موفان

أخبار

تحضير وخصائص رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة لدرابزين السيارات عالي الأداء.

يُعد مسند الذراع داخل السيارة جزءًا أساسيًا من مقصورة القيادة، حيث يؤدي وظيفة دفع وسحب الباب، بالإضافة إلى توفير مسند لذراع الراكب. في حالات الطوارئ، عند اصطدام السيارة بمسند الذراع، يوفر مسند الذراع المصنوع من البولي يوريثان الناعم، أو من البولي بروبيلين المُعدَّل (PP)، أو البولي أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، أو غيرها من أنواع البلاستيك الصلب، مرونةً وامتصاصًا للصدمات، مما يقلل من الإصابات. كما يوفر مسند الذراع المصنوع من رغوة البولي يوريثان الناعمة ملمسًا مريحًا وسطحًا أنيقًا، مما يُحسِّن من راحة وجمال مقصورة القيادة. لذلك، ومع تطور صناعة السيارات وتزايد متطلبات المستهلكين لمواد التصميم الداخلي، تتضح مزايا رغوة البولي يوريثان الناعمة في مساند أذرع السيارات بشكل متزايد.

توجد ثلاثة أنواع من مساند اليد اللينة المصنوعة من البولي يوريثان: مساند اليد المصنوعة من رغوة عالية المرونة، ومساند اليد المصنوعة من رغوة ذاتية التغطية، ومساند اليد المصنوعة من رغوة شبه صلبة. يُغطى السطح الخارجي لمساند اليد عالية المرونة بطبقة من مادة PVC (كلوريد البولي فينيل)، بينما يتكون الجزء الداخلي من رغوة البولي يوريثان عالية المرونة. تتميز هذه المساند بضعف دعم الرغوة، وانخفاض قوتها، وضعف التماسك بين الرغوة والطبقة الخارجية. أما مساند اليد ذاتية التغطية، فتتكون من طبقة داخلية من الرغوة، وتتميز بانخفاض تكلفتها ودرجة تكاملها العالية، وتُستخدم على نطاق واسع في المركبات التجارية، إلا أنه يصعب الجمع بين قوة السطح والراحة العامة. بينما تُغطى مساند اليد شبه الصلبة بطبقة من مادة PVC، توفر ملمسًا ومظهرًا جيدين، وتتميز الرغوة شبه الصلبة الداخلية بملمس ممتاز، ومقاومة عالية للصدمات، وامتصاص للطاقة، ومقاومة للتقادم، مما يجعلها شائعة الاستخدام في تصميمات السيارات.

في هذه الورقة، تم تصميم الصيغة الأساسية لرغوة البولي يوريثان شبه الصلبة لدرابزين السيارات، وتمت دراسة تحسينها على هذا الأساس.

القسم التجريبي

المادة الخام الرئيسية

بولي إيثر بوليول أ (قيمة الهيدروكسيل 30-40 ملغم/غم)، بوليمر بوليول ب (قيمة الهيدروكسيل 25-30 ملغم/غم): شركة وان هوا الكيميائية المحدودة. ثنائي أيزوسيانات ثنائي فينيل ميثان معدل [MDI، نسبة (NCO) 25-30%]، محفز مركب، عامل تشتيت مرطب (العامل 3)، مضاد أكسدة أ: شركة وان هوا الكيميائية (بكين) المحدودة، مايتو، إلخ. عامل تشتيت مرطب (العامل 1)، عامل تشتيت مرطب (العامل 2): شركة بايك الكيميائية. المواد الخام المذكورة أعلاه من الدرجة الصناعية. بطانة PVC: تشانغشو روي هوا.

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 إلكترونية عالمية من نوع KJ-1065، ترموستات فائق من نوع 501A.

تحضير الصيغة الأساسية والعينة

يوضح الجدول 1 التركيبة الأساسية لرغوة البولي يوريثان شبه الصلبة.

تحضير عينة اختبار الخواص الميكانيكية: تم تحضير البولي إيثر المركب (المادة أ) وفقًا لصيغة التصميم، وتم خلطه مع MDI المعدل بنسبة معينة، وتم تقليبه بجهاز تقليب عالي السرعة (3000 دورة في الدقيقة) لمدة 3 إلى 5 ثوانٍ، ثم صبه في القالب المناسب لتكوين الرغوة، وفتح القالب في غضون فترة زمنية معينة للحصول على عينة رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة المصبوبة.

