הכנה ומאפיינים של קצף פוליאוריטן חצי קשיח עבור מעקות רכב בעלי ביצועים גבוהים.
משענת היד בפנים הרכב היא חלק חשוב בתא הנהג, אשר ממלאת את התפקיד של דחיפה ומשיכה של הדלת והנחת זרועו של האדם ברכב. במקרה חירום, כאשר הרכב מתנגש במעקה, מעקה פוליאוריטן רך ומעקות פוליפרופילן (PP) מעובדים, ABS (פוליאקרילוניטריל-בוטדיאן-סטירן) ופלסטיק קשיח אחר, יכולים לספק גמישות וחימוץ טובים, ובכך להפחית פציעות. מעקות קצף פוליאוריטן רך יכולים לספק תחושה טובה ביד ומרקם פני שטח יפה, ובכך לשפר את הנוחות והיופי של תא הנהג. לכן, עם התפתחות תעשיית הרכב ושיפור דרישות האנשים לחומרי פנים, היתרונות של קצף פוליאוריטן רך במעקות רכב הופכים ברורים יותר ויותר.
ישנם שלושה סוגים של מעקות פוליאוריטן רכים: קצף עמידות גבוהה, קצף בעל קרום עצמי וקצף קשיח למחצה. המשטח החיצוני של המעקות עמידות גבוהה מכוסה בשכבת PVC (פוליוויניל כלוריד), והפנים עשוי מקצף פוליאוריטן עמידות גבוהה. תמיכת הקצף חלשה יחסית, החוזק נמוך יחסית, וההידבקות בין הקצף לשכבה אינה מספקת יחסית. למעקה העצמי שכבת ליבה עשויה מקצף, עלות נמוכה, דרגת אינטגרציה גבוהה, והוא נמצא בשימוש נרחב ברכבים מסחריים, אך קשה לקחת בחשבון את חוזק המשטח ואת הנוחות הכוללת. משענת יד קשיחה למחצה מכוסה בשכבת PVC, הקליפה מספקת מגע ומראה טובים, ולקצף הפנימי הקשיח למחצה יש תחושה מצוינת, עמידות בפני פגיעות, ספיגת אנרגיה ועמידות בפני הזדקנות, ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב יותר ויותר בשימוש בפנים רכבי נוסעים.
במאמר זה, מתוכננת הנוסחה הבסיסית של קצף פוליאוריטן חצי קשיח למעקות רכב, ועל בסיס זה נחקר שיפורו.
מדור ניסיוני
חומר גלם עיקרי
פוליאתר פוליאול A (ערך הידרוקסיל 30 ~ 40 מ"ג/גרם), פולימר פוליאול B (ערך הידרוקסיל 25 ~ 30 מ"ג/גרם): Wanhua Chemical Group Co., LTD. MDI מעובד [דיפנילמתאן דיאיזוציאנט, w (NCO) הוא 25%~30%], זרז מרוכב, חומר מפזר הרטבה (חומר 3), נוגד חמצון A: Wanhua Chemical (Beijing) Co., LTD., Maitou, וכו'; חומר מפזר הרטבה (חומר 1), חומר מפזר הרטבה (חומר 2): Byke Chemical. חומרי הגלם הנ"ל הם ברמה תעשייתית. ציפוי PVC: Changshu Ruihua.
ציוד ומכשירים עיקריים
מערבל במהירות גבוהה מסוג Sdf-400, מאזן אלקטרוני מסוג AR3202CN, תבנית אלומיניום (10 ס"מ × 10 ס"מ × 1 ס"מ, 10 ס"מ × 10 ס"מ × 5 ס"מ), תנור מפוח חשמלי מסוג 101-4AB, מכונת מתח אוניברסלית אלקטרונית מסוג KJ-1065, תרמוסטט-על מסוג 501A.
הכנת נוסחה בסיסית ודגימה
הניסוח הבסיסי של קצף פוליאוריטן חצי קשיח מוצג בטבלה 1.
הכנת דגימת בדיקת התכונות המכניות: הפוליאתר המרוכב (חומר A) הוכן לפי נוסחת התכנון, עורבב עם MDI שעבר שינוי ביחס מסוים, ערבב בעזרת מכשיר ערבוב במהירות גבוהה (3000 סל"ד) במשך 3~5 שניות, לאחר מכן שפך לתבנית המתאימה לקצף, ופתח את התבנית תוך זמן מסוים כדי לקבל את דגימת הקצף הפוליאוריטני הקשיח למחצה.
