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自動車用高性能手すり用ポリウレタン半硬質フォームの調製と特性

車内のアームレストはドアを押したり引いたり、腕を乗せたりする役割を担うキャブの重要な部分です。緊急時に車と手すりが衝突した場合、ポリウレタン製の柔らかい手すりや変性PP(ポリプロピレン)、ABS(ポリアクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)などの硬質プラスチック手すりは、優れた弾力性と緩衝性を提供し、怪我を軽減します。ポリウレタン製のソフトフォーム手すりは、優れた手触りと美しい表面質感を提供し、コックピットの快適さと美しさを向上させます。したがって、自動車産業の発展と内装材に対する人々の要求の向上に伴い、自動車の手すりにおけるポリウレタン軟質フォームの利点はますます明らかになってきています。

ポリウレタン製ソフト手すりには、高反発フォーム、自己クラストフォーム、半硬質フォームの 3 種類があります。高反発手すりの外表面はPVC(ポリ塩化ビニル)の表皮で覆われ、内部はポリウレタン高反発フォームです。フォームの支持力は比較的弱く、強度は比較的低く、フォームと皮膚との密着性は比較的不十分である。セルフスキンハンドレールは、スキンのフォームコア層を備え、低コストで統合度が高く、商用車に広く使用されていますが、表面の強度と全体の快適性を考慮するのは困難です。半硬質アームレストは PVC スキンで覆われており、そのスキンは優れた手触りと外観を提供し、内部の半硬質フォームは優れた感触、耐衝撃性、エネルギー吸収性、耐老化性を備えているため、アームレストの用途でますます広く使用されています。乗用車の車内。

本稿では自動車手すり用ポリウレタン半硬質フォームの基本配合を設計し、これに基づいてその改良を検討した。

実験セクション

主な原材料

ポリエーテルポリオールA(水酸基価30~40mg/g)、ポリマーポリオールB(水酸基価25~30mg/g):万華化学集団有限公司変性MDI[ジフェニルメタンジイソシアネート、w(NCO)は25%〜30%]、複合触媒、湿潤分散剤(剤3)、酸化防止剤A:万華化学(北京)有限公司、舞陶など;湿潤分散剤(剤1)、湿潤分散剤(剤2):Byke Chemical。上記の原材料は工業用グレードです。 PVC裏地スキン:常熟瑞華。

主な設備・器具

Sdf-400型高速ミキサー、AR3202CN型電子天秤、アルミモールド(10cm×10cm×1cm、10cm×10cm×5cm)、101-4AB型電動ブロワーオーブン、KJ-1065型電子万能張機、501A型スーパーサーモスタット。

基本処方とサンプルの準備

半硬質ポリウレタンフォームの基本配合を表1に示します。

機械的特性試験サンプルの調製:設計配合に従って複合ポリエーテル(A材)を調製し、変性MDIと一定の割合で混合し、高速撹拌装置(3000r/min)で3~5秒間撹拌します。次いで、対応する金型に注入して発泡させ、一定時間内に金型を開いて半硬質ポリウレタンフォームの成形サンプルを得た。

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接着性能試験用のサンプルの準備: PVC スキンの層を金型の下型に配置し、結合ポリエーテルと変性 MDI を比例して混合し、高速撹拌装置 (3,000 r/min) で撹拌します。 )を3~5秒間保持した後、スキン表面に流し込み金型を閉じ、一定時間内にスキン付きポリウレタンフォームを成形します。

性能試験

機械的特性: ISO-3386 標準テストによる 40% CLD (圧縮硬度)。引張強度と破断伸びは ISO-1798 規格に従ってテストされます。引裂強度は ISO-8067 規格に従ってテストされます。接着性能:電子ユニバーサルテンションマシンを使用して、OEMの基準に従って皮膚を剥離し、180°発泡させます。

エージング性能: OEM の標準温度に従って、120℃で 24 時間エージングした後の機械的特性と接着特性の損失をテストします。

結果と考察

機械的性質

表 2 に示すように、基本配合におけるポリエーテル ポリオール A とポリマー ポリオール B の比率を変えることにより、半硬質ポリウレタン フォームの機械的特性に対するポリエーテルの添加量の違いの影響を調査しました。

