Chuẩn bị và đặc tính của bọt bán cứng polyurethane cho tay vịn ô tô hiệu suất cao.
Tay vịn bên trong xe là một bộ phận quan trọng của cabin, đóng vai trò đẩy và kéo cửa, đồng thời đặt tay của người ngồi trong xe. Trong trường hợp khẩn cấp, khi xe va chạm với tay vịn, tay vịn mềm polyurethane và nhựa PP biến tính (polypropylene), ABS (polyacrylonitrile - butadiene - styrene) và các loại nhựa cứng khác có thể mang lại độ đàn hồi và đệm tốt, từ đó giảm thiểu chấn thương. Tay vịn bằng mút mềm polyurethane có thể mang lại cảm giác cầm nắm tốt và kết cấu bề mặt đẹp mắt, từ đó nâng cao sự thoải mái và tính thẩm mỹ của khoang lái. Do đó, với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và nhu cầu về vật liệu nội thất ngày càng được cải thiện, những ưu điểm của mút mềm polyurethane trong tay vịn ô tô ngày càng trở nên rõ ràng hơn.
Có ba loại tay vịn mềm polyurethane: bọt đàn hồi cao, bọt tự đóng vảy và bọt bán cứng. Bề mặt ngoài của tay vịn đàn hồi cao được phủ bằng da PVC (polyvinyl clorua), và bên trong là bọt đàn hồi cao polyurethane. Khả năng hỗ trợ của bọt tương đối yếu, độ bền tương đối thấp và độ bám dính giữa bọt và da tương đối không đủ. Tay vịn tự đóng vảy có lớp lõi bọt bằng da, giá thành thấp, độ tích hợp cao và được sử dụng rộng rãi trong các loại xe thương mại, nhưng khó có thể tính đến độ bền của bề mặt và sự thoải mái tổng thể. Tay vịn bán cứng được phủ bằng da PVC, da mang lại cảm giác chạm và vẻ ngoài tốt, và bọt bán cứng bên trong có cảm giác tuyệt vời, khả năng chống va đập, hấp thụ năng lượng và chống lão hóa, vì vậy nó ngày càng được sử dụng rộng rãi trong việc sử dụng nội thất xe du lịch.
Trong bài báo này, công thức cơ bản của bọt bán cứng polyurethane dùng cho tay vịn ô tô được thiết kế và nghiên cứu cải tiến trên cơ sở đó.
Phần thử nghiệm
Nguyên liệu chính
Polyether polyol A (chỉ số hydroxyl 30 ~ 40 mg/g), polymer polyol B (chỉ số hydroxyl 25 ~ 30 mg/g): Công ty TNHH Tập đoàn Hóa chất Wanhua. MDI biến tính [diphenylmethane diisocyanate, w (NCO) là 25% ~ 30%], chất xúc tác tổng hợp, chất phân tán ướt (Tác nhân 3), chất chống oxy hóa A: Công ty TNHH Hóa chất Wanhua (Bắc Kinh), Maitou, v.v.; Chất phân tán ướt (Tác nhân 1), chất phân tán ướt (Tác nhân 2): Byke Chemical. Các nguyên liệu thô trên đều đạt tiêu chuẩn công nghiệp. Lớp lót PVC: Changshu Ruihua.
Thiết bị và dụng cụ chính
Máy trộn tốc độ cao loại Sdf-400, cân điện tử loại AR3202CN, khuôn nhôm (10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), lò thổi điện loại 101-4AB, máy căng đai điện tử vạn năng loại KJ-1065, bộ điều nhiệt siêu loại 501A.
Chuẩn bị công thức cơ bản và mẫu
Công thức cơ bản của bọt polyurethane bán cứng được thể hiện trong Bảng 1.
Chuẩn bị mẫu thử tính chất cơ học: polyether tổng hợp (vật liệu A) được chuẩn bị theo công thức thiết kế, trộn với MDI đã biến tính theo tỷ lệ nhất định, khuấy bằng thiết bị khuấy tốc độ cao (3000 vòng/phút) trong 3~5 giây, sau đó đổ vào khuôn tương ứng để tạo bọt và mở khuôn trong thời gian nhất định để thu được mẫu đúc bọt polyurethane bán cứng.
