Preparação e características da espuma semirrígida 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 apoiar o braço do ocupante. Em caso de emergência, como a colisão entre o carro e o apoio de braço, o apoio de braço em poliuretano macio e os apoios de braço em plástico rígido modificado, como PP (polipropileno) ou ABS (poliacrilonitrila-butadieno-estireno), oferecem boa elasticidade e amortecimento, reduzindo assim as lesões. Os apoios de braço em espuma de poliuretano macia proporcionam uma sensação agradável ao toque e uma textura de superfície bonita, melhorando o conforto e a estética da cabine. Portanto, com o desenvolvimento da indústria automotiva e o aumento das exigências dos consumidores em relação aos materiais de interiores, as vantagens da espuma de poliuretano macia em apoios de braço automotivos tornam-se cada vez mais evidentes.
Existem três tipos de corrimãos macios de poliuretano: espuma de alta resiliência, espuma auto-revestida e espuma semirrígida. A superfície externa dos corrimãos de alta resiliência é revestida com PVC (policloreto de vinila), e o interior é composto 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 o revestimento é relativamente insuficiente. O corrimão auto-revestido possui uma camada de espuma no núcleo, é de baixo custo, tem alto grau de integração e é amplamente utilizado em veículos comerciais, mas apresenta desafios quanto à resistência da superfície e ao conforto geral. O apoio de braço semirrígido é revestido com PVC, que proporciona bom toque e aparência, e a espuma semirrígida interna oferece excelente sensação ao toque, resistência a impactos, absorção de energia e resistência ao envelhecimento, sendo, portanto, cada vez mais utilizado em interiores de automóveis de passageiros.
Neste artigo, é apresentada a fórmula básica da espuma semirrígida de poliuretano para corrimãos de automóveis, e seu aprimoramento é estudado com base nessa fórmula.
Seção experimental
Matéria-prima principal
Poliéter poliol A (índice de hidroxila 30 ~ 40 mg/g), polímero poliol 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 (Beijing) Co., LTD., Maitou, etc.; Dispersante umectante (Agente 1), dispersante umectante (Agente 2): Byke Chemical. As matérias-primas acima são de grau 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 com ventilador tipo 101-4AB, tensionador universal eletrônico tipo KJ-1065, super termostato tipo 501A.
Preparação da fórmula básica e da amostra
A formulação básica da espuma de poliuretano semirrígida é mostrada na Tabela 1.
Preparação da amostra para o teste de propriedades mecânicas: o poliéter compósito (material A) foi preparado de acordo com a fórmula de projeto, misturado com o MDI modificado em uma determinada proporção, agitado com um dispositivo de agitação de alta velocidade (3000 rpm) por 3 a 5 segundos, em seguida, vertido no molde correspondente para formar espuma e o molde foi aberto dentro de um determinado período de tempo para obter a amostra moldada de espuma de poliuretano semirrígida.
Preparação da amostra para o teste de desempenho de adesão: uma camada de revestimento de PVC é colocada na matriz inferior do molde, e o poliéter combinado com MDI modificado é misturado em proporções adequadas, agitado por um dispositivo de agitação de alta velocidade (3.000 rpm) por 3 a 5 segundos, em seguida, vertido sobre a superfície do revestimento, o molde é fechado e a espuma de poliuretano com o revestimento é moldada dentro de um determinado tempo.
Teste de desempenho
Propriedades mecânicas: Dureza à compressão de 40% CLD, de acordo com o teste padrão ISO-3386; resistência à tração e alongamento na ruptura, testados de acordo com a norma ISO-1798; resistência ao rasgo, testada de acordo com a norma ISO-8067. Desempenho de colagem: A máquina de tensão universal eletrônica é usada para remover a película protetora e a espuma em 180°, de acordo com o padrão do fabricante original (OEM).
Desempenho de envelhecimento: Teste a perda de propriedades mecânicas e de adesão após 24 horas de envelhecimento a 120°C, de acordo com a temperatura padrão de um fabricante de equipamento original (OEM).
Resultados e discussão
Propriedades mecânicas
Ao alterar a proporção de poliéter poliol A e polímero poliol B na fórmula básica, explorou-se a influência de diferentes dosagens de poliéter nas propriedades mecânicas da espuma de poliuretano semirrígida, conforme mostrado na Tabela 2.
Os resultados apresentados na Tabela 2 mostram que a proporção entre o poliéter poliol A e o polímero poliol B tem um efeito significativo nas propriedades mecânicas da espuma de poliuretano. Com o aumento dessa proporção, o alongamento na ruptura aumenta, a dureza à compressão diminui em certa medida e a resistência à tração e ao rasgo sofrem poucas alterações. A cadeia molecular do poliuretano é composta principalmente por segmentos flexíveis e rígidos, sendo os segmentos flexíveis provenientes do poliol e os rígidos da ligação carbamato. Por um lado, os dois polióis apresentam pesos moleculares relativos e índices de hidroxila diferentes. Por outro lado, o polímero poliol B é um poliéter poliol modificado com acrilonitrila e estireno, cuja rigidez é aumentada pela presença do anel benzênico. Por outro lado, o polímero poliol B contém substâncias de baixa massa molecular, o que aumenta a fragilidade da espuma. Quando o poliéter poliol A representa 80 partes e o polímero poliol B representa 10 partes, as propriedades mecânicas gerais da espuma são melhores.