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表2の結果から、ポリエーテルポリオールAとポリマーポリオールBの比がポリウレタンフォームの機械的特性に重大な影響を与えることが分かる。ポリエーテルポリオールAとポリマーポリオールBの比率が増加すると、破断伸びは増加するが、圧縮硬度はある程度低下し、引張強度や引裂き強度はほとんど変化しない。ポリウレタンの分子鎖は主にソフトセグメントとハードセグメント、ポリオールによるソフトセグメントとカルバメート結合によるハードセグメントで構成されています。 2 つのポリオールの相対分子量と水酸基価は異なりますが、ポリマーポリオール B はアクリロニトリルとスチレンで変性されたポリエーテルポリオールであり、鎖セグメントの剛性が向上しています。ポリマーポリオール B にはベンゼン環が存在し、低分子物質が含まれているためフォームが脆くなります。ポリエーテルポリオール A が 80 部、ポリマーポリオール B が 10 部の場合、フォームの総合的な機械的特性はより優れています。

接着性

手すりはプレス頻度の高い製品のため、発泡体と表皮が剥離すると部品の快適性が著しく低下するため、ポリウレタンフォームと表皮との接着性能が要求されます。上記の研究に基づいて、さまざまな湿潤分散剤を添加して、フォームと皮膚の接着特性をテストしました。結果を表3に示す。

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表 3 から、さまざまな湿潤分散剤がフォームと皮膚の間の剥離力に明らかな影響を与えることがわかります。 添加剤 2 の使用後にフォームの崩壊が発生します。これは、添加剤の添加後にフォームが過度に開くことによって引き起こされる可能性があります。 2;添加剤 1 および 3 の使用後、ブランク サンプルの剥離強度は一定の増加を示し、添加剤 1 の剥離強度はブランク サンプルの剥離強度よりも約 17% 高く、添加剤 3 の剥離強度はブランクサンプルよりも約 25% 高い。添加剤 1 と添加剤 3 の違いは、主に表面の複合材料の濡れ性の違いによって引き起こされます。一般に、固体上の液体の濡れ性を評価する場合、接触角は表面の濡れ性を測定する重要なパラメータです。したがって、上記の2つの湿潤分散剤を添加した後の複合材料と皮膚の間の接触角をテストし、結果を図1に示しました。

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図 1 から、ブランクサンプルの接触角が 27° と最も大きく、助剤 3 の接触角が最も小さく、わずか 12° であることがわかります。このことから、添加剤3を使用することにより、複合材料と皮膚との濡れ性がより向上し、皮膚表面に伸びやすくなるため、剥離力が最も大きくなることがわかる。

経年劣化特性

手すり製品は車内でプレスされ、日光にさらされる頻度が高く、経年劣化性能もポリウレタン半硬質手すりフォームが考慮しなければならない重要な性能です。そこで、基本処方のエージング性能を試験し、改良検討を行った結果を表4に示します。

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表4のデータを比較すると、基本処方の機械的特性と結合特性が120℃での熱老化後に大幅に低下することがわかります。12時間の老化後、密度を除くさまざまな特性が失われます(以下同じ)。 13%~16%です。 24 時間エージングによるパフォーマンスの低下は 23% ~ 26% です。基本配合の熱老化特性は良好ではないが、元の配合の熱老化特性は、Aクラスの酸化防止剤Aを配合に添加することによって明らかに改善できることが示されている。酸化防止剤 A 添加後の同じ実験条件下では、12 時間後のさまざまな特性の損失は 7% ~ 8% であり、24 時間後のさまざまな特性の損失は 13% ~ 16% でした。機械的特性の低下は主に、熱老化プロセス中の化学結合の切断と活性フリーラジカルによって引き起こされる一連の連鎖反応によるもので、その結果、元の物質の構造や特性に根本的な変化が生じます。接着性能の低下は、フォーム自体の機械的特性の低下によるものである一方で、PVCスキンには多量の可塑剤が含まれており、プロセス中に可塑剤が表面に移動するためです。熱酸素老化のこと。酸化防止剤を添加すると、熱老化特性を改善できます。これは主に、酸化防止剤が新しく生成されたフリーラジカルを除去し、ポリマーの酸化プロセスを遅らせたり阻害したりして、ポリマーの元の特性を維持できるためです。

総合性能

以上の結果をもとに最適な処方を設計し、その諸特性を評価しました。一般的なポリウレタン高反発手すりフォームとの性能を比較しました。結果を表5に示す。

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表5からわかるように、最適な半硬質ポリウレタンフォーム配合の性能は、基本配合や一般配合に比べて一定の利点があり、より実用的であり、高性能手すりの用途により適しています。

結論

ポリエーテルの量を調整し、適切な湿潤分散剤および酸化防止剤を選択することにより、半硬質ポリウレタンフォームに良好な機械的特性、優れた熱老化特性などを与えることができます。優れた発泡性能を活かし、自動車の手すりや計器台などの緩衝材に応用できる高機能ポリウレタン半硬質フォーム製品です。


投稿日時: 2024 年 7 月 25 日