Korkean suorituskyvyn omaavien autojen kaiteiden polyuretaanipuolijäykän vaahdon valmistus ja ominaisuudet.
Auton sisätiloissa oleva käsinoja on tärkeä osa ohjaamoa, ja se toimii oven työntämisenä ja vetämisenä sekä henkilön käden sijoittamisena autoon. Hätätilanteessa, kun auto ja kaite törmäävät, polyuretaanista valmistettu pehmeä kaide sekä modifioitu PP (polypropeeni), ABS (polyakryylinitriili-butadieeni-styreeni) ja muut kovamuoviset kaidemateriaalit tarjoavat hyvän joustavuuden ja puskurin, mikä vähentää vammoja. Polyuretaanista valmistetut pehmeävaahtomuovikaiteet tarjoavat hyvän kätevyystuntuman ja kauniin pintarakenteen, mikä parantaa ohjaamon mukavuutta ja kauneutta. Siksi autoteollisuuden kehittyessä ja ihmisten sisustusmateriaalien vaatimusten parantuessa polyuretaanista valmistetun pehmeävaahdon edut autojen kaiteissa ovat yhä ilmeisempiä.
Pehmeitä polyuretaanista valmistettuja käsijohteita on kolmenlaisia: erittäin kimmoisa vaahto, itsekuorrutettu vaahto ja puolijäykkä vaahto. Erittäin kimmoisien käsijohteiden ulkopinta on päällystetty PVC:llä (polyvinyylikloridi) ja sisäpuoli on erittäin kimmoisaa polyuretaanista valmistettua vaahtoa. Vaahtomuovin tuki on suhteellisen heikko, lujuus on suhteellisen alhainen ja vaahtomuovin ja pinnan välinen tarttuvuus on suhteellisen riittämätön. Itsekuorisessa käsijohteessa on vaahtomuovinen ydinkerros, se on edullinen ja integroituu hyvin. Sitä käytetään laajalti hyötyajoneuvoissa, mutta pinnan lujuuden ja yleisen mukavuuden huomioon ottaminen on vaikeaa. Puolijäykkä käsinoja on päällystetty PVC-kalvolla, joka tarjoaa hyvän tuntuman ja ulkonäön, ja sisäpuolella oleva puolijäykkä vaahto on erinomaisen tuntuinen, iskunkestävyys, energian imeytyminen ja ikääntymisen kestävyys, joten sitä käytetään yhä laajemmin henkilöautojen sisätiloissa.
Tässä artikkelissa suunnitellaan autojen kaiteisiin käytettävän polyuretaanipuolijäykän vaahdon peruskaava ja tutkitaan sen parantamista tämän perusteella.
Kokeellinen osio
Pääraaka-aine
Polyeetteripolyoli A (hydroksyyliluku 30 ~ 40 mg/g), polymeeripolyoli B (hydroksyyliluku 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. Modifioitu MDI [difenyylimetaanidi-isosyanaatti, w(NCO) on 25 % ~ 30 %], komposiittikatalyytti, kostutusdispergointiaine (aine 3), antioksidantti A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou jne.; Kostutusdispergointiaine (aine 1), kostutusdispergointiaine (aine 2): Byke Chemical. Yllä mainitut raaka-aineet ovat teollisuuslaatua. PVC-vuoraus: Changshu Ruihua.
Tärkeimmät laitteet ja instrumentit
Sdf-400-tyyppinen suurnopeussekoitin, AR3202CN-tyyppinen elektroninen vaaka, alumiinimuotti (10cm × 10cm × 1cm, 10cm × 10cm × 5cm), 101-4AB-tyyppinen sähköinen puhallinuuni, KJ-1065-tyyppinen elektroninen yleiskiristyskone, 501A-tyyppinen supertermostaatti.
Peruskaavan ja näytteen valmistus
Puolijäykän polyuretaanivaahdon peruskoostumus on esitetty taulukossa 1.
Mekaanisten ominaisuuksien testinäytteen valmistus: komposiittipolyeetteri (A-materiaali) valmistettiin suunnittelukaavan mukaisesti, sekoitettiin modifioidun MDI:n kanssa tietyssä suhteessa, sekoitettiin nopealla sekoituslaitteella (3000r/min) 3–5 sekunnin ajan, kaadettiin sitten vastaavaan muottiin vaahdottamiseksi ja muotti avattiin tietyn ajan kuluessa puolijäykän polyuretaanivaahdosta valetun näytteen saamiseksi.
