การเตรียมและคุณลักษณะของโฟมโพลียูรีเทนกึ่งแข็งสำหรับราวจับรถยนต์สมรรถนะสูง
ที่วางแขนภายในห้องโดยสารเป็นส่วนสำคัญของห้องโดยสาร ซึ่งทำหน้าที่ผลักและดึงประตูและรองรับแขนของผู้โดยสาร ในกรณีฉุกเฉิน เมื่อตัวรถชนกับราวจับ ราวจับที่ทำจากโพลียูรีเทนแบบนิ่มและพลาสติก PP (โพลีโพรพิลีน), ABS (โพลีอะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน) และพลาสติกแข็งอื่นๆ มีความยืดหยุ่นและรองรับแรงกระแทกได้ดี ช่วยลดการบาดเจ็บ ราวจับที่ทำจากโฟมโพลียูรีเทนแบบนิ่มให้สัมผัสที่ดีและพื้นผิวที่สวยงาม ช่วยเพิ่มความสบายและความสวยงามให้กับห้องโดยสาร ดังนั้น ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมยานยนต์และความต้องการวัสดุตกแต่งภายในที่เพิ่มขึ้น ข้อดีของโฟมโพลียูรีเทนแบบนิ่มสำหรับราวจับในรถยนต์จึงชัดเจนยิ่งขึ้น
ราวจับแบบนิ่มทำจากโพลียูรีเทนมี 3 ประเภท ได้แก่ โฟมความยืดหยุ่นสูง โฟมแบบมีเปลือกหุ้ม และโฟมกึ่งแข็ง พื้นผิวด้านนอกของราวจับแบบยืดหยุ่นสูงหุ้มด้วยวัสดุ PVC (โพลีไวนิลคลอไรด์) ส่วนภายในเป็นโฟมโพลียูรีเทนความยืดหยุ่นสูง โฟมมีความแข็งแรงค่อนข้างต่ำ ความแข็งแรงค่อนข้างต่ำ และการยึดเกาะระหว่างโฟมกับผิวค่อนข้างน้อย ราวจับแบบมีเปลือกหุ้มมีชั้นโฟมแกนกลาง ต้นทุนต่ำ ระดับการยึดเกาะสูง นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ แต่พิจารณาถึงความแข็งแรงของพื้นผิวและความสบายโดยรวมได้ยาก ที่วางแขนแบบกึ่งแข็งหุ้มด้วยวัสดุ PVC ผิวสัมผัสและรูปลักษณ์ที่ดี ส่วนโฟมกึ่งแข็งภายในให้สัมผัสที่ดีเยี่ยม ทนต่อแรงกระแทก ดูดซับพลังงาน และทนต่อการเสื่อมสภาพ จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการตกแต่งภายในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล
ในบทความนี้ มีการออกแบบสูตรพื้นฐานของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งสำหรับราวจับรถยนต์ และศึกษาการปรับปรุงบนพื้นฐานนี้
ส่วนการทดลอง
วัตถุดิบหลัก
โพลีอีเทอร์โพลีออล เอ (ค่าไฮดรอกซิล 30 ~ 40 มก./ก.), โพลีเมอร์โพลีออล บี (ค่าไฮดรอกซิล 25 ~ 30 มก./ก.): บริษัท Wanhua Chemical Group จำกัด MDI ดัดแปลง [ไดฟีนิลมีเทนไดไอโซไซยาเนต w (NCO) 25% ~ 30%], ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบผสม, สารกระจายตัวแบบเปียก (ตัวแทน 3), สารต้านอนุมูลอิสระ A: บริษัท Wanhua Chemical (Beijing) จำกัด, Maitou ฯลฯ; สารกระจายตัวแบบเปียก (ตัวแทน 1), สารกระจายตัวแบบเปียก (ตัวแทน 2): Byke Chemical วัตถุดิบข้างต้นเป็นเกรดอุตสาหกรรม ผิวซับใน PVC: บริษัท Changshu Ruihua
อุปกรณ์และเครื่องมือหลัก
เครื่องผสมความเร็วสูงประเภท Sdf-400, เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ประเภท AR3202CN, แม่พิมพ์อลูมิเนียม (10 ซม. × 10 ซม. × 1 ซม., 10 ซม. × 10 ซม. × 5 ซม.), เตาอบเป่าลมไฟฟ้าประเภท 101-4AB, เครื่องปรับความตึงสากลอิเล็กทรอนิกส์ประเภท KJ-1065, เทอร์โมสตัทซุปเปอร์ประเภท 501A
