Herstellung und Eigenschaften von halbhartem Polyurethanschaum für Hochleistungs-Automobilhandläufe.
Die Armlehne im Fahrzeuginnenraum ist ein wichtiger Bestandteil der Kabine. Sie dient zum Öffnen und Schließen der Tür und zum Ablegen der Arme der Insassen. Im Notfall, wenn das Fahrzeug mit dem Handlauf kollidiert, bieten weiche Handläufe aus Polyurethan und modifiziertem PP (Polypropylen), ABS (Polyacrylnitril-Butadien-Styrol) und anderen Hartkunststoffen eine gute Elastizität und Dämpfung und reduzieren so Verletzungen. Handläufe aus weichem Polyurethanschaum bieten ein angenehmes Handgefühl und eine schöne Oberflächenstruktur und verbessern so den Komfort und die Ästhetik des Cockpits. Mit der Entwicklung der Automobilindustrie und den steigenden Anforderungen der Menschen an Innenraummaterialien werden die Vorteile von weichem Polyurethanschaum in Fahrzeughandläufen immer deutlicher.
Es gibt drei Arten von weichen Handläufen aus Polyurethan: hochelastischen Schaumstoff, selbstvernetzenden Schaumstoff und halbharten Schaumstoff. Die Außenseite der hochelastischen Handläufe ist mit einer PVC-Haut (Polyvinylchlorid) überzogen, die Innenseite besteht aus hochelastischem Polyurethan-Schaum. Die Stützkraft des Schaums ist relativ schwach, die Festigkeit relativ gering und die Haftung zwischen Schaum und Haut ist relativ unzureichend. Der selbstvernetzte Handlauf besteht aus einer Schaumkernschicht, ist kostengünstig, hat einen hohen Integrationsgrad und wird häufig in Nutzfahrzeugen verwendet, aber die Festigkeit der Oberfläche und der Gesamtkomfort sind schwer zu berücksichtigen. Halbharte Armlehnen sind mit einer PVC-Haut überzogen, die sich gut anfühlt und gut aussieht, und der innere halbharte Schaumstoff fühlt sich hervorragend an, ist stoßfest, absorbiert Energie und ist alterungsbeständig, sodass er immer häufiger im Innenraum von Personenkraftwagen verwendet wird.
In diesem Artikel wird die Grundformel für halbharten Polyurethanschaum für Autohandläufe entworfen und auf dieser Grundlage dessen Verbesserung untersucht.
Experimenteller Teil
Hauptrohstoff
Polyetherpolyol A (Hydroxylzahl 30–40 mg/g), Polymerpolyol B (Hydroxylzahl 25–30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. Modifiziertes MDI [Diphenylmethandiisocyanat, w (NCO) 25–30 %], Verbundkatalysator, Netzmittel (Mittel 3), Antioxidationsmittel A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou usw.; Netzmittel (Mittel 1), Netzmittel (Mittel 2): Byke Chemical. Die oben genannten Rohstoffe haben Industriequalität. PVC-Auskleidung: Changshu Ruihua.
Hauptausrüstung und Instrumente
Hochgeschwindigkeitsmischer vom Typ Sdf-400, elektronische Waage vom Typ AR3202CN, Aluminiumform (10 cm × 10 cm × 1 cm, 10 cm × 10 cm × 5 cm), elektrischer Gebläseofen vom Typ 101-4AB, elektronische Universalspannungsmaschine vom Typ KJ-1065, Superthermostat vom Typ 501A.
Vorbereitung der Grundformel und Probe
Die Grundrezeptur für halbharten Polyurethanschaum ist in Tabelle 1 aufgeführt.
Vorbereitung der Testprobe für mechanische Eigenschaften: Der Verbundpolyether (Material A) wurde gemäß der Entwurfsformel hergestellt, in einem bestimmten Verhältnis mit dem modifizierten MDI gemischt, 3 bis 5 Sekunden lang mit einem Hochgeschwindigkeitsrührgerät (3000 U/min) gerührt, dann zum Aufschäumen in die entsprechende Form gegossen und die Form innerhalb einer bestimmten Zeit geöffnet, um die geformte Probe aus halbstarrem Polyurethanschaum zu erhalten.
