고성능 자동차 난간용 폴리우레탄 반경질 폼의 제조 및 특성.
차량 내부의 암레스트는 운전석의 중요한 부분으로, 문을 밀고 당기며 탑승자의 팔을 차량에 고정하는 역할을 합니다. 비상 상황 발생 시, 차량과 핸드레일이 충돌할 경우, 폴리우레탄 소프트 핸드레일과 변성 PP(폴리프로필렌), ABS(폴리아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 등의 경질 플라스틱 핸드레일은 우수한 탄성과 완충 기능을 제공하여 부상을 줄일 수 있습니다. 폴리우레탄 소프트폼 핸드레일은 우수한 촉감과 아름다운 표면 질감을 제공하여 운전석의 편안함과 미관을 향상시킵니다. 따라서 자동차 산업의 발전과 차량 내장재에 대한 사람들의 요구가 높아짐에 따라, 자동차 핸드레일에서 폴리우레탄 소프트폼의 장점이 점점 더 부각되고 있습니다.
폴리우레탄 소프트 핸드레일에는 고탄성 폼, 자체 크러스트 폼, 반경질 폼의 세 가지 종류가 있습니다.고탄성 핸드레일의 외부 표면은 PVC(폴리염화비닐) 스킨으로 덮여 있고 내부는 폴리우레탄 고탄성 폼입니다.폼의 지지력이 상대적으로 약하고 강도가 상대적으로 낮으며 폼과 스킨의 접착력이 상대적으로 부족합니다.자체 크러스트 핸드레일은 폼 코어 층이 스킨으로 되어 있어 비용이 저렴하고 집적도가 높아 상용차에 널리 사용되지만 표면의 강도와 전반적인 편안함을 고려하기 어렵습니다.반경질 암레스트는 PVC 스킨으로 덮여 있으며 스킨은 좋은 촉감과 외관을 제공하며 내부 반경질 폼은 뛰어난 촉감, 내충격성, 에너지 흡수 및 내노화성을 가지고 있어 승용차 인테리어 용도로 점점 더 널리 사용되고 있습니다.
본 논문에서는 자동차 난간용 폴리우레탄 반경질폼의 기본 공식을 설계하고, 이를 바탕으로 개선 방안을 연구한다.
실험 섹션
주요 원료
폴리에테르 폴리올 A(수산기가 30~40mg/g), 폴리머 폴리올 B(수산기가 25~30mg/g): 완화화학그룹(Wanhua Chemical Group Co., LTD.) 변성 MDI[디페닐메탄 디이소시아네이트, w(NCO) 함량 25~30%], 복합 촉매, 습윤 분산제(제3), 산화방지제 A: 완화화학(베이징)유한공사, 마이터우 등; 습윤 분산제(제1), 습윤 분산제(제2): 바이크화학(Byke Chemical). 상기 원료는 산업용 등급입니다. PVC 라이닝 스킨: 창수 루이화(Changshu Ruihua).
주요 장비 및 계측기
Sdf-400형 고속믹서, AR3202CN형 전자저울, 알루미늄몰드(10cm×10cm×1cm, 10cm×10cm×5cm), 101-4AB형 전기식 송풍로, KJ-1065형 전자식 범용 장력기, 501A형 슈퍼서모스탯.
기본 공식 및 샘플 준비
반경성 폴리우레탄 폼의 기본 제형은 표 1에 나와 있습니다.
기계적 성질 시험 샘플의 제조: 복합 폴리에테르(A재)를 설계 공식에 따라 제조하고, 개질된 MDI와 일정 비율로 혼합한 후, 고속 교반 장치(3000r/min)로 3~5초간 교반한 후, 해당 금형에 부어 발포시키고, 일정 시간 내에 금형을 열어 반경질 폴리우레탄 폼 성형 샘플을 얻었다.
접합 성능 시험을 위한 샘플 준비: PVC 스킨 층을 금형 하부 다이에 놓고, 결합된 폴리에테르와 개질된 MDI를 비율에 맞게 혼합한 후, 고속 교반 장치(3,000 r/min)로 3~5초 동안 교반한 후 스킨 표면에 붓고 금형을 닫고, 스킨이 있는 폴리우레탄 폼을 일정 시간 내에 성형합니다.
성능 테스트
기계적 특성: ISO-3386 표준 시험에 따른 40% CLD(압축 경도); 인장 강도 및 파단 신율은 ISO-1798 표준에 따라 시험; 인열 강도는 ISO-8067 표준에 따라 시험. 접착 성능: OEM 표준에 따라 전자식 범용 장력기를 사용하여 스킨과 폼을 180° 박리합니다.
노화 성능: OEM의 표준 온도에 따라 120℃에서 24시간 노화 후 기계적 특성 및 접합 특성의 손실을 테스트합니다.
결과 및 논의
기계적 성질
기본 화학식에서 폴리에테르 폴리올 A와 폴리머 폴리올 B의 비율을 변화시켜, 반경성 폴리우레탄 폼의 기계적 특성에 미치는 폴리에테르의 투여량의 영향을 조사하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2의 결과에서 알 수 있듯이 폴리에테르 폴리올 A와 폴리머 폴리올 B의 비율은 폴리우레탄 폼의 기계적 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 폴리에테르 폴리올 A와 폴리머 폴리올 B의 비율이 증가하면 파단 신율이 증가하고 압축 경도는 어느 정도 감소하며 인장 강도와 인열 강도는 거의 변하지 않습니다. 폴리우레탄의 분자 사슬은 주로 연질 세그먼트와 경질 세그먼트, 폴리올에서 유래한 연질 세그먼트와 카바메이트 결합에서 유래한 경질 세그먼트로 구성됩니다. 한편으로는 두 폴리올의 상대 분자량과 수산기가가 다르고, 다른 한편으로는 폴리머 폴리올 B는 아크릴로니트릴과 스티렌으로 변성된 폴리에테르 폴리올이며, 벤젠 고리의 존재로 인해 사슬 세그먼트의 강성이 향상되는 반면, 폴리머 폴리올 B는 작은 분자 물질을 함유하여 폼의 취성을 증가시킵니다. 폴리에테르 폴리올 A가 80부이고, 폴리머 폴리올 B가 10부일 때, 폼의 종합적인 기계적 성질이 더 좋다.
