إعداد وخصائص رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة لدرابزين السيارات عالية الأداء.
مسند الذراع في مقصورة السيارة جزء مهم من الكابينة، فهو مسؤول عن دفع وسحب الباب ووضع ذراع الشخص داخلها. في حالات الطوارئ، عند اصطدام السيارة بالدرابزين، يوفر درابزين البولي يوريثان الناعم، بالإضافة إلى مواد PP (البولي بروبيلين)، وABS (البولي أكريلونيتريل - البيوتادين - الستايرين) وغيرها من المواد البلاستيكية الصلبة، مرونةً وعزلاً جيدين، مما يقلل من الإصابات. كما يوفر درابزين رغوة البولي يوريثان الناعمة ملمسًا مريحًا وملمسًا جميلًا، مما يُحسّن راحة وجمال مقصورة القيادة. لذلك، مع تطور صناعة السيارات وازدياد متطلبات الناس للمواد الداخلية، تتضح مزايا رغوة البولي يوريثان الناعمة في درابزين السيارات أكثر فأكثر.
هناك ثلاثة أنواع من درابزين البولي يوريثان الناعم: رغوة عالية المرونة، ورغوة ذاتية التقشر، ورغوة شبه صلبة. السطح الخارجي للدرابزين عالي المرونة مغطى بطبقة من كلوريد البولي فينيل (PVC)، والجزء الداخلي مصنوع من رغوة البولي يوريثان عالية المرونة. دعم الرغوة ضعيف نسبيًا، وقوتها منخفضة نسبيًا، والالتصاق بين الرغوة والجلد غير كافٍ نسبيًا. يتميز الدرابزين ذاتي التقشر بطبقة أساسية من الرغوة من الجلد، وهو منخفض التكلفة، ودرجة تكامل عالية، ويُستخدم على نطاق واسع في المركبات التجارية، ولكن من الصعب مراعاة قوة السطح والراحة العامة. مسند الذراع شبه الصلب مغطى بجلد PVC، ويوفر الجلد ملمسًا ومظهرًا جيدًا، وتتميز الرغوة شبه الصلبة الداخلية بملمس ممتاز، ومقاومة للصدمات، وامتصاص للطاقة، ومقاومة للشيخوخة، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع في استخدام داخل سيارات الركاب.
في هذه الورقة، تم تصميم الصيغة الأساسية لرغوة البولي يوريثين شبه الصلبة لدرابزين السيارات، وتم دراسة تحسينها على هذا الأساس.
القسم التجريبي
المواد الخام الرئيسية
بولي إيثر بوليول أ (قيمة الهيدروكسيل 30-40 ملغ/غ)، بوليمر بوليول ب (قيمة الهيدروكسيل 25-30 ملغ/غ): شركة وانهوا الكيميائية المحدودة. MDI مُعدّل [ثنائي فينيل ميثان ثنائي إيزوسيانات، w (NCO) بنسبة 25%-30%]، محفز مركب، مُشتت ترطيب (العامل 3)، مضاد أكسدة أ: شركة وانهوا الكيميائية (بكين) المحدودة، مايتو، إلخ. مُشتت ترطيب (العامل 1)، مُشتت ترطيب (العامل 2): شركة بايك الكيميائية. المواد الخام المذكورة أعلاه صناعية. بطانة من البولي فينيل كلوريد: شركة تشانغشو رويهوا.
المعدات والأجهزة الرئيسية
خلاط عالي السرعة من نوع Sdf-400، ميزان إلكتروني من نوع AR3202CN، قالب ألومنيوم (10 سم × 10 سم × 1 سم، 10 سم × 10 سم × 5 سم)، فرن نفخ كهربائي من نوع 101-4AB، آلة شد عالمية إلكترونية من نوع KJ-1065، منظم حرارة فائق من نوع 501A.
إعداد الصيغة الأساسية والعينة
يظهر التركيب الأساسي لرغوة البولي يوريثان شبه الصلبة في الجدول 1.
إعداد عينة اختبار الخصائص الميكانيكية: تم تحضير البولي إيثر المركب (مادة أ) وفقًا لصيغة التصميم، وخلطه مع MDI المعدل بنسبة معينة، وتحريكه بجهاز تحريك عالي السرعة (3000 دورة في الدقيقة) لمدة 3 ~ 5 ثوانٍ، ثم صبه في القالب المقابل للرغوة، وفتح القالب في غضون وقت معين للحصول على عينة مصبوبة من رغوة البولي يوريثين شبه الصلبة.