Näytteen valmistelu liimautumiskykytestiä varten: PVC-kalvokerros asetetaan muotin alempaan muottiin, ja yhdistetty polyeetteri ja modifioitu MDI sekoitetaan suhteessa toisiinsa, sekoitetaan nopealla sekoittimella (3 000 r/min) 3–5 sekunnin ajan, kaadetaan sitten kalvon pinnalle, muotti suljetaan ja polyuretaanivaahto kalvon kanssa muovataan tietyn ajan kuluessa.
Suorituskykytesti
Mekaaniset ominaisuudet: 40 % CLD (puristuskovuus) ISO-3386-standardin mukaisesti; Vetolujuus ja murtovenymä testataan ISO-1798-standardin mukaisesti; Repäisylujuus testataan ISO-8067-standardin mukaisesti. Liimausominaisuudet: Elektronista yleiskiristyskonetta käytetään kuorimaan iho ja vaahto 180° OEM-valmistajan standardin mukaisesti.
Vanhenemisominaisuudet: Testaa mekaanisten ominaisuuksien ja sidosominaisuuksien menetys 24 tunnin vanhentamisen jälkeen 120 ℃:ssa OEM-valmistajan standardilämpötilan mukaisesti.
Tulokset ja keskustelu
Mekaaninen ominaisuus
Muuttamalla polyeetteripolyoli A:n ja polymeeripolyoli B:n suhdetta peruskaavassa tutkittiin eri polyeetteriannosten vaikutusta puolijäykän polyuretaanivaahdon mekaanisiin ominaisuuksiin, kuten taulukossa 2 on esitetty.
Taulukon 2 tuloksista voidaan nähdä, että polyeetteripolyoli A:n ja polymeeripolyoli B:n suhteella on merkittävä vaikutus polyuretaanivaahdon mekaanisiin ominaisuuksiin. Kun polyeetteripolyoli A:n ja polymeeripolyoli B:n suhde kasvaa, murtovenymä kasvaa, puristuskovuus pienenee jonkin verran, ja vetolujuus ja repäisylujuus muuttuvat vain vähän. Polyuretaanin molekyyliketju koostuu pääasiassa pehmeästä ja kovasta segmentistä, polyolin pehmeästä segmentistä ja karbamaattisidoksen kovasta segmentistä. Toisaalta näiden kahden polyolin suhteellinen molekyylipaino ja hydroksyyliarvo ovat erilaiset, kun taas polymeeripolyoli B on akrylonitriilillä ja styreenillä modifioitu polyeetteripolyoli, ja ketjusegmentin jäykkyys paranee bentseenirenkaan ansiosta, kun taas polymeeripolyoli B sisältää pienimolekyylisiä aineita, mikä lisää vaahdon haurautta. Kun polyeetteripolyoli A:ta on 80 osaa ja polymeeripolyoli B:tä 10 osaa, vaahdon kokonaisvaltaiset mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat.
Sitova omaisuus
Koska käsijohde on tuote, jota puristetaan usein, se heikentää merkittävästi osien mukavuutta, jos vaahto ja pintakerros irtoavat, joten polyuretaanivaahdon ja pintakerroksen tarttuvuus on tärkeää. Edellä mainitun tutkimuksen perusteella lisättiin erilaisia kostutusaineita vaahdon ja pintakerroksen tarttuvuusominaisuuksien testaamiseksi. Tulokset on esitetty taulukossa 3.
Taulukosta 3 voidaan nähdä, että erilaisilla kostutusdispersioaineilla on selviä vaikutuksia vaahdon ja ihon väliseen kuorintavoimaan: Vaahdon luhistuminen tapahtuu lisäaineen 2 käytön jälkeen, mikä voi johtua vaahdon liiallisesta avautumisesta lisäaineen 2 lisäämisen jälkeen; Lisäaineiden 1 ja 3 käytön jälkeen nollanäytteen irrotuslujuus kasvaa jonkin verran, ja lisäaineen 1 irrotuslujuus on noin 17 % korkeampi kuin nollanäytteen ja lisäaineen 3 irrotuslujuus on noin 25 % korkeampi kuin nollanäytteen. Lisäaineiden 1 ja 3 välinen ero johtuu pääasiassa komposiittimateriaalin kostuvuuden eroista pinnalla. Yleisesti ottaen nesteen kostuvuuden arvioimiseksi kiinteällä aineella kosketuskulma on tärkeä parametri pinnan kostuvuuden mittaamiseksi. Siksi testattiin komposiittimateriaalin ja ihon välistä kosketuskulmaa edellä mainittujen kahden kostutusdispersioaineen lisäämisen jälkeen, ja tulokset on esitetty kuvassa 1.