Propriedade de ligação
Por se tratar de um produto com alta frequência de pressão, o corrimão pode apresentar significativa redução no conforto dos usuários caso a espuma e o revestimento se desprendam. Portanto, a aderência entre a espuma de poliuretano e o revestimento é fundamental. Com base nessa pesquisa, diferentes agentes umectantes foram adicionados para testar as propriedades de adesão entre a espuma e o revestimento. Os resultados são apresentados na Tabela 3.
Como pode ser observado na Tabela 3, diferentes dispersantes de molhabilidade têm efeitos notáveis na força de descolamento 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 ao descolamento da amostra sem aditivos apresenta um certo aumento, sendo a resistência ao descolamento com o aditivo 1 cerca de 17% maior do que a da amostra sem aditivos, e a resistência ao descolamento com o aditivo 3 cerca de 25% maior do que a da amostra sem aditivos. A diferença entre os aditivos 1 e 3 é causada principalmente pela diferença na molhabilidade do material compósito na superfície. Em geral, para avaliar a molhabilidade de um líquido em um 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 de molhabilidade foi testado, e os resultados são mostrados na Figura 1.
Como pode ser observado na Figura 1, o ângulo de contato da amostra sem aditivos é o maior, de 27°, enquanto o ângulo de contato da amostra com o aditivo 3 é o menor, de apenas 12°. Isso demonstra que o uso do aditivo 3 melhora significativamente a molhabilidade do material compósito e da pele, facilitando sua aplicação na superfície cutânea. Consequentemente, o aditivo 3 apresenta a maior força de descamação.
Imóvel antigo
Os produtos para corrimãos são prensados dentro do carro, a frequência de exposição à luz solar é alta, e o desempenho ao envelhecimento é outro aspecto importante que a espuma semirrígida de poliuretano para corrimãos deve considerar. Portanto, o desempenho ao envelhecimento da fórmula básica foi testado e um estudo de melhoria foi realizado, cujos resultados são apresentados na Tabela 4.
Comparando os dados da Tabela 4, observa-se que as propriedades mecânicas e de adesão da fórmula básica diminuem significativamente após o envelhecimento térmico a 120 °C: após 12 horas de envelhecimento, a perda de diversas propriedades, exceto a densidade (ver abaixo), varia de 13% a 16%; a perda de desempenho após 24 horas de envelhecimento é de 23% a 26%. Isso indica que a resistência ao envelhecimento térmico da fórmula básica não é boa, e que essa resistência pode ser significativamente melhorada com a adição de um antioxidante da classe A. Sob as mesmas condições experimentais, após a adição do antioxidante A, a perda de diversas propriedades após 12 horas foi de 7% a 8%, e após 24 horas, de 13% a 16%. A diminuição das propriedades mecânicas deve-se 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 alterações fundamentais na estrutura ou nas propriedades da substância original. Por um lado, a diminuição no desempenho da adesão deve-se à deterioração das propriedades mecânicas da própria espuma; por outro lado, ao fato de a camada de PVC conter uma grande quantidade de plastificantes, que migram para a superfície durante o processo de envelhecimento térmico por oxidação. A adição de antioxidantes pode melhorar suas propriedades de envelhecimento térmico, principalmente porque os antioxidantes eliminam os radicais livres recém-gerados, retardando ou inibindo o processo de oxidação do polímero, preservando assim suas propriedades originais.
Desempenho abrangente
Com base nos resultados acima, a fórmula ideal foi desenvolvida e suas diversas propriedades foram avaliadas. O desempenho da fórmula foi comparado ao da espuma de poliuretano de alta resiliência utilizada em corrimãos. Os resultados são apresentados na Tabela 5.
Como pode ser observado na Tabela 5, o desempenho da fórmula otimizada de espuma de poliuretano semirrígida apresenta certas vantagens em relação às fórmulas básicas e gerais, sendo mais prática e adequada para a aplicação em corrimãos de alto desempenho.
Conclusão
Ajustando a quantidade de poliéter e selecionando um dispersante umectante e um antioxidante adequados, a espuma de poliuretano semirrígida pode obter boas propriedades mecânicas, excelente resistência ao envelhecimento térmico, entre outras. Graças ao excelente desempenho da espuma, este produto de poliuretano semirrígido de alto desempenho pode ser aplicado em materiais de amortecimento automotivo, como corrimãos e painéis de instrumentos.
Data da publicação: 25 de julho de 2024