Preparação e características de espuma semi-rígida de poliuretano para corrimãos automotivos de alto desempenho.
O apoio de braço no interior do carro é uma parte importante da cabine, desempenhando a função de empurrar e puxar a porta e posicionar o braço da pessoa dentro do carro. Em caso de emergência, quando o carro colide com o corrimão, o corrimão macio de poliuretano e PP (polipropileno) modificado, ABS (poliacrilonitrila-butadieno-estireno) e outros plásticos rígidos podem fornecer boa elasticidade e amortecimento, reduzindo assim lesões. Os corrimãos de espuma macia de poliuretano podem proporcionar uma boa sensação nas mãos e uma bela textura de superfície, melhorando assim o conforto e a beleza do cockpit. Portanto, com o desenvolvimento da indústria automotiva e a melhoria das necessidades das pessoas por materiais internos, as vantagens da espuma macia de poliuretano em corrimãos automotivos estão se tornando cada vez mais evidentes.
Existem três tipos de corrimãos macios de poliuretano: espuma de alta resiliência, espuma autoincrustada e espuma semirrígida. A superfície externa dos corrimãos de alta resiliência é revestida com pele de PVC (policloreto de vinila), e o interior é de espuma de poliuretano de alta resiliência. O suporte da espuma é relativamente fraco, a resistência é relativamente baixa e a adesão entre a espuma e a pele é relativamente insuficiente. O corrimão autoincrustado possui uma camada central de espuma de pele, baixo custo, alto grau de integração e é amplamente utilizado em veículos comerciais, mas é difícil levar em consideração a resistência da superfície e o conforto geral. O apoio de braço semirrígido é revestido com pele de PVC, a pele proporciona bom toque e aparência, e a espuma semirrígida interna tem excelente toque, resistência ao impacto, absorção de energia e resistência ao envelhecimento, por isso é cada vez mais utilizado no uso de interiores de automóveis de passageiros.
Neste artigo, a fórmula básica da espuma semi-rígida de poliuretano para corrimãos de automóveis é projetada e sua melhoria é estudada com base nisso.
Seção experimental
Matéria-prima principal
Poliol poliéter A (índice de hidroxila 30 ~ 40 mg/g), poliol polimérico B (índice de hidroxila 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI modificado [diisocianato de difenilmetano, w (NCO) é 25%~30%], catalisador composto, dispersante umectante (Agente 3), antioxidante A: Wanhua Chemical (Pequim) Co., LTD., Maitou, etc.; Dispersante umectante (Agente 1), dispersante umectante (Agente 2): Byke Chemical. As matérias-primas acima são de nível industrial. Revestimento de PVC: Changshu Ruihua.
Principais equipamentos e instrumentos
Misturador de alta velocidade tipo Sdf-400, balança eletrônica tipo AR3202CN, molde de alumínio (10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), forno elétrico tipo 101-4AB, máquina de tensão universal eletrônica tipo KJ-1065, super termostato tipo 501A.
Preparação da fórmula básica e amostra
A formulação básica da espuma de poliuretano semi-rígida é mostrada na Tabela 1.
Preparação da amostra de teste de propriedades mecânicas: o poliéter composto (material A) foi preparado de acordo com a fórmula do projeto, misturado com o MDI modificado em uma certa proporção, agitado com um dispositivo de agitação de alta velocidade (3000r/min) por 3~5s, então despejado no molde correspondente à espuma e aberto o molde dentro de um certo tempo para obter a amostra moldada de espuma de poliuretano semi-rígida.
Preparação da amostra para teste de desempenho de colagem: uma camada de pele de PVC é colocada na matriz inferior do molde, e o poliéter combinado e o MDI modificado são misturados na proporção, agitados por um dispositivo de agitação de alta velocidade (3.000 r/min) por 3 a 5 s, depois despejados na superfície da pele, o molde é fechado e a espuma de poliuretano com a pele é moldada dentro de um determinado tempo.
Teste de desempenho
Propriedades mecânicas: 40% CLD (dureza à compressão) de acordo com o teste padrão ISO-3386; Resistência à tração e alongamento na ruptura são testados de acordo com a norma ISO-1798; Resistência ao rasgo é testada de acordo com a norma ISO-8067. Desempenho de colagem: A máquina de tensão universal eletrônica é usada para descascar a pele e a espuma em 180°, de acordo com o padrão de um OEM.
Desempenho de envelhecimento: Teste a perda de propriedades mecânicas e propriedades de ligação após 24 horas de envelhecimento a 120°C, de acordo com a temperatura padrão de um OEM.
Resultados e discussão
Propriedade mecânica
Alterando a proporção de poliol poliéter A e poliol polímero B na fórmula básica, foi explorada a influência de diferentes dosagens de poliéter nas propriedades mecânicas da espuma de poliuretano semirrígida, conforme mostrado na Tabela 2.