הכנת הדגימה לבדיקת ביצועי הדבקה: שכבת PVC מונחת בתבנית התחתונה של התבנית, והפוליאתר המשולב וה-MDI המעובד מעורבבים בפרופורציות, מערבבים באמצעות מכשיר ערבוב במהירות גבוהה (3000 סל"ד) במשך 3~5 שניות, לאחר מכן יוצקים לתוך פני השטח של התבנית, סוגרים את התבנית, וקצף הפוליאוריטן עם התבנית מעוצב תוך זמן מסוים.
מבחן ביצועים
תכונות מכניות: 40% CLD (קשיות דחיסה) לפי תקן ISO-3386; חוזק מתיחה והתארכות בשבירה נבדקו לפי תקן ISO-1798; חוזק קריעה נבדק לפי תקן ISO-8067. ביצועי הדבקה: מכונת המתיחה האוניברסלית האלקטרונית משמשת לקילוף העור והקצף ב-180° לפי תקן של יצרן ציוד מקורי (OEM).
ביצועי הזדקנות: יש לבדוק את אובדן התכונות המכניות ותכונות ההדבקה לאחר 24 שעות של הזדקנות ב-120 מעלות צלזיוס בהתאם לטמפרטורה הסטנדרטית של יצרן ציוד מקורי (OEM).
תוצאות ודיון
תכונה מכנית
על ידי שינוי היחס בין פוליאתר פוליאתר A לפולימר פוליאתר B בנוסחה הבסיסית, נחקרה ההשפעה של מינון פוליאתר שונה על התכונות המכניות של קצף פוליאוריטן חצי קשיח, כפי שמוצג בטבלה 2.
ניתן לראות מהתוצאות בטבלה 2 כי היחס בין פוליאתר פוליאול A לפולימר פוליאול B משפיע באופן משמעותי על התכונות המכניות של קצף פוליאוריטן. כאשר היחס בין פוליאתר פוליאול A לפולימר פוליאול B עולה, ההתארכות בשבירה עולה, קשיות הדחיסה יורדת במידה מסוימת, וחוזק המתיחה וחוזק הקריעה משתנים מעט. שרשרת המולקולות של פוליאוריטן מורכבת בעיקר מקטע רך ומקטע קשה, מקטע רך מפוליול ומקטע קשה מקשר קרבמט. מצד אחד, המשקל המולקולרי היחסי וערך ההידרוקסיל של שני הפוליאולים שונים, מצד שני, הפולימר פוליאול B הוא פוליאתר פוליאול שעבר שינוי על ידי אקרילוניטריל וסטירן, וקשיחות מקטע השרשרת משתפרת עקב קיומה של טבעת בנזן, בעוד שהפולימר פוליאול B מכיל חומרים מולקולריים קטנים, מה שמגביר את שבירות הקצף. כאשר פוליאתר פוליאול A הוא 80 חלקים ופולימר פוליאול B הוא 10 חלקים, התכונות המכניות המקיפות של הקצף טובות יותר.
נכס מליטה
כמוצר בעל תדירות לחיצה גבוהה, המעקה יפחית משמעותית את נוחות החלקים אם הקצף והעור מתקלפים, ולכן נדרשת ביצועי הדבקה טובים יותר של קצף פוליאוריטן ועור. על סמך המחקר הנ"ל, נוספו חומרי פיזור הרטבה שונים כדי לבדוק את תכונות ההדבקה של הקצף והעור. התוצאות מוצגות בטבלה 3.
ניתן לראות מטבלה 3 כי לפיזורי הרטבה שונים יש השפעות ברורות על כוח הקילוף בין הקצף לעור: קריסת הקצף מתרחשת לאחר השימוש בתוסף 2, אשר עשויה להיגרם עקב פתיחה מוגזמת של הקצף לאחר הוספת תוסף 2; לאחר השימוש בתוספים 1 ו-3, חוזק הקילוף של הדגימה הריקה עולה באופן מסוים, וחוזק הקילוף של תוסף 1 גבוה בכ-17% מזה של הדגימה הריקה, וחוזק הקילוף של תוסף 3 גבוה בכ-25% מזה של הדגימה הריקה. ההבדל בין תוסף 1 לתוסף 3 נגרם בעיקר מההבדל בהרטביות של החומר המרוכב על פני השטח. באופן כללי, כדי להעריך את הרטביות של נוזל על מוצק, זווית המגע היא פרמטר חשוב למדידת הרטביות של פני השטח. לכן, נבדקה זווית המגע בין החומר המרוכב לעור לאחר הוספת שני פיזורי ההרטבה הנ"ל, והתוצאות הוצגו באיור 1.
