Preparación y características de la espuma semirrígida de poliuretano para pasamanos de alto rendimiento en automóviles.
El reposabrazos en el interior del automóvil es una parte importante de la cabina, ya que sirve para abrir y cerrar la puerta y para apoyar el brazo del ocupante. En caso de emergencia, si el automóvil choca con el reposabrazos, los reposabrazos blandos de poliuretano y los de PP (polipropileno) modificado, ABS (poliacrilonitrilo-butadieno-estireno) y otros plásticos rígidos, proporcionan una buena elasticidad y amortiguación, reduciendo así las lesiones. Los reposabrazos de espuma blanda de poliuretano ofrecen un tacto agradable y una textura superficial atractiva, mejorando la comodidad y la estética del habitáculo. Por lo tanto, con el desarrollo de la industria automotriz y la creciente exigencia de los usuarios respecto a los materiales interiores, las ventajas de la espuma blanda de poliuretano en los reposabrazos de los automóviles son cada vez más evidentes.
Existen tres tipos de pasamanos blandos de poliuretano: espuma de alta resiliencia, espuma autoencapsulada y espuma semirrígida. La superficie exterior de los pasamanos de alta resiliencia está recubierta con una capa de PVC (cloruro de polivinilo), y el interior es de espuma de poliuretano de alta resiliencia. El soporte de la espuma es relativamente débil, la resistencia es relativamente baja y la adhesión entre la espuma y la capa exterior es relativamente insuficiente. El pasamanos autoencapsulado tiene una capa de espuma en el núcleo, es económico, tiene un alto grado de integración y se usa ampliamente en vehículos comerciales, pero es difícil considerar la resistencia de la superficie y la comodidad general. El reposabrazos semirrígido está recubierto con una capa de PVC, que proporciona un buen tacto y apariencia, y la espuma semirrígida interna tiene una excelente sensación al tacto, resistencia al impacto, absorción de energía y resistencia al envejecimiento, por lo que se usa cada vez más en el interior de los automóviles de pasajeros.
En este artículo se diseña la fórmula básica de la espuma semirrígida de poliuretano para pasamanos de automóviles y se estudia su mejora a partir de esta.
Sección experimental
Materia prima principal
Poliéter poliol A (índice de hidroxilo 30 ~ 40 mg/g), polímero poliol B (índice de hidroxilo 25 ~ 30 mg/g): Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI modificado [diisocianato de difenilmetano, w (NCO) es 25%~30%], catalizador compuesto, dispersante humectante (Agente 3), antioxidante A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou, etc.; dispersante humectante (Agente 1), dispersante humectante (Agente 2): Byke Chemical. Las materias primas anteriores son de grado industrial. Revestimiento de PVC: Changshu Ruihua.
Equipos e instrumentos principales
Mezcladora de alta velocidad tipo Sdf-400, balanza electrónica tipo AR3202CN, molde de aluminio (10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), horno soplador eléctrico tipo 101-4AB, máquina de tensión universal electrónica tipo KJ-1065, supertermostato tipo 501A.
Preparación de la fórmula básica y de la muestra.
La formulación básica de la espuma de poliuretano semirrígida se muestra en la Tabla 1.
Preparación de la muestra para la prueba de propiedades mecánicas: el poliéter compuesto (material A) se preparó según la fórmula de diseño, se mezcló con el MDI modificado en una proporción determinada, se agitó con un dispositivo de agitación de alta velocidad (3000 r/min) durante 3 a 5 segundos, luego se vertió en el molde correspondiente para espumar y se abrió el molde dentro de un tiempo determinado para obtener la muestra moldeada de espuma de poliuretano semirrígida.
Preparación de la muestra para la prueba de rendimiento de adhesión: se coloca una capa de piel de PVC en la matriz inferior del molde, y se mezclan el poliéter combinado y el MDI modificado en la proporción adecuada, se agita con un dispositivo de agitación de alta velocidad (3000 r/min) durante 3 a 5 segundos, luego se vierte sobre la superficie de la piel, se cierra el molde y la espuma de poliuretano con la piel se moldea en un tiempo determinado.
Prueba de rendimiento
Propiedades mecánicas: 40 % CLD (dureza a compresión) según la norma ISO-3386; la resistencia a la tracción y la elongación a la rotura se prueban según la norma ISO-1798; la resistencia al desgarro se prueba según la norma ISO-8067. Rendimiento de adhesión: se utiliza una máquina de tensión universal electrónica para despegar la piel y la espuma a 180° según el estándar del fabricante de equipos originales (OEM).
Rendimiento de envejecimiento: Pruebe la pérdida de propiedades mecánicas y de adhesión después de 24 horas de envejecimiento a 120 ℃ según la temperatura estándar de un fabricante de equipos originales (OEM).
Resultados y discusión
Propiedad mecánica
Al modificar la proporción de poliéter poliol A y polímero poliol B en la fórmula básica, se exploró la influencia de diferentes dosis de poliéter en las propiedades mecánicas de la espuma de poliuretano semirrígida, como se muestra en la Tabla 2.
Como se puede observar en los resultados de la Tabla 2, la proporción de poliéter poliol A respecto al polímero poliol B tiene un efecto significativo en las propiedades mecánicas de la espuma de poliuretano. Al aumentar esta proporción, la elongación a la rotura aumenta, la dureza a compresión disminuye en cierta medida y la resistencia a la tracción y al desgarro apenas varían. La cadena molecular del poliuretano se compone principalmente de un segmento blando y un segmento duro; el segmento blando proviene del poliol y el segmento duro del enlace carbamato. Por un lado, el peso molecular relativo y el valor de hidroxilo de los dos polioles son diferentes; por otro lado, el polímero poliol B es un poliéter poliol modificado con acrilonitrilo y estireno, y la rigidez del segmento de la cadena mejora debido a la presencia del anillo de benceno, mientras que el polímero poliol B contiene sustancias de bajo peso molecular, lo que aumenta la fragilidad de la espuma. Cuando la proporción de poliéter poliol A es de 80 partes y la de polímero poliol B es de 10 partes, las propiedades mecánicas generales de la espuma son mejores.