Pode-se observar a partir dos resultados da Tabela 2 que a proporção de poliol poliéter A para poliol polimérico B tem um efeito significativo nas propriedades mecânicas da espuma de poliuretano. Quando a proporção de poliol poliéter A para poliol polimérico B aumenta, o alongamento na ruptura aumenta, a dureza compressiva diminui até certo ponto e a resistência à tração e ao rasgo mudam pouco. A cadeia molecular do poliuretano consiste principalmente em segmento macio e segmento duro, segmento macio de poliol e segmento duro de ligação carbamato. Por um lado, o peso molecular relativo e o valor de hidroxila dos dois polióis são diferentes; por outro lado, o poliol polimérico B é um poliol poliéter modificado por acrilonitrila e estireno, e a rigidez do segmento da cadeia é melhorada devido à existência de anel benzênico, enquanto o poliol polimérico B contém pequenas substâncias moleculares, o que aumenta a fragilidade da espuma. Quando o poliol poliéter A é composto por 80 partes e o poliol polímero B é composto por 10 partes, as propriedades mecânicas abrangentes da espuma são melhores.
Propriedade de ligação
Por ser um produto com alta frequência de prensagem, o corrimão reduzirá significativamente o conforto das peças caso a espuma e a pele se desprendam, sendo necessário o desempenho de colagem da espuma de poliuretano e da pele. Com base na pesquisa acima, diferentes dispersantes umectantes foram adicionados para testar as propriedades de adesão da espuma e da pele. Os resultados são apresentados na Tabela 3.
Pode ser visto na Tabela 3 que diferentes dispersantes umectantes têm efeitos óbvios na força de descascamento entre a espuma e a pele: O colapso da espuma ocorre após o uso do aditivo 2, o que pode ser causado pela abertura excessiva da espuma após a adição do aditivo 2; Após o uso dos aditivos 1 e 3, a resistência à remoção da amostra em branco tem um certo aumento, e a resistência à remoção do aditivo 1 é cerca de 17% maior do que a da amostra em branco, e a resistência à remoção do aditivo 3 é cerca de 25% maior do que a da amostra em branco. A diferença entre o aditivo 1 e o aditivo 3 é causada principalmente pela diferença na molhabilidade do material compósito na superfície. Em geral, para avaliar a molhabilidade do líquido no sólido, o ângulo de contato é um parâmetro importante para medir a molhabilidade da superfície. Portanto, o ângulo de contato entre o material compósito e a pele após a adição dos dois dispersantes umectantes acima foi testado, e os resultados são mostrados na Figura 1.
Pode-se observar na Figura 1 que o ângulo de contato da amostra em branco é o maior, de 27°, e o ângulo de contato do agente auxiliar 3 é o menor, de apenas 12°. Isso demonstra que o uso do aditivo 3 pode melhorar a molhabilidade do material compósito e da pele em maior extensão, além de facilitar a aplicação na superfície da pele, resultando em maior força de descamação.
Propriedade envelhecida
Os produtos para corrimãos são prensados no carro, a frequência de exposição à luz solar é alta e o desempenho de envelhecimento é outro aspecto importante que a espuma semirrígida de poliuretano para corrimãos deve considerar. Portanto, o desempenho de envelhecimento da fórmula básica foi testado e o estudo de melhoria foi realizado, e os resultados são apresentados na Tabela 4.
Comparando os dados da Tabela 4, pode-se constatar que as propriedades mecânicas e de ligação da fórmula básica diminuem significativamente após o envelhecimento térmico a 120°C: após 12h de envelhecimento, a perda de várias propriedades, exceto a densidade (a mesma abaixo), é de 13% a 16%; a perda de desempenho após 24h de envelhecimento é de 23% a 26%. É indicado que a propriedade de envelhecimento térmico da fórmula básica não é boa, e a propriedade de envelhecimento térmico da fórmula original pode ser obviamente melhorada pela adição de um antioxidante A de classe A à fórmula. Sob as mesmas condições experimentais, após a adição do antioxidante A, a perda de várias propriedades após 12h foi de 7% a 8%, e a perda de várias propriedades após 24h foi de 13% a 16%. A diminuição das propriedades mecânicas se deve principalmente a uma série de reações em cadeia desencadeadas pela quebra de ligações químicas e radicais livres ativos durante o processo de envelhecimento térmico, resultando em mudanças fundamentais na estrutura ou propriedades da substância original. Por um lado, a redução no desempenho da ligação se deve à redução das propriedades mecânicas da própria espuma; por outro, à grande quantidade de plastificantes presentes na película de PVC, que migra para a superfície durante o processo de envelhecimento térmico por oxigênio. A adição de antioxidantes pode melhorar suas propriedades de envelhecimento térmico, principalmente porque os antioxidantes podem eliminar os radicais livres recém-gerados, retardar ou inibir o processo de oxidação do polímero, preservando assim suas propriedades originais.
Desempenho abrangente
Com base nos resultados acima, a fórmula ideal foi projetada e suas diversas propriedades foram avaliadas. O desempenho da fórmula foi comparado ao da espuma de poliuretano de alto rebote para corrimãos. Os resultados são apresentados na Tabela 5.
Como pode ser visto na Tabela 5, o desempenho da fórmula ideal de espuma de poliuretano semi-rígida tem certas vantagens sobre as fórmulas básicas e gerais, além de ser mais prático e mais adequado para a aplicação de corrimãos de alto desempenho.
Conclusão
Ajustar a quantidade de poliéter e selecionar dispersantes e antioxidantes umectantes qualificados pode conferir à espuma de poliuretano semirrígida boas propriedades mecânicas, excelentes propriedades de envelhecimento por calor, entre outras. Com base no excelente desempenho da espuma, este produto de espuma semirrígida de poliuretano de alto desempenho pode ser aplicado em materiais de proteção automotiva, como corrimãos e mesas de instrumentos.
Data de publicação: 25 de julho de 2024