การเตรียมและคุณลักษณะของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งสำหรับราวจับรถยนต์สมรรถนะสูง
ที่วางแขนภายในห้องโดยสารของรถยนต์เป็นส่วนสำคัญของห้องโดยสารซึ่งทำหน้าที่ผลักและดึงประตูและวางแขนของผู้โดยสารในรถ ในกรณีฉุกเฉินเมื่อรถและราวจับชนกัน ราวจับแบบอ่อนโพลียูรีเทนและราวจับพลาสติกแข็ง PP ดัดแปลง (โพลีโพรพิลีน) ABS (โพลีอะคริโลไนไตรล์ - บิวทาไดอีน - สไตรีน) และราวจับพลาสติกแข็งอื่นๆ สามารถให้ความยืดหยุ่นและกันกระแทกได้ดี จึงลดการบาดเจ็บได้ ราวจับโฟมนุ่มโพลียูรีเทนสามารถให้สัมผัสที่ดีและพื้นผิวที่สวยงาม จึงช่วยเพิ่มความสะดวกสบายและความสวยงามของห้องโดยสาร ดังนั้น ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมยานยนต์และการปรับปรุงความต้องการของผู้คนสำหรับวัสดุภายใน ข้อดีของโฟมนุ่มโพลียูรีเทนในราวจับรถยนต์จึงชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ
ราวบันไดแบบยืดหยุ่นโพลียูรีเทนมี 3 ประเภท ได้แก่ โฟมความยืดหยุ่นสูง โฟมเคลือบตัวเอง และโฟมกึ่งแข็ง พื้นผิวด้านนอกของราวบันไดแบบยืดหยุ่นสูงนั้นหุ้มด้วยผิว PVC (โพลีไวนิลคลอไรด์) และภายในเป็นโฟมโพลียูรีเทนความยืดหยุ่นสูง การรองรับของโฟมค่อนข้างอ่อนแอ ความแข็งแรงค่อนข้างต่ำ และการยึดเกาะระหว่างโฟมกับผิวค่อนข้างไม่เพียงพอ ราวบันไดแบบเคลือบตัวเองมีชั้นผิวโฟมแกนกลาง ต้นทุนต่ำ ระดับการผสานรวมสูง และใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์ แต่ยากที่จะคำนึงถึงความแข็งแรงของพื้นผิวและความสบายโดยรวม ที่วางแขนแบบกึ่งแข็งหุ้มด้วยผิว PVC ผิวให้สัมผัสและรูปลักษณ์ที่ดี และโฟมกึ่งแข็งภายในมีสัมผัสที่ยอดเยี่ยม ทนต่อแรงกระแทก ดูดซับพลังงาน และทนต่อการเสื่อมสภาพ จึงใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในการใช้ภายในรถยนต์โดยสาร
ในบทความนี้ จะออกแบบสูตรพื้นฐานของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งสำหรับราวจับรถยนต์ และศึกษาการปรับปรุงบนพื้นฐานนี้
ส่วนทดลอง
วัตถุดิบหลัก
โพลีเอเธอร์โพลีออลเอ (ค่าไฮดรอกซิล 30 ~ 40 มก. / กรัม), โพลีเมอร์โพลีออลบี (ค่าไฮดรอกซิล 25 ~ 30 มก. / กรัม) : Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI ที่ปรับเปลี่ยนแล้ว [ไดฟีนิลมีเทนไดไอโซไซยาเนต w (NCO) คือ 25% ~ 30%], ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบผสม, สารกระจายตัวแบบเปียก (ตัวแทน 3), สารต้านอนุมูลอิสระ A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou ฯลฯ; สารกระจายตัวแบบเปียก (ตัวแทน 1), สารกระจายตัวแบบเปียก (ตัวแทน 2): Byke Chemical วัตถุดิบข้างต้นเป็นเกรดอุตสาหกรรม ผิวซับ PVC: Changshu Ruihua
อุปกรณ์และเครื่องมือหลัก
เครื่องผสมความเร็วสูงประเภท Sdf-400, เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ประเภท AR3202CN, แม่พิมพ์อลูมิเนียม (10 ซม. × 10 ซม. × 1 ซม., 10 ซม. × 10 ซม. × 5 ซม.), เตาอบพัดลมไฟฟ้าประเภท 101-4AB, เครื่องสร้างแรงตึงสากลอิเล็กทรอนิกส์ประเภท KJ-1065, ซุปเปอร์เทอร์โมสตัทประเภท 501A