การเตรียมสูตรพื้นฐานและตัวอย่าง
ตารางที่ 1 แสดงสูตรพื้นฐานของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็ง
การเตรียมตัวอย่างทดสอบคุณสมบัติเชิงกล: เตรียมโพลีเอเธอร์คอมโพสิต (วัสดุ A) ตามสูตรการออกแบบ ผสมกับ MDI ที่ปรับเปลี่ยนในสัดส่วนที่กำหนด คนด้วยอุปกรณ์กวนความเร็วสูง (3000 รอบ/นาที) เป็นเวลา 3~5 วินาที จากนั้นเทลงในแม่พิมพ์ที่สอดคล้องกับโฟม และเปิดแม่พิมพ์ภายในระยะเวลาที่กำหนดเพื่อให้ได้ตัวอย่างโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งที่ขึ้นรูป
การเตรียมตัวอย่างสำหรับการทดสอบประสิทธิภาพการยึดติด: วางชั้นผิว PVC ลงในแม่พิมพ์ส่วนล่าง จากนั้นผสมโพลีเอเธอร์และ MDI ที่ดัดแปลงเข้าด้วยกันตามสัดส่วน กวนด้วยอุปกรณ์กวนความเร็วสูง (3,000 รอบ/นาที) เป็นเวลา 3~5 วินาที จากนั้นเทลงบนพื้นผิวของผิว จากนั้นปิดแม่พิมพ์ และขึ้นรูปโฟมโพลียูรีเทนพร้อมผิวภายในระยะเวลาที่กำหนด
การทดสอบประสิทธิภาพ
คุณสมบัติเชิงกล: ความแข็งแบบอัด (CLD) 40% ตามมาตรฐานการทดสอบ ISO-3386; ทดสอบความแข็งแรงแรงดึงและการยืดตัว ณ จุดขาดตามมาตรฐาน ISO-1798; ทดสอบความแข็งแรงการฉีกขาดตามมาตรฐาน ISO-8067 ประสิทธิภาพการยึดติด: เครื่องดึงอเนกประสงค์อิเล็กทรอนิกส์นี้ใช้สำหรับลอกผิวและขึ้นรูปโฟม 180° ตามมาตรฐานของ OEM
ประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพ: ทดสอบการสูญเสียคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการยึดติดหลังจากการเสื่อมสภาพ 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 120℃ ตามอุณหภูมิมาตรฐานของ OEM
ผลการศึกษาและการอภิปราย
สมบัติเชิงกล
โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของโพลีเอเธอร์โพลีออลเอและโพลีเมอร์โพลีออลบีในสูตรพื้นฐาน อิทธิพลของปริมาณโพลีเอเธอร์ที่แตกต่างกันต่อคุณสมบัติเชิงกลของโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งจึงถูกสำรวจ ดังที่แสดงในตารางที่ 2
จากผลการทดลองในตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนของพอลิอีเทอร์พอลิออล เอ ต่อพอลิเมอร์พอลิออล บี มีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อสมบัติเชิงกลของโฟมโพลียูรีเทน เมื่ออัตราส่วนของพอลิอีเทอร์พอลิออล เอ ต่อพอลิเมอร์พอลิออล บี เพิ่มขึ้น การยืดตัว ณ จุดขาดจะเพิ่มขึ้น ความแข็งจากแรงอัดจะลดลงในระดับหนึ่ง และความต้านทานแรงดึงและแรงฉีกขาดจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย สายโซ่โมเลกุลของพอลิยูรีเทนประกอบด้วยส่วนอ่อนและส่วนแข็ง ส่วนอ่อนจากพอลิออลและส่วนแข็งจากพันธะคาร์บาเมต ในแง่หนึ่ง