إعداد العينة لاختبار أداء الترابط: يتم وضع طبقة من جلد PVC في القالب السفلي للقالب، ويتم خلط البولي إيثر المدمج وMDI المعدل بنسبة متناسبة، ويتم التحريك بواسطة جهاز تحريك عالي السرعة (3000 دورة في الدقيقة) لمدة 3 ~ 5 ثوانٍ، ثم يتم سكبها على سطح الجلد، ويتم إغلاق القالب، ويتم تشكيل رغوة البولي يوريثين مع الجلد في غضون فترة زمنية معينة.
اختبار الأداء
الخصائص الميكانيكية: صلابة ضغطية 40% (CLD) وفقًا لمعيار ISO-3386؛ قوة الشد والاستطالة عند الكسر وفقًا لمعيار ISO-1798؛ قوة التمزق وفقًا لمعيار ISO-8067. أداء الترابط: تُستخدم آلة الشد الإلكترونية العالمية لتقشير الجلد والرغوة بزاوية 180 درجة وفقًا لمعيار الشركة المصنعة للمعدات الأصلية.
أداء الشيخوخة: اختبر فقدان الخصائص الميكانيكية وخصائص الترابط بعد 24 ساعة من الشيخوخة عند 120 درجة مئوية وفقًا لدرجة الحرارة القياسية للشركة المصنعة للمعدات الأصلية.
النتائج والمناقشة
الخاصية الميكانيكية
من خلال تغيير نسبة بولي إيثر بوليول أ وبوليمر بوليول ب في الصيغة الأساسية، تم استكشاف تأثير جرعات مختلفة من البولي إيثر على الخصائص الميكانيكية لرغوة البولي يوريثان شبه الصلبة، كما هو موضح في الجدول 2.
يتضح من النتائج الواردة في الجدول 2 أن نسبة بولي إيثر بوليول أ إلى بوليمر بوليول ب لها تأثير كبير على الخواص الميكانيكية لرغوة البولي يوريثان. فعندما تزداد نسبة بولي إيثر بوليول أ إلى بوليمر بوليول ب، تزداد الاستطالة عند الكسر، وتنخفض صلابة الضغط إلى حد ما، وتتغير قوة الشد وقوة التمزق قليلاً. تتكون السلسلة الجزيئية للبولي يوريثان بشكل أساسي من جزء ناعم وجزء صلب، جزء ناعم من بوليول وجزء صلب من رابطة الكاربامات. من ناحية، يختلف الوزن الجزيئي النسبي وقيمة الهيدروكسيل للبوليولين، ومن ناحية أخرى، فإن بوليمر بوليول ب هو بولي إيثر بوليول معدل بواسطة أكريلونيتريل وستايرين، وتتحسن صلابة جزء السلسلة بسبب وجود حلقة البنزين، بينما يحتوي بوليمر بوليول ب على مواد جزيئية صغيرة، مما يزيد من هشاشة الرغوة. عندما يكون بولي إيثر بوليول A 80 جزءًا وبوليمر بوليول B 10 أجزاء، تكون الخصائص الميكانيكية الشاملة للرغوة أفضل.
خاصية الترابط
نظرًا لكونه منتجًا عالي التردد، فإن الدرابزين سيقلل بشكل كبير من راحة أجزائه في حال تقشر الرغوة والجلد، لذا يلزم تحسين أداء الالتصاق بين رغوة البولي يوريثان والجلد. بناءً على البحث المذكور أعلاه، أُضيفت مُشتتات ترطيب مختلفة لاختبار خصائص التصاق الرغوة والجلد. النتائج موضحة في الجدول 3.
يتضح من الجدول 3 أن مُشتتات البلل المختلفة لها تأثيرات واضحة على قوة التقشير بين الرغوة والقشرة: يحدث انهيار الرغوة بعد استخدام المادة المضافة 2، والتي قد تكون ناجمة عن الفتح المفرط للرغوة بعد إضافة المادة المضافة 2؛ بعد استخدام المضافين 1 و3، تزداد قوة تجريد العينة الفارغة بشكل معين، وتكون قوة تجريد المادة المضافة 1 أعلى بنحو 17% من قوة العينة الفارغة، وتكون قوة تجريد المادة المضافة 3 أعلى بنحو 25% من قوة العينة الفارغة. ويعود الاختلاف بين المادة المضافة 1 والمادة المضافة 3 بشكل رئيسي إلى الاختلاف في قابلية تبليل المادة المركبة على السطح. وبشكل عام، تُعد زاوية التلامس معلمة مهمة لقياس قابلية تبليل السطح لتقييم قابلية تبليل السائل على المادة الصلبة. لذلك، تم اختبار زاوية التلامس بين المادة المركبة والقشرة بعد إضافة مُشتتات البلل المذكورة أعلاه، وقد تم عرض النتائج في الشكل 1.
