تهیه و بررسی ویژگی‌های فوم نیمه سخت پلی‌یورتان برای نرده‌های خودرو با کارایی بالا
تکیه‌گاه دست در داخل خودرو بخش مهمی از کابین است که نقش هل دادن و کشیدن در و قرار دادن بازوی فرد در خودرو را ایفا می‌کند. در مواقع اضطراری، هنگام برخورد خودرو و دستگیره، دستگیره نرم پلی اورتان و PP اصلاح‌شده (پلی‌پروپیلن)، ABS (پلی‌اکریلونیتریل - بوتادین - استایرن) و سایر دستگیره‌های پلاستیکی سخت، می‌توانند خاصیت ارتجاعی و ضربه‌گیری خوبی را فراهم کنند و در نتیجه آسیب را کاهش دهند. دستگیره‌های فوم نرم پلی اورتان می‌توانند حس خوب دست و بافت سطحی زیبایی را فراهم کنند و در نتیجه راحتی و زیبایی کابین خلبان را بهبود بخشند. بنابراین، با توسعه صنعت خودرو و بهبود نیازهای مردم به مواد داخلی، مزایای فوم نرم پلی اورتان در دستگیره‌های خودرو بیشتر و بیشتر آشکار می‌شود.
سه نوع نرده نرم پلی اورتان وجود دارد: فوم با مقاومت بالا، فوم خود پوسته و فوم نیمه سخت. سطح بیرونی نرده‌های با مقاومت بالا با روکش PVC (پلی وینیل کلراید) پوشانده شده است و قسمت داخلی آن از فوم پلی اورتان با مقاومت بالا ساخته شده است. تکیه‌گاه فوم نسبتاً ضعیف، استحکام نسبتاً کم و چسبندگی بین فوم و روکش نسبتاً ناکافی است. نرده خود پوسته دارای یک لایه فومی از جنس پوست، هزینه کم و درجه یکپارچگی بالا است و به طور گسترده در وسایل نقلیه تجاری استفاده می‌شود، اما در نظر گرفتن استحکام سطح و راحتی کلی آن دشوار است. دسته صندلی نیمه سخت با روکش PVC پوشانده شده است، روکش آن لمس و ظاهر خوبی را فراهم می‌کند و فوم نیمه سخت داخلی از حس، مقاومت در برابر ضربه، جذب انرژی و مقاومت در برابر فرسودگی عالی برخوردار است، بنابراین به طور فزاینده‌ای در استفاده از فضای داخلی خودروهای سواری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در این مقاله، فرمول پایه فوم نیمه سخت پلی اورتان برای نرده‌های خودرو طراحی شده و بر این اساس، بهبود آن مورد بررسی قرار گرفته است.
بخش تجربی
ماده اولیه اصلی
پلی‌اتر پلی‌ال A (مقدار هیدروکسیل 30 تا 40 میلی‌گرم بر گرم)، پلیمر پلی‌ال B (مقدار هیدروکسیل 25 تا 30 میلی‌گرم بر گرم): شرکت گروه شیمیایی وان‌هوا. MDI اصلاح‌شده [دی‌فنیل‌متان دی‌ایزوسیانات، w (NCO) 25% تا 30%]، کاتالیزور کامپوزیت، پخش‌کننده ترکننده (عامل 3)، آنتی‌اکسیدان A: شرکت شیمیایی وان‌هوا (پکن)، شرکت شیمیایی مایتو و غیره؛ پخش‌کننده ترکننده (عامل 1)، پخش‌کننده ترکننده (عامل 2): شرکت شیمیایی بایک. مواد اولیه فوق درجه صنعتی دارند. روکش آستر PVC: چانگشو رویهوا.
تجهیزات و ابزار اصلی
همزن پرسرعت از نوع Sdf-400، ترازوی الکترونیکی از نوع AR3202CN، قالب آلومینیومی (10cm×10cm×1cm، 10cm×10cm×5cm)، فر دمنده برقی از نوع 101-4AB، دستگاه کشش یونیورسال الکترونیکی از نوع KJ-1065، ترموستات فوق‌العاده از نوع 501A.
تهیه فرمول پایه و نمونه
فرمول اولیه فوم پلی اورتان نیمه سخت در جدول 1 نشان داده شده است.
آماده‌سازی نمونه آزمایش خواص مکانیکی: پلی‌اتر کامپوزیتی (ماده A) طبق فرمول طراحی تهیه شد، با MDI اصلاح‌شده به نسبت مشخصی مخلوط شد، با دستگاه همزن با سرعت بالا (3000 دور در دقیقه) به مدت 3 تا 5 ثانیه هم زده شد، سپس در قالب مربوطه ریخته شد تا فوم تشکیل شود و قالب در مدت زمان مشخصی باز شد تا نمونه قالب‌گیری شده فوم پلی‌اورتان نیمه‌سخت به دست آید.