1

تحضير العينة لاختبار أداء الترابط: توضع طبقة من غلاف PVC في الجزء السفلي من القالب، ويتم خلط البولي إيثر المدمج وMDI المعدل بنسبة معينة، ويتم تقليبها بواسطة جهاز تقليب عالي السرعة (3000 دورة في الدقيقة) لمدة 3 إلى 5 ثوانٍ، ثم يتم صبها على سطح الغلاف، ويتم إغلاق القالب، ويتم تشكيل رغوة البولي يوريثان مع الغلاف خلال فترة زمنية معينة.

اختبار الأداء

الخواص الميكانيكية: صلابة انضغاطية بنسبة 40% وفقًا لاختبار معيار ISO-3386؛ تم اختبار قوة الشد والاستطالة عند الكسر وفقًا لمعيار ISO-1798؛ تم اختبار قوة التمزق وفقًا لمعيار ISO-8067. أداء الترابط: تم استخدام آلة الشد الإلكترونية العالمية لتقشير الغلاف والرغوة بزاوية 180 درجة وفقًا لمعيار الشركة المصنعة الأصلية.

أداء التقادم: اختبار فقدان الخصائص الميكانيكية وخصائص الترابط بعد 24 ساعة من التقادم عند درجة حرارة 120 درجة مئوية وفقًا لدرجة الحرارة القياسية للشركة المصنعة الأصلية.

النتائج والمناقشة

الخواص الميكانيكية

من خلال تغيير نسبة بولي إيثر بوليول A وبوليمر بوليول B في الصيغة الأساسية، تم استكشاف تأثير جرعات البولي إيثر المختلفة على الخصائص الميكانيكية لرغوة البولي يوريثان شبه الصلبة، كما هو موضح في الجدول 2.

2

يتضح من نتائج الجدول 2 أن نسبة بولي إيثر بوليول A إلى بوليمر بوليول B تؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية لرغوة البولي يوريثان. فمع ازدياد هذه النسبة، يزداد الاستطالة عند الكسر، بينما تنخفض صلابة الانضغاط إلى حد ما، ويبقى التغير طفيفًا في كل من مقاومة الشد ومقاومة التمزق. تتكون السلسلة الجزيئية للبولي يوريثان بشكل أساسي من جزء مرن وجزء صلب، حيث يتكون الجزء المرن من البوليول، بينما يتكون الجزء الصلب من رابطة الكربامات. من جهة، يختلف الوزن الجزيئي النسبي وقيمة الهيدروكسيل للبوليولين، ومن جهة أخرى، يُعد بوليمر بوليول B بولي إيثر بوليول مُعدَّلًا بالأكريلونيتريل والستايرين، وتتحسن صلابة السلسلة بفضل وجود حلقة البنزين، بينما يحتوي بوليمر بوليول B على جزيئات صغيرة، مما يزيد من هشاشة الرغوة. عندما تكون نسبة بولي إيثر بوليول A هي 80 جزءًا وبوليمر بوليول B هي 10 أجزاء، فإن الخصائص الميكانيكية الشاملة للرغوة تكون أفضل.

ملكية الترابط

نظرًا لكثرة الضغط على الدرابزين، فإن تقشر الرغوة والطبقة الخارجية سيؤثر سلبًا على راحة المستخدمين، لذا فإن قوة التماسك بين رغوة البولي يوريثان والطبقة الخارجية ضرورية. بناءً على البحث السابق، أُضيفت مواد تشتيت مختلفة لاختبار خصائص الالتصاق بين الرغوة والطبقة الخارجية. النتائج موضحة في الجدول 3.

3

يتضح من الجدول 3 أن للمشتتات المبللة المختلفة تأثيرات واضحة على قوة التقشير بين الرغوة والجلد: يحدث انهيار للرغوة بعد استخدام المادة المضافة 2، وهو ما قد يكون ناتجًا عن زيادة تمدد الرغوة بعد إضافة هذه المادة. بعد استخدام المادتين المضافتين 1 و3، تزداد قوة التقشير للعينة المرجعية بشكل ملحوظ، حيث تزيد قوة التقشير للمادة المضافة 1 بنسبة 17% تقريبًا عن العينة المرجعية، بينما تزيد قوة التقشير للمادة المضافة 3 بنسبة 25% تقريبًا عن العينة المرجعية. يعود الاختلاف بين المادتين المضافتين 1 و3 بشكل أساسي إلى اختلاف قابلية ترطيب المادة المركبة على السطح. عمومًا، تُعد زاوية التلامس معيارًا مهمًا لتقييم قابلية ترطيب السائل على المادة الصلبة. لذلك، تم قياس زاوية التلامس بين المادة المركبة والجلد بعد إضافة المشتتين المبللين المذكورتين، والنتائج موضحة في الشكل 1.

