è fondamentale valutare le prestazioni di adesione di schiuma poliuretanica e rivestimento. Sulla base dei risultati della ricerca sopracitata, sono stati aggiunti diversi disperdenti bagnanti per testare le proprietà di adesione di schiuma e rivestimento. I risultati sono riportati nella Tabella 3.
Dalla Tabella 3 si può osservare che diversi disperdenti bagnanti hanno evidenti effetti sulla forza di distacco tra la schiuma e la pellicola: il collasso della schiuma si verifica dopo l'uso dell'additivo 2, che può essere causato da un'eccessiva apertura della schiuma dopo l'aggiunta dell'additivo 2; dopo l'uso degli additivi 1 e 3, la resistenza allo strappo del campione grezzo subisce un certo aumento e la resistenza allo strappo dell'additivo 1 è circa il 17% superiore a quella del campione grezzo, mentre la resistenza allo strappo dell'additivo 3 è circa il 25% superiore a quella del campione grezzo. La differenza tra l'additivo 1 e l'additivo 3 è causata principalmente dalla diversa bagnabilità del materiale composito sulla superficie. In generale, per valutare la bagnabilità di un liquido su un solido, l'angolo di contatto è un parametro importante per misurare la bagnabilità superficiale. Pertanto, è stato testato l'angolo di contatto tra il materiale composito e la pellicola dopo l'aggiunta dei due disperdenti bagnanti sopra menzionati e i risultati sono mostrati nella Figura 1.
Dalla Figura 1 si può osservare che l'angolo di contatto del campione grezzo è il massimo, pari a 27°, mentre l'angolo di contatto dell'agente ausiliario 3 è il minimo, pari a soli 12°. Ciò dimostra che l'uso dell'additivo 3 può migliorare notevolmente la bagnabilità del materiale composito e della pellicola, facilitandone la distribuzione sulla superficie della pellicola, e quindi l'uso dell'additivo 3 garantisce la massima forza di peeling.
Proprietà di invecchiamento
I prodotti per corrimano vengono pressati in cabina, la frequenza di esposizione alla luce solare è elevata e la resistenza all'invecchiamento è un altro fattore importante che la schiuma semirigida in poliuretano per corrimano deve considerare. Pertanto, sono state testate le prestazioni di invecchiamento della formula di base ed è stato condotto uno studio di miglioramento, i cui risultati sono riportati nella Tabella 4.
Confrontando i dati nella Tabella 4, si può osservare che le proprietà meccaniche e di legame della formula base diminuiscono significativamente dopo l'invecchiamento termico a 120°C: dopo 12 ore di invecchiamento, la perdita di varie proprietà, eccetto la densità (come di seguito), è del 13%~16%; la perdita di prestazioni dopo 24 ore di invecchiamento è del 23%~26%. Si evince che la resistenza al calore della formula base non è buona e che la resistenza al calore della formula originale può essere ovviamente migliorata aggiungendo alla formula un antiossidante di classe A. Nelle stesse condizioni sperimentali, dopo l'aggiunta dell'antiossidante A, la perdita di varie proprietà dopo 12 ore è stata del 7%~8%, mentre dopo 24 ore è stata del 13%~16%. La diminuzione delle proprietà meccaniche è dovuta principalmente a una serie di reazioni a catena innescate dalla rottura dei legami chimici e dai radicali liberi attivi durante il processo di invecchiamento termico, che determinano cambiamenti fondamentali nella struttura o nelle proprietà della sostanza originale. Da un lato, il calo delle prestazioni di adesione è dovuto al calo delle proprietà meccaniche della schiuma stessa, dall'altro, perché la pellicola in PVC contiene un gran numero di plastificanti, che migrano in superficie durante il processo di invecchiamento termico dovuto all'ossigeno. L'aggiunta di antiossidanti può migliorarne le proprietà di invecchiamento termico, principalmente perché gli antiossidanti possono eliminare i radicali liberi di nuova generazione, ritardare o inibire il processo di ossidazione del polimero, mantenendone così le proprietà originali.
Prestazioni complete
Sulla base dei risultati sopra riportati, è stata sviluppata la formula ottimale e ne sono state valutate le diverse proprietà. Le prestazioni della formula sono state confrontate con quelle della schiuma poliuretanica ad alto rimbalzo per corrimano. I risultati sono riportati nella Tabella 5.
Come si può vedere dalla Tabella 5, le prestazioni della formula ottimale di schiuma poliuretanica semirigida presentano alcuni vantaggi rispetto alle formule di base e generali, sono più pratiche e più adatte all'applicazione di corrimano ad alte prestazioni.
Conclusione
Regolando la quantità di polietere e selezionando un disperdente bagnante e un antiossidante qualificati, la schiuma poliuretanica semirigida può conferire buone proprietà meccaniche, eccellenti proprietà di invecchiamento termico e così via. Grazie alle eccellenti prestazioni della schiuma, questo prodotto in schiuma poliuretanica semirigida ad alte prestazioni può essere applicato a materiali di protezione per autoveicoli, come corrimano e tavoli portastrumenti.
Data di pubblicazione: 25/07/2024