Vorbereitung der Probe für den Test der Bindungsleistung: Eine Schicht PVC-Haut wird in die untere Matrize der Form gelegt, der kombinierte Polyether und das modifizierte MDI werden im richtigen Verhältnis gemischt, mit einem Hochgeschwindigkeitsrührgerät (3.000 U/min) 3 bis 5 Sekunden lang gerührt, dann in die Oberfläche der Haut gegossen, die Form geschlossen und der Polyurethanschaum mit der Haut innerhalb einer bestimmten Zeit geformt.
Leistungstest
Mechanische Eigenschaften: 40 % CLD (Druckhärte) gemäß ISO-3386-Standardtest; Zugfestigkeit und Bruchdehnung werden gemäß ISO-1798-Standard geprüft; Reißfestigkeit wird gemäß ISO-8067-Standard geprüft. Klebeleistung: Die elektronische Universalspannmaschine wird verwendet, um Haut und Schaum gemäß dem Standard eines OEM um 180° abzuziehen.
Alterungsverhalten: Testen Sie den Verlust mechanischer Eigenschaften und Bindungseigenschaften nach 24-stündiger Alterung bei 120 °C entsprechend der Standardtemperatur eines OEM.
Ergebnisse und Diskussion
Mechanische Eigenschaften
Durch Änderung des Verhältnisses von Polyetherpolyol A und Polymerpolyol B in der Grundformel wurde der Einfluss unterschiedlicher Polyetherdosierungen auf die mechanischen Eigenschaften von halbstarrem Polyurethanschaum untersucht, wie in Tabelle 2 dargestellt.
Aus den Ergebnissen in Tabelle 2 ist ersichtlich, dass das Verhältnis von Polyetherpolyol A zu Polymerpolyol B einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Polyurethanschaum hat. Wenn das Verhältnis von Polyetherpolyol A zu Polymerpolyol B steigt, erhöht sich die Bruchdehnung, die Druckhärte verringert sich bis zu einem gewissen Grad und die Zugfestigkeit und Reißfestigkeit ändern sich wenig. Die Molekülkette von Polyurethan besteht hauptsächlich aus weichen und harten Segmenten, wobei die weichen Segmente aus Polyol und die harten Segmente aus Carbamatbindungen bestehen. Einerseits sind das relative Molekulargewicht und die Hydroxylzahl der beiden Polyole unterschiedlich, andererseits ist Polymerpolyol B ein mit Acrylnitril und Styrol modifiziertes Polyetherpolyol, und die Steifigkeit der Kettensegmente wird durch das Vorhandensein eines Benzolrings verbessert, während Polymerpolyol B niedermolekulare Substanzen enthält, die die Sprödigkeit des Schaums erhöhen. Wenn 80 Teile Polyetherpolyol A und 10 Teile Polymerpolyol B vorhanden sind, sind die mechanischen Gesamteigenschaften des Schaums besser.
Bindungseigenschaft
Da der Handlauf eine hohe Pressfrequenz benötigt, verringert sich der Komfort erheblich, wenn sich Schaum und Außenhaut ablösen. Daher ist die Haftung von Polyurethanschaum und Außenhaut entscheidend. Basierend auf den oben genannten Untersuchungen wurden verschiedene Benetzungsmittel zugesetzt, um die Hafteigenschaften von Schaum und Außenhaut zu testen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass unterschiedliche Benetzungsdispergiermittel deutliche Auswirkungen auf die Abziehkraft zwischen Schaum und Haut haben: Nach Verwendung von Additiv 2 kollabiert der Schaum, was durch eine übermäßige Öffnung des Schaums nach Zugabe von Additiv 2 verursacht werden kann. Nach Verwendung der Additive 1 und 3 erhöht sich die Abziehkraft der Blindprobe etwas. Die Abziehkraft von Additiv 1 ist etwa 17 % höher als die der Blindprobe, und die Abziehkraft von Additiv 3 ist etwa 25 % höher als die der Blindprobe. Der Unterschied zwischen Additiv 1 und Additiv 3 ist hauptsächlich durch die unterschiedliche Benetzbarkeit der Oberfläche des Verbundmaterials bedingt. Um die Benetzbarkeit von Flüssigkeiten auf Feststoffen zu beurteilen, ist der Kontaktwinkel im Allgemeinen ein wichtiger Parameter zur Messung der Oberflächenbenetzbarkeit. Daher wurde der Kontaktwinkel zwischen dem Verbundmaterial und der Haut nach Zugabe der beiden oben genannten Benetzungsdispergiermittel getestet. Die Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt.
Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass der Kontaktwinkel der Blindprobe mit 27° am größten ist und der Kontaktwinkel des Hilfsmittels 3 mit nur 12° am kleinsten ist. Dies zeigt, dass die Verwendung von Zusatzstoff 3 die Benetzbarkeit des Verbundmaterials und der Haut deutlich verbessern kann und sich leichter auf der Hautoberfläche verteilen lässt. Daher weist die Verwendung von Zusatzstoff 3 die größte Abziehkraft auf.
Alterndes Eigentum
Handlaufprodukte werden im Auto gepresst und sind häufig der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Die Alterungsbeständigkeit ist ein weiteres wichtiges Kriterium bei halbstarrem Polyurethan-Handlaufschaum. Daher wurde die Alterungsbeständigkeit der Grundformel getestet und eine Verbesserungsstudie durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Durch Vergleich der Daten in Tabelle 4 kann festgestellt werden, dass die mechanischen Eigenschaften und Bindungseigenschaften der Basisformel nach thermischer Alterung bei 120 °C deutlich abnehmen: Nach 12-stündiger Alterung beträgt der Verlust verschiedener Eigenschaften außer der Dichte (siehe unten) 13–16 %; der Leistungsverlust nach 24-stündiger Alterung beträgt 23–26 %. Dies weist darauf hin, dass die Basisformel keine guten Wärmealterungseigenschaften aufweist und die Wärmealterungseigenschaften der Originalformel durch Zugabe eines Antioxidans der Klasse A zur Formel deutlich verbessert werden können. Unter denselben experimentellen Bedingungen betrug nach Zugabe des Antioxidans A der Verlust verschiedener Eigenschaften nach 12 Stunden 7–8 % und nach 24 Stunden 13–16 %. Die Abnahme der mechanischen Eigenschaften ist hauptsächlich auf eine Reihe von Kettenreaktionen zurückzuführen, die durch den Bruch chemischer Bindungen und aktive freie Radikale während des thermischen Alterungsprozesses ausgelöst werden und zu grundlegenden Änderungen der Struktur oder der Eigenschaften der Originalsubstanz führen. Die nachlassende Haftung ist einerseits auf die nachlassenden mechanischen Eigenschaften des Schaums selbst zurückzuführen, andererseits auf die große Menge an Weichmachern in der PVC-Außenhaut, die während der thermischen Sauerstoffalterung an die Oberfläche wandern. Die Zugabe von Antioxidantien kann die thermischen Alterungseigenschaften verbessern, da Antioxidantien neu entstehende freie Radikale eliminieren, den Oxidationsprozess des Polymers verzögern oder hemmen und so die ursprünglichen Eigenschaften des Polymers erhalten.
Umfassende Leistung
Basierend auf den obigen Ergebnissen wurde die optimale Formel entwickelt und ihre verschiedenen Eigenschaften bewertet. Die Leistung der Formel wurde mit der des üblichen Polyurethan-Handlaufschaums mit hoher Rückfederung verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, weist die optimale Formel für halbstarren Polyurethanschaum bestimmte Leistungsvorteile gegenüber den Basis- und allgemeinen Formeln auf, ist praktischer und eignet sich besser für die Anwendung bei Hochleistungshandläufen.
Abschluss
Durch die Anpassung der Polyethermenge und die Auswahl geeigneter Netzmittel, Dispergiermittel und Antioxidantien erhält der halbharte Polyurethanschaum gute mechanische Eigenschaften, hervorragende Wärmealterungseigenschaften usw. Aufgrund seiner hervorragenden Leistung eignet sich dieser leistungsstarke halbharte Polyurethanschaum für die Herstellung von Puffermaterialien im Automobilbereich, beispielsweise für Handläufe und Instrumententische.
Veröffentlichungszeit: 25. Juli 2024