การเตรียมสูตรพื้นฐานและตัวอย่าง
ตารางที่ 1 แสดงสูตรพื้นฐานของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็ง
การเตรียมตัวอย่างทดสอบคุณสมบัติเชิงกล: โพลีเอเธอร์คอมโพสิต (วัสดุ A) ถูกเตรียมตามสูตรการออกแบบ ผสมกับ MDI ที่ปรับเปลี่ยนในสัดส่วนที่กำหนด คนด้วยอุปกรณ์กวนความเร็วสูง (3000 รอบ/นาที) เป็นเวลา 3~5 วินาที จากนั้นเทลงในแม่พิมพ์เพื่อให้เป็นโฟม และเปิดแม่พิมพ์ภายในระยะเวลาที่กำหนดเพื่อให้ได้ตัวอย่างโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งที่ขึ้นรูปแล้ว
การเตรียมตัวอย่างเพื่อทดสอบประสิทธิภาพการยึดเกาะ: วางชั้นผิว PVC ไว้ในแม่พิมพ์ส่วนล่าง จากนั้นผสมโพลีเอเธอร์และ MDI ที่ดัดแปลงเข้าด้วยกันตามสัดส่วน กวนด้วยอุปกรณ์กวนความเร็วสูง (3,000 รอบ/นาที) เป็นเวลา 3~5 วินาที จากนั้นเทลงบนผิว จากนั้นปิดแม่พิมพ์ แล้วจึงขึ้นรูปโฟมโพลียูรีเทนพร้อมผิวภายในเวลาที่กำหนด
การทดสอบประสิทธิภาพ
คุณสมบัติทางกล: 40%CLD (ความแข็งในการบีบอัด) ตามมาตรฐานการทดสอบ ISO-3386 ทดสอบความแข็งแรงในการดึงและการยืดตัวเมื่อขาดตามมาตรฐาน ISO-1798 ทดสอบความแข็งแรงในการฉีกขาดตามมาตรฐาน ISO-8067 ประสิทธิภาพการยึดติด: เครื่องดึงอเนกประสงค์อิเล็กทรอนิกส์ใช้ในการลอกผิวและโฟม 180° ตามมาตรฐานของ OEM
ประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพ: ทดสอบการสูญเสียคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการยึดติดหลังจากการเสื่อมสภาพ 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 120℃ ตามอุณหภูมิมาตรฐานของ OEM
ผลการศึกษาและการอภิปราย
สมบัติเชิงกล
โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของโพลีเอเธอร์โพลีออลเอและโพลีเมอร์โพลีออลบีในสูตรพื้นฐาน จะทำให้สามารถสำรวจอิทธิพลของปริมาณโพลีเอเธอร์ที่แตกต่างกันบนคุณสมบัติเชิงกลของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งได้ ตามที่แสดงในตารางที่ 2
จากผลลัพธ์ในตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนของโพลีเอเธอร์โพลีออลเอต่อโพลีเมอร์โพลีออลบีมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติเชิงกลของโฟมโพลียูรีเทน เมื่ออัตราส่วนของโพลีเอเธอร์โพลีออลเอต่อโพลีเมอร์โพลีออลบีเพิ่มขึ้น การยืดตัวเมื่อขาดจะเพิ่มขึ้น ความแข็งจากแรงอัดจะลดลงในระดับหนึ่ง และความแข็งแรงในการดึงและความแข็งแรงในการฉีกขาดจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย โซ่โมเลกุลของโพลียูรีเทนประกอบด้วยส่วนอ่อนและส่วนแข็ง ส่วนอ่อนจากโพลีออลและส่วนแข็งจากพันธะคาร์บาเมตเป็นหลัก ในแง่หนึ่ง น้ำหนักโมเลกุลสัมพันธ์และค่าไฮดรอกซิลของโพลีออลทั้งสองแตกต่างกัน ในอีกแง่หนึ่ง โพลีเมอร์โพลีออลบีเป็นโพลีเอเธอร์โพลีออลที่ดัดแปลงโดยอะคริโลไนไตรล์และสไตรีน และความแข็งของส่วนโซ่ได้รับการปรับปรุงเนื่องจากมีวงแหวนเบนซิน ในขณะที่โพลีเมอร์โพลีออลบีมีสารโมเลกุลขนาดเล็กซึ่งทำให้โฟมเปราะบางมากขึ้น เมื่อโพลีเอเธอร์โพลีออล A มี 80 ส่วนและโพลีเมอร์โพลีออล B มี 10 ส่วน คุณสมบัติเชิงกลโดยรวมของโฟมก็จะดีขึ้น
