Preparazione e caratteristiche della schiuma poliuretanica semirigida per corrimano ad alte prestazioni nel settore automobilistico.
Il bracciolo all'interno dell'abitacolo è una parte importante della vettura, in quanto svolge la funzione di azionare le portiere e di appoggiare il braccio del passeggero. In caso di emergenza, ad esempio in seguito a una collisione tra l'auto e il corrimano, i corrimano in poliuretano morbido e in PP (polipropilene) modificato, ABS (poliacrilonitrile-butadiene-stirene) e altre plastiche rigide, offrono una buona elasticità e capacità di assorbimento degli urti, riducendo così il rischio di lesioni. I corrimano in schiuma di poliuretano morbido offrono una piacevole sensazione al tatto e una bella texture superficiale, migliorando il comfort e l'estetica dell'abitacolo. Pertanto, con lo sviluppo dell'industria automobilistica e il miglioramento delle esigenze degli utenti in termini di materiali per gli interni, i vantaggi della schiuma di poliuretano morbido nei corrimano per auto stanno diventando sempre più evidenti.
Esistono tre tipi di corrimano morbidi in poliuretano: in schiuma ad alta resilienza, in schiuma autoadesiva e in schiuma semirigida. La superficie esterna dei corrimano ad alta resilienza è rivestita con un rivestimento in PVC (cloruro di polivinile), mentre 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. I corrimano autoadesivi hanno un nucleo in schiuma rivestito, sono economici, hanno un alto grado di integrazione e sono ampiamente utilizzati nei veicoli commerciali, ma è difficile ottenere un buon compromesso tra resistenza della superficie e comfort generale. I corrimano semirigidi sono rivestiti con un rivestimento in PVC, che offre un buon tocco e un aspetto gradevole, mentre la schiuma semirigida interna ha un'eccellente sensazione al tatto, resistenza agli urti, assorbimento di energia e resistenza all'invecchiamento, quindi sono sempre più utilizzati negli interni delle autovetture.
In questo articolo viene definita la formula base della schiuma poliuretanica semirigida per corrimano automobilistici e, sulla base di questa, se ne studiano i possibili miglioramenti.
Sezione sperimentale
Materia prima principale
Poliolo polieterico A (valore di idrossile 30 ~ 40 mg/g), poliolo polimerico B (valore di idrossile 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI modificato [difenilmetano diisocianato, w (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 elencate sono di grado industriale. Rivestimento in PVC: Changshu Ruihua.
Principali attrezzature e strumenti
Miscelatore ad alta velocità tipo Sdf-400, bilancia elettronica tipo AR3202CN, stampo in alluminio (10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), forno elettrico ventilato tipo 101-4AB, tenditore universale elettronico tipo KJ-1065, super termostato tipo 501A.
Preparazione della formula base e del campione
La formulazione di base della schiuma poliuretanica semirigida è riportata nella Tabella 1.
Preparazione del campione per la prova delle proprietà meccaniche: il composito polieterico (materiale A) è stato preparato secondo la formula di progetto, miscelato con MDI modificato in una certa proporzione, agitato con un agitatore ad alta velocità (3000 giri/min) per 3-5 secondi, quindi versato nello stampo corrispondente per formare 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 di adesione: uno strato di rivestimento in PVC viene posizionato nella parte inferiore dello stampo, il polietero combinato e l'MDI modificato vengono miscelati in proporzione, agitati con un agitatore ad alta velocità (3000 giri/min) per 3-5 secondi, quindi versati sulla superficie del rivestimento, lo stampo viene chiuso e la schiuma di poliuretano con il rivestimento viene modellata entro un certo tempo.
Test delle prestazioni
Proprietà meccaniche: 40% CLD (durezza a compressione) secondo il test standard ISO-3386; resistenza alla trazione e allungamento a rottura testati secondo lo standard ISO-1798; resistenza allo strappo testata secondo lo standard ISO-8067. Prestazioni di incollaggio: la macchina universale elettronica per la trazione viene utilizzata per staccare la pellicola e la schiuma a 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℃ secondo la temperatura standard di un OEM.
Risultati e discussione
Proprietà meccanica
Modificando il rapporto tra il poliolo polieterico A e il poliolo polimerico B nella formula base, è stata studiata l'influenza di diversi dosaggi di polieteri sulle proprietà meccaniche della schiuma poliuretanica semirigida, come mostrato nella Tabella 2.