يتضح من الشكل 1 أن زاوية تلامس العينة الفارغة هي الأكبر، وهي 27 درجة، بينما زاوية تلامس العامل المساعد 3 هي الأصغر، وهي 12 درجة فقط. هذا يُظهر أن استخدام المادة المضافة 3 يُحسّن قابلية ترطيب المادة المركبة والجلد بشكل كبير، كما يُسهّل انتشارها على سطح الجلد، مما يُعطيها أكبر قوة تقشير.
الممتلكات القديمة
تُضغط منتجات الدرابزين في العربات، وتتعرض لأشعة الشمس بشكل متكرر، ويُعدّ أداء التقادم من أهم العوامل التي يجب مراعاتها عند تصنيع رغوة الدرابزين شبه الصلبة المصنوعة من البولي يوريثان. لذلك، تم اختبار أداء التقادم للتركيبة الأساسية، وأُجريت دراسة تحسين، وعُرضت النتائج في الجدول 4.
بمقارنة البيانات في الجدول 4، يمكن إيجاد أن الخصائص الميكانيكية وخصائص الرابطة للصيغة الأساسية تنخفض بشكل كبير بعد الشيخوخة الحرارية عند 120 درجة مئوية: بعد الشيخوخة لمدة 12 ساعة، فإن فقدان الخصائص المختلفة باستثناء الكثافة (نفس ما يلي) هو 13٪ ~ 16٪؛ فقدان الأداء للشيخوخة لمدة 24 ساعة هو 23٪ ~ 26٪. يشار إلى أن خاصية الشيخوخة الحرارية للصيغة الأساسية ليست جيدة، ويمكن تحسين خاصية الشيخوخة الحرارية للصيغة الأصلية بشكل واضح عن طريق إضافة فئة A من مضادات الأكسدة A إلى الصيغة. في ظل نفس الظروف التجريبية بعد إضافة مضادات الأكسدة A، كان فقدان الخصائص المختلفة بعد 12 ساعة 7٪ ~ 8٪، وكان فقدان الخصائص المختلفة بعد 24 ساعة 13٪ ~ 16٪. يرجع انخفاض الخصائص الميكانيكية بشكل أساسي إلى سلسلة من التفاعلات المتسلسلة الناجمة عن كسر الرابطة الكيميائية والجذور الحرة النشطة أثناء عملية الشيخوخة الحرارية، مما يؤدي إلى تغييرات أساسية في بنية أو خصائص المادة الأصلية. من جهة، يُعزى انخفاض أداء الترابط إلى انخفاض الخواص الميكانيكية للرغوة نفسها، ومن جهة أخرى، لاحتواء غلاف البولي فينيل كلوريد على كمية كبيرة من المُلدِّنات، حيث تنتقل هذه المُلدِّنات إلى السطح أثناء عملية الشيخوخة الحرارية بالأكسجين. يمكن أن تُحسّن إضافة مضادات الأكسدة من خصائص الشيخوخة الحرارية، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرتها على إزالة الجذور الحرة المُتولدة حديثًا، وتأخير أو تثبيط عملية أكسدة البوليمر، مما يُحافظ على خصائصه الأصلية.
الأداء الشامل
بناءً على النتائج المذكورة أعلاه، صُممت التركيبة المثلى وقُيّمت خصائصها المختلفة. وقورنت أداء التركيبة بأداء رغوة البولي يوريثان عالية الارتداد العامة للدرابزين. وتوضح النتائج في الجدول 5.
كما يمكن أن نرى من الجدول 5، فإن أداء صيغة رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة المثالية له مزايا معينة مقارنة بالصيغ الأساسية والعامة، وهو أكثر عملية، وهو أكثر ملاءمة لتطبيق الدرابزين عالي الأداء.
خاتمة
إن ضبط كمية البولي إيثر واختيار مُشتت ترطيب ومضاد أكسدة مؤهلين يُعطي رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة خصائص ميكانيكية ممتازة، وخصائص ممتازة في مقاومة الحرارة، وغيرها. بفضل أدائها الممتاز، يُمكن استخدام هذا المنتج عالي الأداء من رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة على مواد عزل السيارات، مثل الدرابزين وطاولات العدادات.
وقت النشر: ٢٥ يوليو ٢٠٢٤