آماده‌سازی نمونه برای آزمایش عملکرد چسبندگی: یک لایه از پوسته PVC در قالب پایینی قالب قرار داده می‌شود و پلی‌اتر ترکیبی و MDI اصلاح‌شده به نسبت مساوی مخلوط می‌شوند، توسط یک دستگاه همزن با سرعت بالا (3000 دور در دقیقه) به مدت 3 تا 5 ثانیه هم زده می‌شوند، سپس به سطح پوسته ریخته می‌شوند و قالب بسته می‌شود و فوم پلی‌اورتان به همراه پوسته در مدت زمان مشخصی قالب‌گیری می‌شود.
آزمون عملکرد
خواص مکانیکی: 40%CLD (سختی فشاری) طبق استاندارد ISO-3386؛ استحکام کششی و ازدیاد طول در نقطه شکست طبق استاندارد ISO-1798؛ استحکام پارگی طبق استاندارد ISO-8067 آزمایش می‌شوند. عملکرد چسبندگی: از دستگاه کشش جهانی الکترونیکی برای جدا کردن پوست و فوم با زاویه 180 درجه طبق استاندارد یک تولیدکننده اصلی (OEM) استفاده می‌شود.
عملکرد در برابر فرسودگی: افت خواص مکانیکی و خواص اتصال را پس از 24 ساعت فرسودگی در دمای 120 درجه سانتیگراد مطابق با دمای استاندارد یک تولیدکننده اصلی (OEM) آزمایش کنید.
نتایج و بحث
خاصیت مکانیکی
با تغییر نسبت پلی‌اتر پلی‌ال A و پلیمر پلی‌ال B در فرمول پایه، تأثیر دوزهای مختلف پلی‌اتر بر خواص مکانیکی فوم پلی‌یورتان نیمه‌سخت بررسی شد، همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است.
از نتایج جدول 2 می‌توان دریافت که نسبت پلی‌اتر پلی‌ال A به پلیمر پلی‌ال B تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی فوم پلی‌اورتان دارد. هنگامی که نسبت پلی‌اتر پلی‌ال A به پلیمر پلی‌ال B افزایش می‌یابد، ازدیاد طول در نقطه شکست افزایش می‌یابد، سختی فشاری تا حدی کاهش می‌یابد و استحکام کششی و استحکام پارگی تغییر کمی می‌کنند. زنجیره مولکولی پلی‌اورتان عمدتاً از بخش نرم و بخش سخت، بخش نرم از پلی‌ال و بخش سخت از پیوند کاربامات تشکیل شده است. از یک طرف، وزن مولکولی نسبی و مقدار هیدروکسیل دو پلی‌اُل متفاوت است، از طرف دیگر، پلیمر پلی‌اتر B یک پلی‌اتر پلی‌اُل اصلاح‌شده توسط اکریلونیتریل و استایرن است و به دلیل وجود حلقه بنزن، استحکام بخش زنجیره بهبود می‌یابد، در حالی که پلیمر پلی‌اتر B حاوی مواد مولکولی کوچک است که باعث افزایش شکنندگی فوم می‌شود. هنگامی که پلی‌اتر پلی‌اُل A 80 قسمت و پلیمر پلی‌اُل B 10 قسمت باشد، خواص مکانیکی جامع فوم بهتر می‌شود.
خاصیت چسبندگی
به عنوان محصولی با فرکانس فشار بالا، نرده در صورت جدا شدن فوم و پوسته، راحتی قطعات را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد، بنابراین عملکرد اتصال فوم پلی اورتان و پوسته مورد نیاز است. بر اساس تحقیقات فوق، پراکنده‌کننده‌های رطوبتی مختلفی برای آزمایش خواص چسبندگی فوم و پوسته اضافه شدند. نتایج در جدول 3 نشان داده شده است.
از جدول 3 می‌توان دریافت که پخش‌کننده‌های ترکننده مختلف اثرات آشکاری بر نیروی جدایش بین فوم و پوسته دارند: فروپاشی فوم پس از استفاده از افزودنی 2 رخ می‌دهد که ممکن است ناشی از باز شدن بیش از حد فوم پس از افزودن افزودنی 2 باشد؛ پس از استفاده از افزودنی‌های 1 و 3، مقاومت جدایش نمونه شاهد افزایش مشخصی دارد و مقاومت جدایش افزودنی 1 حدود 17٪ بیشتر از نمونه شاهد و مقاومت جدایش افزودنی 3 حدود 25٪ بیشتر از نمونه شاهد است. تفاوت بین افزودنی 1 و افزودنی 3 عمدتاً ناشی از تفاوت در ترشوندگی ماده کامپوزیت روی سطح است. به طور کلی، برای ارزیابی ترشوندگی مایع روی جامد، زاویه تماس پارامتر مهمی برای اندازه‌گیری ترشوندگی سطح است. بنابراین، زاویه تماس بین ماده کامپوزیت و پوسته پس از افزودن دو پخش‌کننده ترکننده فوق آزمایش شد و نتایج در شکل 1 نشان داده شده است.