น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์และค่าไฮดรอกซิลของพอลิออลทั้งสองชนิดแตกต่างกัน ในทางกลับกัน พอลิเมอร์พอลิออล บี เป็นพอลิอีเทอร์พอลิออลที่ถูกดัดแปลงโดยอะคริโลไนไตรล์และสไตรีน และความแข็งแกร่งของส่วนโซ่เพิ่มขึ้นเนื่องจากมีวงแหวนเบนซีน ในขณะที่พอลิเมอร์พอลิออล บี มีสารโมเลกุลขนาดเล็ก ซึ่งเพิ่มความเปราะของโฟม เมื่อโพลีเอเธอร์โพลีออล A มี 80 ส่วนและโพลีเมอร์โพลีออล B มี 10 ส่วน คุณสมบัติเชิงกลโดยรวมของโฟมก็จะดีขึ้น
คุณสมบัติการยึดติด
เนื่องจากเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความถี่ในการกดสูง ราวจับจึงลดความสบายของชิ้นส่วนลงอย่างมากหากโฟมและผิวหลุดลอก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะระหว่างโฟมโพลียูรีเทนและผิว จากการวิจัยข้างต้น ได้มีการเติมสารช่วยกระจายตัวแบบเปียกชนิดต่างๆ เพื่อทดสอบคุณสมบัติการยึดเกาะของโฟมและผิว ผลลัพธ์แสดงไว้ในตารางที่ 3
จากตารางที่ 3 จะเห็นได้ว่าสารกระจายตัวแบบเปียกต่างชนิดกันมีผลอย่างชัดเจนต่อแรงลอกระหว่างโฟมกับผิว: โฟมจะยุบตัวหลังจากใช้สารเติมแต่ง 2 ซึ่งอาจเกิดจากการเปิดโฟมมากเกินไปหลังจากเติมสารเติมแต่ง 2; หลังจากใช้สารเติมแต่ง 1 และ 3 ความแข็งแรงในการลอกของตัวอย่างเปล่าจะเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง โดยความแข็งแรงในการลอกของสารเติมแต่ง 1 สูงกว่าตัวอย่างเปล่าประมาณ 17% และความแข็งแรงในการลอกของสารเติมแต่ง 3 สูงกว่าตัวอย่างเปล่าประมาณ 25% ความแตกต่างระหว่างสารเติมแต่ง 1 และสารเติมแต่ง 3 ส่วนใหญ่เกิดจากความแตกต่างของความสามารถในการเปียกของวัสดุคอมโพสิตบนพื้นผิว โดยทั่วไป มุมสัมผัสเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการวัดความสามารถในการเปียกของพื้นผิวเพื่อประเมินความสามารถในการเปียกของของเหลวบนของแข็ง ดังนั้น มุมสัมผัสระหว่างวัสดุคอมโพสิตกับผิวหลังจากเติมสารกระจายตัวแบบเปียกทั้งสองชนิดข้างต้นจึงได้รับการทดสอบ และผลลัพธ์ได้แสดงในรูปที่ 1
จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่ามุมสัมผัสของตัวอย่างเปล่ามีค่ามากที่สุด คือ 27° และมุมสัมผัสของสารช่วย 3 มีค่าน้อยที่สุด คือเพียง 12° แสดงให้เห็นว่าการใช้สารเติมแต่ง 3 สามารถปรับปรุงคุณสมบัติการเปียกของวัสดุผสมและผิวได้ดีขึ้น และทำให้เกลี่ยลงบนผิวได้ง่ายขึ้น ดังนั้นการใช้สารเติมแต่ง 3 จึงให้แรงลอกผิวมากที่สุด
ทรัพย์สินที่เก่าแก่
ผลิตภัณฑ์ราวบันไดถูกอัดขึ้นรูปในรถยนต์ ความถี่ในการได้รับแสงแดดสูง และประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพเป็นอีกคุณสมบัติสำคัญที่โฟมราวบันไดโพลียูรีเทนกึ่งแข็งต้องพิจารณา ดังนั้นจึงได้มีการทดสอบประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพของสูตรพื้นฐานและศึกษาการปรับปรุง โดยแสดงผลลัพธ์ในตารางที่ 4