Come si evince dai risultati riportati nella Tabella 2, il rapporto tra il poliolo polieterico A e il poliolo polimerico B ha un effetto significativo sulle proprietà meccaniche della schiuma di poliuretano. All'aumentare del rapporto tra il poliolo polieterico A e il poliolo polimerico B, l'allungamento a rottura aumenta, la durezza a compressione diminuisce in una certa misura, mentre la resistenza alla trazione e la resistenza allo strappo subiscono variazioni minime. La catena molecolare del poliuretano è costituita principalmente da un segmento morbido e un segmento rigido: il segmento morbido è formato da polioli, mentre il segmento rigido da legami carbammici. Da un lato, il peso molecolare relativo e il valore di idrossile dei due polioli sono differenti; dall'altro, il poliolo polimerico B è un poliolo polieterico modificato con acrilonitrile e stirene, e la rigidità del segmento di catena è migliorata grazie alla presenza dell'anello benzenico. Tuttavia, il poliolo polimerico B contiene sostanze a basso peso molecolare, che aumentano la fragilità della schiuma. Quando il rapporto tra il poliolo polieterico A e il poliolo polimerico B è pari a 80 parti e quello tra il poliolo polimerico B e 10 parti, le proprietà meccaniche complessive della schiuma risultano migliori.
Proprietà di legame
Essendo un prodotto soggetto ad un'elevata frequenza di pressione, il corrimano subirebbe una significativa riduzione del comfort se la schiuma e il rivestimento si distaccassero, pertanto è fondamentale un'ottima adesione tra la schiuma di poliuretano e il rivestimento. Sulla base di questa ricerca, sono stati aggiunti diversi disperdenti bagnanti per testare le proprietà adesive della schiuma e del rivestimento. I risultati sono riportati nella Tabella 3.
Come si può osservare dalla Tabella 3, i diversi disperdenti bagnanti hanno effetti evidenti sulla forza di distacco tra la schiuma e la pelle: il collasso della schiuma si verifica dopo l'uso dell'additivo 2, che potrebbe essere causato da un'eccessiva apertura della schiuma dopo l'aggiunta dell'additivo 2; dopo l'uso degli additivi 1 e 3, la forza di distacco del campione di riferimento presenta un certo aumento, e la forza di distacco con l'additivo 1 è circa il 17% superiore a quella del campione di riferimento, mentre quella con l'additivo 3 è circa il 25% superiore a quella del campione di riferimento. La differenza tra l'additivo 1 e l'additivo 3 è principalmente dovuta alla differenza di 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 della superficie. Pertanto, è stato testato l'angolo di contatto tra il materiale composito e la pelle dopo l'aggiunta dei due disperdenti bagnanti sopra menzionati, e i risultati sono riportati nella Figura 1.
Come si può osservare dalla Figura 1, l'angolo di contatto del campione di controllo è il più ampio, pari a 27°, mentre quello del campione con l'agente ausiliario 3 è il più piccolo, di soli 12°. Ciò dimostra che l'utilizzo dell'additivo 3 migliora significativamente la bagnabilità del materiale composito e della pelle, facilitandone la distribuzione sulla superficie cutanea e garantendo quindi la massima forza di esfoliazione.
proprietà invecchiata
I prodotti per corrimano vengono pressati all'interno dell'auto, la frequenza di esposizione alla luce solare è elevata e la resistenza all'invecchiamento è un altro aspetto importante da considerare per la schiuma poliuretanica semirigida per corrimano. Pertanto, è stata testata la resistenza all'invecchiamento della formula 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 le proprietà di legame della formula base diminuiscono significativamente dopo l'invecchiamento termico a 120℃: dopo 12 ore di invecchiamento, la perdita di varie proprietà, ad eccezione della densità (come indicato di seguito), è del 13%~16%; la perdita di prestazioni dopo 24 ore di invecchiamento è del 23%~26%. Ciò indica che la resistenza all'invecchiamento termico della formula base non è buona e che tale resistenza può essere notevolmente 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, con conseguenti cambiamenti fondamentali nella struttura o nelle proprietà della sostanza originale. Da un lato, il calo delle prestazioni di adesione è dovuto al deterioramento delle proprietà meccaniche della schiuma stessa; dall'altro, il rivestimento in PVC contiene un'elevata quantità di plastificanti, che migrano verso la superficie durante il processo di invecchiamento termico in presenza di ossigeno. L'aggiunta di antiossidanti può migliorare le proprietà di resistenza all'invecchiamento termico, principalmente perché gli antiossidanti sono in grado di eliminare i radicali liberi di nuova formazione, ritardare o inibire il processo di ossidazione del polimero, preservandone così le proprietà originali.
Prestazioni complete
In base ai risultati sopra riportati, è stata progettata 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 comunemente utilizzata per i corrimano. I risultati sono riportati nella Tabella 5.
Come si evince dalla Tabella 5, le prestazioni della formula ottimale di schiuma poliuretanica semirigida presentano alcuni vantaggi rispetto alle formule di base e generiche, risultando più pratiche e più adatte all'applicazione in corrimano ad alte prestazioni.
Conclusione
Regolando la quantità di polieteri e selezionando disperdenti bagnanti e antiossidanti qualificati, è possibile conferire alla schiuma poliuretanica semirigida buone proprietà meccaniche, un'eccellente resistenza all'invecchiamento termico e altro ancora. Grazie alle sue eccellenti prestazioni, questo prodotto in schiuma poliuretanica semirigida ad alte prestazioni può essere impiegato in materiali di rinforzo per autoveicoli, come corrimano e cruscotti.
Data di pubblicazione: 25 luglio 2024