از شکل ۱ می‌توان دریافت که زاویه تماس نمونه خالی بزرگترین است، که ۲۷ درجه است، و زاویه تماس عامل کمکی ۳ کوچکترین است، که تنها ۱۲ درجه است. این نشان می‌دهد که استفاده از افزودنی ۳ می‌تواند ترشوندگی ماده کامپوزیت و پوست را تا حد بیشتری بهبود بخشد، و پخش آن روی سطح پوست آسان‌تر است، بنابراین استفاده از افزودنی ۳ بیشترین نیروی لایه‌برداری را دارد.
خاصیت پیری
محصولات نرده در واگن پرس می‌شوند، میزان قرار گرفتن در معرض نور خورشید زیاد است و عملکرد پیری یکی دیگر از عملکردهای مهم است که فوم نرده نیمه سخت پلی اورتان باید در نظر بگیرد. بنابراین، عملکرد پیری فرمول پایه آزمایش شد و مطالعه بهبود انجام شد و نتایج در جدول 4 نشان داده شده است.
با مقایسه داده‌های جدول ۴، می‌توان دریافت که خواص مکانیکی و خواص پیوندی فرمول پایه پس از پیرسازی حرارتی در دمای ۱۲۰ درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد: پس از پیرسازی به مدت ۱۲ ساعت، از دست دادن خواص مختلف به جز چگالی (همان مورد زیر) ۱۳٪ تا ۱۶٪ است؛ کاهش عملکرد پس از پیرسازی ۲۴ ساعته ۲۳٪ تا ۲۶٪ است. نشان داده شده است که خاصیت پیرسازی حرارتی فرمول پایه خوب نیست و می‌توان با افزودن آنتی‌اکسیدان کلاس A A به فرمول، خاصیت پیرسازی حرارتی فرمول اصلی را به وضوح بهبود بخشید. در همان شرایط آزمایشگاهی پس از افزودن آنتی‌اکسیدان A، از دست دادن خواص مختلف پس از ۱۲ ساعت ۷٪ تا ۸٪ و از دست دادن خواص مختلف پس از ۲۴ ساعت ۱۳٪ تا ۱۶٪ بود. کاهش خواص مکانیکی عمدتاً به دلیل مجموعه‌ای از واکنش‌های زنجیره‌ای است که توسط شکستن پیوندهای شیمیایی و رادیکال‌های آزاد فعال در طول فرآیند پیرسازی حرارتی ایجاد می‌شوند و منجر به تغییرات اساسی در ساختار یا خواص ماده اصلی می‌شوند. از یک طرف، کاهش عملکرد اتصال به دلیل کاهش خواص مکانیکی خود فوم است، از طرف دیگر، به این دلیل که پوست PVC حاوی تعداد زیادی نرم‌کننده است و نرم‌کننده در طی فرآیند پیرسازی حرارتی اکسیژن به سطح مهاجرت می‌کند. افزودن آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند خواص پیرسازی حرارتی آن را بهبود بخشد، عمدتاً به این دلیل که آنتی‌اکسیدان‌ها می‌توانند رادیکال‌های آزاد تازه تولید شده را از بین ببرند، فرآیند اکسیداسیون پلیمر را به تأخیر بیندازند یا مهار کنند تا خواص اصلی پلیمر حفظ شود.
عملکرد جامع
بر اساس نتایج فوق، فرمول بهینه طراحی و خواص مختلف آن ارزیابی شد. عملکرد فرمول با فوم پلی اورتان عمومی با خاصیت ارتجاعی بالا برای نرده دستی مقایسه شد. نتایج در جدول 5 نشان داده شده است.
همانطور که از جدول ۵ مشاهده می‌شود، عملکرد فرمول بهینه فوم پلی اورتان نیمه سخت، مزایای خاصی نسبت به فرمول‌های پایه و عمومی دارد و کاربردی‌تر است و برای کاربرد نرده‌های با عملکرد بالا مناسب‌تر است.
نتیجه‌گیری
تنظیم مقدار پلی‌اتر و انتخاب پخش‌کننده‌ی ترکننده و آنتی‌اکسیدان باکیفیت می‌تواند به فوم پلی‌یورتان نیمه‌سخت خواص مکانیکی خوب، خواص پیرشدگی حرارتی عالی و غیره بدهد. بر اساس عملکرد عالی فوم، این محصول فوم نیمه‌سخت پلی‌یورتان با کارایی بالا را می‌توان در مواد ضربه‌گیر خودرو مانند نرده‌ها و میزهای ابزار به کار برد.
زمان ارسال: ۲۵ ژوئیه ۲۰۲۴