จากการเปรียบเทียบข้อมูลในตารางที่ 4 พบว่าสมบัติเชิงกลและสมบัติการยึดเกาะของสูตรพื้นฐานลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการบ่มด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส โดยหลังจากบ่มเป็นเวลา 12 ชั่วโมง สมบัติต่างๆ ยกเว้นความหนาแน่น (ดังที่แสดงด้านล่าง) สูญเสียไป 13%-16% สมบัติที่สูญเสียไปหลังบ่ม 24 ชั่วโมง สูญเสียไป 23%-26% บ่งชี้ว่าสมบัติการบ่มด้วยความร้อนของสูตรพื้นฐานยังไม่ดีนัก และสมบัติการบ่มด้วยความร้อนของสูตรเดิมสามารถปรับปรุงได้อย่างชัดเจนโดยการเติมสารต้านอนุมูลอิสระ A ในกลุ่ม A ลงในสูตร ภายใต้สภาวะการทดลองเดียวกันหลังจากเติมสารต้านอนุมูลอิสระ A สมบัติต่างๆ สูญเสียไป 7%-8% หลังจาก 12 ชั่วโมง และสูญเสียไป 13%-16% หลังจาก 24 ชั่วโมง สมบัติเชิงกลที่ลดลงส่วนใหญ่เกิดจากปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดจากการแตกของพันธะเคมีและอนุมูลอิสระที่ออกฤทธิ์ในระหว่างกระบวนการบ่มด้วยความร้อน ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในโครงสร้างหรือสมบัติของสารเดิม ประการหนึ่ง ประสิทธิภาพการยึดเกาะที่ลดลงเป็นผลมาจากคุณสมบัติเชิงกลของโฟมเองที่ลดลง ในทางกลับกัน เนื่องจากผิวพีวีซีมีสารพลาสติไซเซอร์จำนวนมาก และสารพลาสติไซเซอร์จะเคลื่อนตัวไปยังพื้นผิวในระหว่างกระบวนการเสื่อมสภาพเนื่องจากออกซิเจนเนื่องจากความร้อน การเติมสารต้านอนุมูลอิสระสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากสารต้านอนุมูลอิสระสามารถกำจัดอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นใหม่ ชะลอหรือยับยั้งกระบวนการออกซิเดชันของพอลิเมอร์ เพื่อรักษาคุณสมบัติดั้งเดิมของพอลิเมอร์ไว้
ประสิทธิภาพที่ครอบคลุม
จากผลการทดสอบข้างต้น เราจึงได้ออกแบบสูตรที่เหมาะสมที่สุดและประเมินคุณสมบัติต่างๆ ของสูตร ประสิทธิภาพของสูตรนี้ถูกนำไปเปรียบเทียบกับโฟมราวบันไดโพลียูรีเทนทั่วไปที่มีอัตราการคืนตัวสูง ผลลัพธ์แสดงไว้ในตารางที่ 5
ดังที่เห็นได้จากตารางที่ 5 ประสิทธิภาพของสูตรโฟมโพลียูรีเทนแบบกึ่งแข็งที่เหมาะสมที่สุดนั้นมีข้อได้เปรียบบางประการเหนือสูตรพื้นฐานและสูตรทั่วไป อีกทั้งยังใช้งานได้จริงมากกว่า และเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้งานราวจับประสิทธิภาพสูง
บทสรุป
การปรับปริมาณโพลีเอเทอร์และการเลือกใช้สารช่วยกระจายตัวแบบเปียกและสารต้านอนุมูลอิสระที่มีคุณสมบัติเหมาะสม ช่วยให้โฟมโพลียูรีเทนกึ่งแข็งมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ทนต่อความร้อนได้ดี และอื่นๆ อีกมากมาย ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของโฟม ผลิตภัณฑ์โฟมโพลียูรีเทนกึ่งแข็งประสิทธิภาพสูงนี้สามารถนำไปใช้กับวัสดุกันกระแทกในรถยนต์ เช่น ราวบันไดและโต๊ะวางเครื่องมือ
เวลาโพสต์: 25 ก.ค. 2567