4

يتضح من الشكل 1 أن زاوية التلامس للعينة الفارغة هي الأكبر، حيث تبلغ 27 درجة، بينما زاوية التلامس للمادة المساعدة 3 هي الأصغر، حيث تبلغ 12 درجة فقط. وهذا يدل على أن استخدام المادة المضافة 3 يُحسّن قابلية ترطيب المادة المركبة والجلد بشكل كبير، كما أنه يُسهّل انتشارها على سطح الجلد، وبالتالي يُعطي المادة المضافة 3 أعلى قوة تقشير.

العقارات القديمة

تتعرض منتجات الدرابزين للضغط داخل السيارة، مما يزيد من تعرضها لأشعة الشمس، ولذا يُعدّ أداء مقاومة التقادم أحد أهم الخصائص التي يجب مراعاتها عند استخدام رغوة الدرابزين شبه الصلبة المصنوعة من البولي يوريثان. لذلك، تم اختبار أداء مقاومة التقادم للتركيبة الأساسية، وأُجريت دراسة لتحسينها، والنتائج موضحة في الجدول 4.

5

بمقارنة البيانات الواردة في الجدول 4، يتضح أن الخواص الميكانيكية وخواص الترابط للصيغة الأساسية تنخفض بشكل ملحوظ بعد التقادم الحراري عند 120 درجة مئوية: فبعد 12 ساعة من التقادم، تتراوح نسبة فقدان الخواص المختلفة، باستثناء الكثافة (كما هو موضح أدناه)، بين 13% و16%. أما بعد 24 ساعة من التقادم، فتتراوح نسبة فقدان الخواص بين 23% و26%. يشير هذا إلى ضعف مقاومة الصيغة الأساسية للتقادم الحراري، ويمكن تحسين هذه المقاومة بشكل واضح بإضافة مضاد أكسدة من الفئة A. في ظل نفس الظروف التجريبية، وبعد إضافة مضاد الأكسدة A، تراوحت نسبة فقدان الخواص المختلفة بين 7% و8% بعد 12 ساعة، وبين 13% و16% بعد 24 ساعة. ويعود انخفاض الخواص الميكانيكية بشكل رئيسي إلى سلسلة من التفاعلات المتسلسلة الناتجة عن انكسار الروابط الكيميائية والجذور الحرة النشطة أثناء عملية التقادم الحراري، مما يؤدي إلى تغييرات جوهرية في بنية المادة الأصلية أو خواصها. من جهة، يعود انخفاض أداء الترابط إلى تراجع الخواص الميكانيكية للرغوة نفسها، ومن جهة أخرى، إلى احتواء غلاف البولي فينيل كلوريد (PVC) على كمية كبيرة من الملدنات، التي تنتقل إلى السطح أثناء عملية التقادم الحراري بالأكسجين. ويمكن تحسين خصائص التقادم الحراري بإضافة مضادات الأكسدة، وذلك لأنها تقضي على الجذور الحرة المتولدة حديثًا، وتؤخر أو تثبط عملية أكسدة البوليمر، مما يحافظ على خواصه الأصلية.

أداء شامل

استنادًا إلى النتائج المذكورة أعلاه، تم تصميم التركيبة المثلى وتقييم خصائصها المختلفة. وقورن أداء هذه التركيبة بأداء رغوة البولي يوريثان عالية الارتداد المستخدمة في صناعة درابزين السلالم. وتُعرض النتائج في الجدول 5.

6

كما يتضح من الجدول 5، فإن أداء تركيبة رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة المثلى له مزايا معينة مقارنة بالتركيبات الأساسية والعامة، وهو أكثر عملية، وأكثر ملاءمة لتطبيق الدرابزين عالي الأداء.

خاتمة

يُمكن ضبط كمية البولي إيثر واختيار مُشتتات ومُضادات أكسدة مُناسبة لترطيب رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة، مما يُكسبها خصائص ميكانيكية جيدة، ومقاومة ممتازة للتقادم الحراري، وغيرها. وبفضل الأداء المُمتاز لهذه الرغوة، يُمكن استخدام هذا المنتج عالي الأداء من رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة في مواد حماية السيارات، مثل الدرابزين وطاولات العدادات.


تاريخ النشر: 25 يوليو 2024

اترك رسالتك