Kuvasta 1 voidaan nähdä, että nollanäytteen kosketuskulma on suurin, 27°, ja apuaineen 3 kosketuskulma on pienin, vain 12°. Tämä osoittaa, että lisäaineen 3 käyttö voi parantaa komposiittimateriaalin ja ihon kostuvuutta enemmän ja sitä on helpompi levittää ihon pinnalle, joten lisäaineen 3 käytöllä on suurin kuorintavoima.
Ikääntyvä kiinteistö
Kaidetuotteet prässätään autossa, auringonvalolle altistuminen on yleistä, ja ikääntymiskestävyys on toinen tärkeä ominaisuus, joka polyuretaanista valmistetun puolijäykän kaidevaahdon on otettava huomioon. Siksi peruskaavan ikääntymiskestävyys testattiin ja suoritettiin parannustutkimus, ja tulokset on esitetty taulukossa 4.
Taulukon 4 tietoja vertailemalla voidaan havaita, että peruskoostumuksen mekaaniset ominaisuudet ja sidosominaisuudet heikkenevät merkittävästi 120 °C:ssa tapahtuvan lämpövanhennuksen jälkeen: 12 tunnin vanhennuksen jälkeen useiden ominaisuuksien menetys tiheyttä (sama alla) lukuun ottamatta on 13–16 %; 24 tunnin vanhennuksen suorituskykyhäviö on 23–26 %. Tämä osoittaa, että peruskoostumuksen lämpövanhenemisominaisuus ei ole hyvä, ja alkuperäisen koostumuksen lämpövanhenemisominaisuutta voidaan selvästi parantaa lisäämällä koostumukseen A-luokan antioksidantti A:ta. Samoissa koeolosuhteissa antioksidantti A:n lisäämisen jälkeen useiden ominaisuuksien menetys 12 tunnin kuluttua oli 7–8 % ja 24 tunnin kuluttua 13–16 %. Mekaanisten ominaisuuksien heikkeneminen johtuu pääasiassa ketjureaktioista, joita kemiallisten sidosten katkeaminen ja aktiiviset vapaat radikaalit laukaisevat lämpövanhenemisprosessin aikana, mikä johtaa perustavanlaatuisiin muutoksiin alkuperäisen aineen rakenteessa tai ominaisuuksissa. Toisaalta liimautumiskyvyn heikkeneminen johtuu itse vaahdon mekaanisten ominaisuuksien heikkenemisestä, ja toisaalta PVC-kuori sisältää suuren määrän pehmittimiä, jotka siirtyvät pintaan lämpöhappivanhenemisen aikana. Antioksidanttien lisääminen voi parantaa sen lämpövanhenemisominaisuuksia, pääasiassa siksi, että antioksidantit voivat poistaa uusia vapaita radikaaleja, hidastaa tai estää polymeerin hapettumisprosessia ja säilyttää siten polymeerin alkuperäiset ominaisuudet.
Kattava suorituskyky
Yllä olevien tulosten perusteella suunniteltiin optimaalinen koostumus ja arvioitiin sen eri ominaisuuksia. Koostumuksen suorituskykyä verrattiin yleisen polyuretaanista valmistetun, korkean kimmoisuuden omaavan kaidevaahdon suorituskykyyn. Tulokset on esitetty taulukossa 5.
Kuten taulukosta 5 voidaan nähdä, optimaalisen puolijäykän polyuretaanivaahtokaavan suorituskyvyllä on tiettyjä etuja perus- ja yleisiin kaavoihin verrattuna, ja se on käytännöllisempi ja soveltuu paremmin korkean suorituskyvyn kaiteiden käyttöön.
Johtopäätös
Polyeetterin määrän säätäminen ja pätevien kostutusdispergointiaineiden ja antioksidanttien valitseminen voivat antaa puolijäykälle polyuretaanivaahdolle hyvät mekaaniset ominaisuudet, erinomaiset lämmönkestävät ominaisuudet ja niin edelleen. Vaahdon erinomaisen suorituskyvyn ansiosta tätä korkean suorituskyvyn omaavaa puolijäykkää polyuretaanivaahtotuotetta voidaan käyttää autojen puskurimateriaaleissa, kuten kaiteissa ja instrumenttipöydissä.
Julkaisuaika: 25.7.2024