결합 속성
핸드레일은 높은 압력 빈도를 가진 제품으로서, 폼과 피막이 벗겨지면 부품의 착용감이 크게 저하되므로 폴리우레탄 폼과 피막의 접착 성능이 필수적입니다. 위 연구를 바탕으로 다양한 습윤 분산제를 첨가하여 폼과 피막의 접착력을 시험하였습니다. 결과는 표 3에 제시되어 있습니다.
표 3에서 알 수 있듯이, 다양한 습윤 분산제가 폼과 표면 사이의 박리력에 명확한 영향을 미칩니다. 첨가제 2를 사용한 후 폼 붕괴가 발생하는데, 이는 첨가제 2를 첨가한 후 폼이 과도하게 열리기 때문일 수 있습니다. 첨가제 1과 3을 사용한 후, 블랭크 샘플의 박리 강도가 어느 정도 증가했으며, 첨가제 1의 박리 강도는 블랭크 샘플보다 약 17% 더 높고, 첨가제 3의 박리 강도는 블랭크 샘플보다 약 25% 더 높습니다. 첨가제 1과 첨가제 3의 차이는 주로 표면에서 복합 재료의 젖음성 차이로 인해 발생합니다. 일반적으로 고체에 대한 액체의 젖음성을 평가하기 위해 접촉각은 표면 젖음성을 측정하는 중요한 매개변수입니다. 따라서 위의 두 가지 습윤 분산제를 첨가한 후 복합 재료와 표면 사이의 접촉각을 테스트하고 결과를 그림 1에 나타내었습니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이, 공시료의 접촉각은 27°로 가장 크고, 보조제 3의 접촉각은 12°로 가장 작습니다. 이는 첨가제 3을 사용하면 복합 재료와 피부의 습윤성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 피부 표면에 도포하기가 더 쉬워 첨가제 3의 박리력이 가장 크다는 것을 보여줍니다.
노후화된 부동산
핸드레일 제품은 차량 내부에 압착되어 있으며, 햇빛 노출 빈도가 높고, 노화 성능 또한 폴리우레탄 반경질 핸드레일 폼이 고려해야 할 중요한 성능 중 하나입니다. 따라서 기본 배합의 노화 성능을 시험하고 개선 연구를 수행하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었습니다.
표 4의 데이터를 비교함으로써, 기본 공식의 기계적 특성과 접합 특성이 120℃에서 열 노화 후 상당히 감소한 것을 알 수 있다: 12시간 동안 노화한 후, 밀도(이하 동일)를 제외한 다양한 특성의 손실은 13%~16%이고, 24시간 노화의 성능 손실은 23%~26%이다. 기본 공식의 열 노화 특성이 좋지 않고, 원래 공식의 열 노화 특성은 공식에 A 종류의 산화 방지제 A를 첨가함으로써 현저히 개선될 수 있음을 나타낸다. 산화 방지제 A를 첨가한 후 동일한 실험 조건에서 12시간 후 다양한 특성의 손실은 7%~8%였고, 24시간 후 다양한 특성의 손실은 13%~16%였다. 기계적 특성의 감소는 주로 열 노화 과정에서 화학 결합 파손과 활성 자유 라디칼에 의해 유발되는 일련의 연쇄 반응으로 인해 원래 물질의 구조 또는 특성에 근본적인 변화가 발생하기 때문이다. 접착력 저하의 원인은 한편으로는 폼 자체의 기계적 물성 저하에 기인하고, 다른 한편으로는 PVC 외피에 다량의 가소제가 함유되어 있어 열 산소 노화 과정에서 가소제가 표면으로 이동하기 때문입니다. 산화방지제를 첨가하면 열 노화 특성을 향상시킬 수 있는데, 이는 산화방지제가 새로 생성된 자유 라디칼을 제거하고 폴리머의 산화 과정을 지연 또는 억제하여 폴리머의 원래 특성을 유지하기 때문입니다.
종합적인 성과
위의 결과를 바탕으로 최적의 배합을 설계하고 다양한 물성을 평가하였다. 개발된 배합의 성능을 일반 폴리우레탄 고반발 핸드레일 폼과 비교하였다. 그 결과는 표 5에 나타내었다.
표 5에서 볼 수 있듯이, 최적의 반경성 폴리우레탄 폼 제형의 성능은 기본 제형 및 일반 제형에 비해 일정한 장점을 가지고 있으며, 더욱 실용적이고 고성능 난간의 적용에 더욱 적합합니다.
결론
폴리에테르의 함량을 조절하고, 적합한 습윤 분산제 및 산화방지제를 선택하면 반경질 폴리우레탄 폼에 우수한 기계적 물성, 뛰어난 열 노화 특성 등을 부여할 수 있습니다. 이 고성능 폴리우레탄 반경질 폼 제품은 폼의 탁월한 성능을 바탕으로 핸드레일, 계기판 등 자동차 완충재에 적용될 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 7월 25일