ทรัพย์สินผูกพัน
เนื่องจากเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความถี่ในการกดสูง ราวจับจึงลดความสบายของชิ้นส่วนลงอย่างมากหากโฟมและผิวหนังลอกออก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ประสิทธิภาพการยึดเกาะระหว่างโฟมโพลียูรีเทนและผิวหนัง จากการวิจัยข้างต้น จึงได้เติมสารกระจายความชื้นชนิดต่างๆ เพื่อทดสอบคุณสมบัติการยึดเกาะของโฟมและผิวหนัง ผลลัพธ์แสดงไว้ในตารางที่ 3
จากตารางที่ 3 จะเห็นได้ว่าสารกระจายความชื้นที่แตกต่างกันมีผลที่ชัดเจนต่อแรงลอกระหว่างโฟมและผิวหนัง โฟมจะยุบตัวหลังจากใช้สารเติมแต่ง 2 ซึ่งอาจเกิดจากการเปิดโฟมมากเกินไปหลังจากเติมสารเติมแต่ง 2 หลังจากใช้สารเติมแต่ง 1 และ 3 ความแข็งแรงในการลอกของตัวอย่างเปล่าจะเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง และความแข็งแรงในการลอกของสารเติมแต่ง 1 จะสูงกว่าของตัวอย่างเปล่าประมาณ 17% และความแข็งแรงในการลอกของสารเติมแต่ง 3 จะสูงกว่าของตัวอย่างเปล่าประมาณ 25% ความแตกต่างระหว่างสารเติมแต่ง 1 และสารเติมแต่ง 3 ส่วนใหญ่เกิดจากความแตกต่างในความสามารถในการเปียกของวัสดุคอมโพสิตบนพื้นผิว โดยทั่วไปแล้ว เพื่อประเมินความสามารถในการเปียกของของเหลวบนของแข็ง มุมสัมผัสเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการวัดความสามารถในการเปียกของพื้นผิว ดังนั้น มุมสัมผัสระหว่างวัสดุคอมโพสิตและผิวหนังหลังจากเติมสารกระจายความชื้นทั้งสองข้างต้นจึงได้รับการทดสอบ และผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 1
จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่ามุมสัมผัสของตัวอย่างเปล่ามีค่ามากที่สุดคือ 27° และมุมสัมผัสของสารช่วย 3 มีค่าน้อยที่สุดคือ 12° เท่านั้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการใช้สารเติมแต่ง 3 สามารถปรับปรุงการเปียกของวัสดุผสมและผิวหนังได้ดีขึ้น และเกลี่ยบนพื้นผิวผิวหนังได้ง่ายขึ้น ดังนั้นการใช้สารเติมแต่ง 3 จึงมีแรงลอกผิวมากที่สุด
ทรัพย์สินที่เก่าแก่
ผลิตภัณฑ์ราวบันไดถูกอัดในรถยนต์ ความถี่ของการสัมผัสแสงแดดสูง และประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพเป็นประสิทธิภาพที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่โฟมราวบันไดกึ่งแข็งโพลียูรีเทนต้องคำนึงถึง ดังนั้น จึงได้ทดสอบประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพของสูตรพื้นฐานและดำเนินการศึกษาการปรับปรุง และผลลัพธ์ได้แสดงไว้ในตารางที่ 4
เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลในตารางที่ 4 พบว่าคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการยึดติดของสูตรพื้นฐานลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการบ่มด้วยความร้อนที่ 120℃: หลังจากบ่มเป็นเวลา 12 ชั่วโมง การสูญเสียคุณสมบัติต่างๆ ยกเว้นความหนาแน่น (เหมือนกันด้านล่าง) อยู่ที่ 13%~16% การสูญเสียประสิทธิภาพจากการบ่ม 24 ชั่วโมงอยู่ที่ 23%~26% แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติการบ่มด้วยความร้อนของสูตรพื้นฐานไม่ดี และคุณสมบัติการบ่มด้วยความร้อนของสูตรดั้งเดิมสามารถปรับปรุงได้อย่างชัดเจนโดยการเติมสารต้านอนุมูลอิสระ A คลาส A ลงในสูตร ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน หลังจากเติมสารต้านอนุมูลอิสระ A การสูญเสียคุณสมบัติต่างๆ หลังจาก 12 ชั่วโมงอยู่ที่ 7%~8% และการสูญเสียคุณสมบัติต่างๆ หลังจาก 24 ชั่วโมงอยู่ที่ 13%~16% การลดลงของคุณสมบัติเชิงกลส่วนใหญ่เกิดจากปฏิกิริยาลูกโซ่ชุดหนึ่งที่เกิดจากการแตกของพันธะเคมีและอนุมูลอิสระที่ทำงานอยู่ในระหว่างกระบวนการบ่มด้วยความร้อน ส่งผลให้โครงสร้างหรือคุณสมบัติของสารดั้งเดิมเปลี่ยนแปลงไปในทางพื้นฐาน ประการหนึ่ง ประสิทธิภาพการยึดเกาะที่ลดลงนั้นเกิดจากคุณสมบัติเชิงกลที่ลดลงของโฟมเอง ประการหนึ่ง เนื่องจากผิว PVC มีสารพลาสติไซเซอร์จำนวนมาก และสารพลาสติไซเซอร์จะเคลื่อนที่ไปที่พื้นผิวในระหว่างกระบวนการทำให้ออกซิเจนเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน การเติมสารต้านอนุมูลอิสระสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการทำให้เสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากสารต้านอนุมูลอิสระสามารถกำจัดอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นใหม่ ชะลอหรือยับยั้งกระบวนการออกซิเดชันของพอลิเมอร์ เพื่อรักษาคุณสมบัติเดิมของพอลิเมอร์ไว้
ประสิทธิภาพการทำงานที่ครอบคลุม
จากผลข้างต้น จึงได้ออกแบบสูตรที่เหมาะสมที่สุดและประเมินคุณสมบัติต่างๆ ของสูตร จากนั้นเปรียบเทียบประสิทธิภาพของสูตรกับโฟมราวบันไดโพลียูรีเทนทั่วไปที่มีการคืนตัวสูง ผลลัพธ์แสดงไว้ในตารางที่ 5
ดังที่เห็นได้จากตารางที่ 5 ประสิทธิภาพของสูตรโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งที่เหมาะสมที่สุดนั้นมีข้อได้เปรียบบางประการเหนือสูตรพื้นฐานและทั่วไป อีกทั้งยังใช้งานได้จริงมากกว่า และเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้กับราวจับที่มีประสิทธิภาพสูง
บทสรุป
การปรับปริมาณโพลีเอเธอร์และการเลือกสารกระจายตัวที่ทำให้เปียกและสารต้านอนุมูลอิสระที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสามารถทำให้โฟมโพลียูรีเทนกึ่งแข็งมีคุณสมบัติทางกลที่ดี มีคุณสมบัติการทนความร้อนที่ยอดเยี่ยม เป็นต้น โดยอิงจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของโฟม ผลิตภัณฑ์โฟมโพลียูรีเทนกึ่งแข็งประสิทธิภาพสูงนี้สามารถนำไปใช้กับวัสดุกันกระแทกยานยนต์ เช่น ราวจับและโต๊ะเครื่องมือ
เวลาโพสต์ : 25 ก.ค. 2567