ניתן לראות באיור 1 שזווית המגע של הדגימה הריקה היא הגדולה ביותר, שהיא 27°, וזווית המגע של חומר העזר 3 היא הקטנה ביותר, והיא 12° בלבד. ממצא זה מראה שהשימוש בתוסף 3 יכול לשפר את יכולת הרטבה של החומר המרוכב והעור במידה רבה יותר, וקל יותר למרוח אותו על פני העור, ולכן השימוש בתוסף 3 הוא בעל כוח הקילוף הגדול ביותר.
נכס מזדקן
מוצרי מעקות נלחצים בתוך המכונית, תדירות החשיפה לאור השמש גבוהה, וביצועי ההזדקנות הם ביצועים חשובים נוספים שיש לקחת בחשבון בקצף מעקות פוליאוריטן חצי קשיח. לכן, נבדקו ביצועי ההזדקנות של הנוסחה הבסיסית ונערך מחקר שיפור, והתוצאות הוצגו בטבלה 4.
על ידי השוואת הנתונים בטבלה 4, ניתן למצוא כי התכונות המכניות ותכונות ההדבקה של הנוסחה הבסיסית יורדות משמעותית לאחר הזדקנות תרמית ב-120 מעלות צלזיוס: לאחר הזדקנות של 12 שעות, אובדן תכונות שונות מלבד צפיפות (אותו ערך להלן) הוא 13%~16%; אובדן הביצועים של הזדקנות של 24 שעות הוא 23%~26%. מצויין כי תכונת ההזדקנות בחום של הנוסחה הבסיסית אינה טובה, וניתן לשפר באופן ברור את תכונת ההזדקנות בחום של הנוסחה המקורית על ידי הוספת נוגד חמצון מסוג A לנוסחה. תחת אותם תנאי ניסוי לאחר הוספת נוגד החמצון A, אובדן תכונות שונות לאחר 12 שעות היה 7%~8%, ואובדן תכונות שונות לאחר 24 שעות היה 13%~16%. הירידה בתכונות המכניות נובעת בעיקר מסדרה של תגובות שרשרת הנגרמות על ידי שבירת קשר כימי ורדיקלים חופשיים פעילים במהלך תהליך ההזדקנות התרמית, וכתוצאה מכך שינויים מהותיים במבנה או בתכונות של החומר המקורי. מצד אחד, הירידה בביצועי ההדבקה נובעת מירידה בתכונות המכניות של הקצף עצמו, ומצד שני, משום שקליפת ה-PVC מכילה מספר רב של פלסטייזרים, והפלסטייזר נודד אל פני השטח במהלך תהליך ההזדקנות התרמית בחמצן. תוספת של נוגדי חמצון יכולה לשפר את תכונות ההזדקנות התרמית שלו, בעיקר משום שנוגדי חמצון יכולים לחסל רדיקלים חופשיים חדשים שנוצרו, לעכב או לעכב את תהליך החמצון של הפולימר, כדי לשמור על התכונות המקוריות של הפולימר.
ביצועים מקיפים
בהתבסס על התוצאות הנ"ל, תוכננה הנוסחה האופטימלית ותכונותיה השונות הוערכו. ביצועי הנוסחה הושוו לאלו של קצף פוליאוריטן כללי בעל ריבאונד גבוה. התוצאות מוצגות בטבלה 5.
כפי שניתן לראות בטבלה 5, לביצועים של נוסחת קצף פוליאוריטן חצי קשיח אופטימלית יש יתרונות מסוימים על פני נוסחאות בסיסיות וכלליות, והיא פרקטית יותר, והיא מתאימה יותר ליישום מעקות בעלי ביצועים גבוהים.
מַסְקָנָה
התאמת כמות הפוליאתר ובחירת חומר מפזר הרטבה ונוגד חמצון מתאימים יכולים להעניק לקצף הפוליאוריטן החצי-קשיח תכונות מכניות טובות, תכונות הזדקנות בחום מעולות וכן הלאה. בהתבסס על הביצועים המצוינים של הקצף, מוצר קצף פוליאוריטן חצי-קשיח בעל ביצועים גבוהים זה ניתן ליישם על חומרי חיץ לרכב כגון מעקות ושולחנות מכשירים.
זמן פרסום: 25 ביולי 2024