Chuẩn bị mẫu để thử nghiệm hiệu suất liên kết: một lớp da PVC được đặt vào khuôn dưới của khuôn, sau đó trộn polyether kết hợp và MDI đã biến tính theo tỷ lệ, khuấy bằng thiết bị khuấy tốc độ cao (3 000 vòng/phút) trong 3 ~ 5 giây, sau đó đổ vào bề mặt da, đóng khuôn và tạo hình bọt polyurethane có da trong một khoảng thời gian nhất định.
Kiểm tra hiệu suất
Tính chất cơ học: Độ cứng nén 40% CLD theo tiêu chuẩn thử nghiệm ISO-3386; Độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt theo tiêu chuẩn ISO-1798; Độ bền xé theo tiêu chuẩn ISO-8067. Hiệu suất liên kết: Máy kéo căng vạn năng điện tử được sử dụng để bóc vỏ và tạo bọt 180° theo tiêu chuẩn của OEM.
Hiệu suất lão hóa: Kiểm tra sự mất đi các tính chất cơ học và tính chất liên kết sau 24 giờ lão hóa ở nhiệt độ 120℃ theo nhiệt độ tiêu chuẩn của OEM.
Kết quả và thảo luận
Tính chất cơ học
Bằng cách thay đổi tỷ lệ polyether polyol A và polyme polyol B trong công thức cơ bản, ảnh hưởng của liều lượng polyether khác nhau đến các tính chất cơ học của bọt polyurethane bán cứng đã được khám phá, như thể hiện trong Bảng 2.
Từ kết quả ở Bảng 2, có thể thấy tỷ lệ polyether polyol A so với polyme polyol B có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của bọt polyurethane. Khi tỷ lệ polyether polyol A so với polyme polyol B tăng, độ giãn dài khi đứt tăng, độ cứng nén giảm đến một mức độ nhất định, độ bền kéo và độ bền xé thay đổi ít. Chuỗi phân tử của polyurethane chủ yếu bao gồm đoạn mềm và đoạn cứng, đoạn mềm từ polyol và đoạn cứng từ liên kết cacbamat. Một mặt, trọng lượng phân tử tương đối và giá trị hydroxyl của hai polyol khác nhau, mặt khác, polyme polyol B là polyether polyol được biến tính bởi acrylonitrile và styrene, và độ cứng của đoạn mạch được cải thiện do sự tồn tại của vòng benzen, trong khi polyme polyol B chứa các chất phân tử nhỏ, làm tăng độ giòn của bọt. Khi polyether polyol A là 80 phần và polyme polyol B là 10 phần, tính chất cơ học toàn diện của bọt tốt hơn.
Tính chất liên kết
Là sản phẩm có tần suất ép cao, tay vịn sẽ làm giảm đáng kể độ thoải mái của các bộ phận nếu lớp bọt và da bị bong tróc, do đó cần phải có khả năng liên kết giữa bọt polyurethane và da. Dựa trên nghiên cứu trên, các chất phân tán ướt khác nhau đã được bổ sung để kiểm tra tính chất bám dính của bọt và da. Kết quả được thể hiện trong Bảng 3.
Có thể thấy từ Bảng 3 rằng các chất phân tán làm ướt khác nhau có tác động rõ ràng đến lực bóc tách giữa bọt và da: Bọt bị xẹp sau khi sử dụng chất phụ gia 2, có thể do bọt mở quá mức sau khi thêm chất phụ gia 2; Sau khi sử dụng chất phụ gia 1 và 3, cường độ tách lớp của mẫu trắng tăng lên nhất định, cường độ tách lớp của chất phụ gia 1 cao hơn khoảng 17% so với mẫu trắng, và cường độ tách lớp của chất phụ gia 3 cao hơn khoảng 25% so với mẫu trắng. Sự khác biệt giữa chất phụ gia 1 và chất phụ gia 3 chủ yếu là do sự khác biệt về khả năng thấm ướt của vật liệu composite trên bề mặt. Nhìn chung, để đánh giá khả năng thấm ướt của chất lỏng trên chất rắn, Góc tiếp xúc là một thông số quan trọng để đo khả năng thấm ướt bề mặt. Do đó, Góc tiếp xúc giữa vật liệu composite và da sau khi thêm hai chất phân tán làm ướt trên đã được thử nghiệm và kết quả được thể hiện trong Hình 1.