Propiedad de enlace
Dado que el pasamanos es un producto sometido a un uso intensivo, su desprendimiento de la espuma y el revestimiento reduce significativamente la comodidad de los usuarios. Por ello, es fundamental evaluar la adherencia entre la espuma de poliuretano y el revestimiento. A partir de la investigación previa, se añadieron diferentes dispersantes humectantes para evaluar las propiedades de adhesión entre la espuma y el revestimiento. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Como se puede observar en la Tabla 3, los diferentes dispersantes humectantes tienen efectos evidentes en la fuerza de desprendimiento entre la espuma y la piel: El colapso de la espuma ocurre después del uso del aditivo 2, lo que puede deberse a una apertura excesiva de la espuma después de la adición del aditivo 2; Después del uso de los aditivos 1 y 3, la fuerza de desprendimiento de la muestra en blanco tiene un cierto aumento, y la fuerza de desprendimiento del aditivo 1 es aproximadamente un 17% mayor que la de la muestra en blanco, y la fuerza de desprendimiento del aditivo 3 es aproximadamente un 25% mayor que la de la muestra en blanco. La diferencia entre el aditivo 1 y el aditivo 3 se debe principalmente a la diferencia en la humectabilidad del material compuesto en la superficie. En general, para evaluar la humectabilidad de un líquido sobre un sólido, el ángulo de contacto es un parámetro importante para medir la humectabilidad de la superficie. Por lo tanto, se midió el ángulo de contacto entre el material compuesto y la piel después de agregar los dos dispersantes humectantes mencionados, y los resultados se muestran en la Figura 1.
Como se puede observar en la Figura 1, el ángulo de contacto de la muestra sin aditivo es el mayor, con 27°, mientras que el del aditivo auxiliar 3 es el menor, con tan solo 12°. Esto demuestra que el uso del aditivo 3 mejora la humectabilidad del material compuesto y de la piel en mayor medida, facilitando su aplicación sobre la superficie cutánea. Por lo tanto, el uso del aditivo 3 proporciona la mayor fuerza de desprendimiento.
Propiedad antigua
Los pasamanos se fabrican a presión en el automóvil, con una alta exposición a la luz solar, y su resistencia al envejecimiento es otro aspecto importante a considerar en la espuma semirrígida de poliuretano para pasamanos. Por lo tanto, se evaluó la resistencia al envejecimiento de la fórmula básica y se realizó un estudio de mejora, cuyos resultados se muestran en la Tabla 4.
Al comparar los datos de la Tabla 4, se puede observar que las propiedades mecánicas y de unión de la fórmula básica disminuyen significativamente después del envejecimiento térmico a 120 ℃: después de 12 h de envejecimiento, la pérdida de varias propiedades, excepto la densidad (igual que a continuación), es del 13 % al 16 %; la pérdida de rendimiento después de 24 h de envejecimiento es del 23 % al 26 %. Esto indica que la propiedad de envejecimiento térmico de la fórmula básica no es buena, y que la propiedad de envejecimiento térmico de la fórmula original puede mejorarse notablemente añadiendo un antioxidante de clase A a la fórmula. Bajo las mismas condiciones experimentales, después de la adición del antioxidante A, la pérdida de varias propiedades después de 12 h fue del 7 % al 8 %, y después de 24 h fue del 13 % al 16 %. La disminución de las propiedades mecánicas se debe principalmente a una serie de reacciones en cadena desencadenadas por la ruptura de enlaces químicos y radicales libres activos durante el proceso de envejecimiento térmico, lo que resulta en cambios fundamentales en la estructura o propiedades de la sustancia original. Por un lado, la disminución del rendimiento de adhesión se debe a la disminución de las propiedades mecánicas de la espuma en sí; por otro lado, a que la capa de PVC contiene una gran cantidad de plastificantes, los cuales migran a la superficie durante el proceso de envejecimiento térmico por oxidación. La adición de antioxidantes puede mejorar sus propiedades de envejecimiento térmico, principalmente porque los antioxidantes pueden eliminar los radicales libres recién generados, retrasar o inhibir el proceso de oxidación del polímero y, por lo tanto, mantener sus propiedades originales.
Rendimiento integral
Con base en los resultados anteriores, se diseñó la fórmula óptima y se evaluaron sus diversas propiedades. El rendimiento de la fórmula se comparó con el de la espuma de poliuretano de alta elasticidad para pasamanos. Los resultados se muestran en la Tabla 5.
Como se puede observar en la Tabla 5, el rendimiento de la fórmula óptima de espuma de poliuretano semirrígida presenta ciertas ventajas sobre las fórmulas básicas y generales, resulta más práctica y más adecuada para la aplicación en pasamanos de alto rendimiento.
Conclusión
Ajustando la cantidad de poliéter y seleccionando un dispersante humectante y un antioxidante adecuados, se pueden dotar a la espuma de poliuretano semirrígida de buenas propiedades mecánicas, excelente resistencia al envejecimiento térmico, etc. Gracias a su excelente rendimiento, este producto de espuma de poliuretano semirrígida de alto rendimiento puede utilizarse en materiales de amortiguación para automóviles, como pasamanos y mesas de instrumentos.
Fecha de publicación: 25 de julio de 2024