Từ Hình 1, có thể thấy góc tiếp xúc của mẫu trắng là lớn nhất, 27°, và góc tiếp xúc của chất phụ trợ 3 là nhỏ nhất, chỉ 12°. Điều này cho thấy việc sử dụng phụ gia 3 có thể cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt của vật liệu composite và da, đồng thời dễ dàng dàn trải trên bề mặt da, do đó việc sử dụng phụ gia 3 có lực bóc tách lớn nhất.
Tài sản lão hóa
Sản phẩm tay vịn được ép trong xe, tần suất tiếp xúc với ánh sáng mặt trời cao, và hiệu suất lão hóa là một tính năng quan trọng khác mà bọt tay vịn bán cứng polyurethane cần phải xem xét. Do đó, hiệu suất lão hóa của công thức cơ bản đã được thử nghiệm và nghiên cứu cải tiến, kết quả được thể hiện trong Bảng 4.
Khi so sánh dữ liệu trong Bảng 4, có thể thấy rằng các tính chất cơ học và tính chất liên kết của công thức cơ bản giảm đáng kể sau khi lão hóa nhiệt ở 120℃: sau khi lão hóa trong 12 giờ, sự mất mát của nhiều tính chất ngoại trừ mật độ (giống như bên dưới) là 13% ~ 16%; Sự mất hiệu suất của lão hóa 24 giờ là 23% ~ 26%. Điều này chỉ ra rằng tính chất lão hóa nhiệt của công thức cơ bản không tốt và tính chất lão hóa nhiệt của công thức ban đầu có thể được cải thiện rõ ràng bằng cách thêm chất chống oxy hóa A loại A vào công thức. Trong cùng điều kiện thử nghiệm sau khi thêm chất chống oxy hóa A, sự mất mát của nhiều tính chất sau 12 giờ là 7% ~ 8% và sự mất mát của nhiều tính chất sau 24 giờ là 13% ~ 16%. Sự giảm sút các tính chất cơ học chủ yếu là do một loạt các phản ứng dây chuyền được kích hoạt bởi sự phá vỡ liên kết hóa học và các gốc tự do hoạt động trong quá trình lão hóa nhiệt, dẫn đến những thay đổi cơ bản trong cấu trúc hoặc tính chất của chất ban đầu. Một mặt, hiệu suất liên kết giảm là do tính chất cơ học của bản thân bọt bị suy giảm, mặt khác, do lớp vỏ PVC chứa một lượng lớn chất hóa dẻo, và chất hóa dẻo này sẽ di chuyển lên bề mặt trong quá trình lão hóa oxy nhiệt. Việc bổ sung chất chống oxy hóa có thể cải thiện tính chất lão hóa nhiệt của nó, chủ yếu là do chất chống oxy hóa có thể loại bỏ các gốc tự do mới sinh ra, làm chậm hoặc ức chế quá trình oxy hóa của polyme, từ đó duy trì các tính chất ban đầu của polyme.
Hiệu suất toàn diện
Dựa trên các kết quả trên, công thức tối ưu đã được thiết kế và các tính chất khác nhau của nó đã được đánh giá. Hiệu suất của công thức này đã được so sánh với hiệu suất của bọt lan can polyurethane độ đàn hồi cao nói chung. Kết quả được thể hiện trong Bảng 5.
Như có thể thấy từ Bảng 5, hiệu suất của công thức bọt polyurethane bán cứng tối ưu có một số ưu điểm nhất định so với các công thức cơ bản và chung, đồng thời thực tế hơn và phù hợp hơn cho việc ứng dụng lan can hiệu suất cao.
Phần kết luận
Việc điều chỉnh lượng polyether và lựa chọn chất phân tán ướt và chất chống oxy hóa đạt tiêu chuẩn có thể mang lại cho bọt polyurethane bán cứng những tính chất cơ học tốt, khả năng lão hóa nhiệt tuyệt vời, v.v. Nhờ hiệu suất vượt trội của bọt, sản phẩm bọt polyurethane bán cứng hiệu suất cao này có thể được ứng dụng cho các vật liệu đệm ô tô như tay vịn và bàn dụng cụ.
Thời gian đăng: 25-07-2024