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        汽車座椅用高回彈泡沫撕裂強度影響因素研究

        2019-12-02 548

        察了汽車座椅用高回彈聚氨酯泡沫的主要原料和助劑對其撕裂強度的影響。結果表 明,聚合物多元醇用量和異氰酸酯指數越大,泡沫的撕裂強度越高; 采用二異丙醇胺( DIPA) 和三異 丙醇胺( TIPA) 作交聯劑所制備的高回彈聚氨酯泡沫撕裂強度較好,二乙醇胺( DEOA)和三乙醇胺 ( TEOA) 次之; 使用的泡沫穩定劑活性越低,泡孔越粗大,泡沫的撕裂強度越高;開孔劑和催化劑對 泡沫的撕裂強度影響較小。聚氨酯( PU) 高回彈泡沫因具有高彈性、高舒適性、高生產效率等優點,在汽車坐墊等領域中得到了廣泛應用。隨著人體工程學的應用,汽車座椅的 設計越來越功能化。座椅設計必須與人體構造一致,坐墊表面的壓力均勻分布,同時具有加熱、通風等功能,這就要求座椅泡沫中加入不同功能嵌件。這些功能嵌件的加入,對PU 泡沫撕裂強度提出了更高的要求。撕裂強度較差時,結構復雜的泡沫在生產過程中脫模時容易撕裂,裝配到座椅后,使用過程中會影響座椅的安全性。PU 泡沫的撕裂強度主要與配方選擇的原料種類和用量有關,一般在1. 0~ 4. 0 N / cm 范圍。本研究對高回彈泡沫撕裂強度的影響因素進行了詳細分析,以滿足不同廠家的技術要求。1 實驗部分1. 1 主要原料聚醚多元醇F3135( 羥值35 mgKOH / g) ,萬華化學集團股份有限公司; 聚合物多元醇LP-H45 ( 羥值28 mgKOH / g) ,山東隆華新材料股份有限公司; 泡沫穩定劑 S1、S2,空氣化工產品有限公司; 泡沫穩定劑S3,美國邁圖公司; 二乙醇胺( DEOA) 、三乙醇胺( TEOA) ,工業級,美國陶氏化學公司; 催化劑 806- C、LOD-C,自制; 三異丙醇胺( TIPA) 、二異丙醇胺( DIPA) ,南京紅寶麗股份有限公司; 甘油( 丙三醇) ,北京恒成興盛科技有限公司; 開孔劑K1 ( 環氧乙烷/ 環氧丙烷( EO / PO) 共聚醚) ,天津第三石油化工廠; 開孔劑 K2,江蘇長華聚氨酯科技有限公司; 開孔劑 K3,山東藍星東大化工有限責任公司; 開孔劑K4,南京金陵石化公司; 甲苯二異氰酸酯( TDI-80) ,滄州大化集團有限責任公司; 聚合 MDI( PM-200 ) 、改性 MDI-4,萬華化學集團股份有限公司; 改性MDI-1、改性 MDI-2,上海亨斯邁聚氨酯有限公司; 改性 MDI-3,科思創聚合物中國有限公司; 改性 MDI- 5,日本三井化學公司。以上均為工業級。1. 2 主要試驗儀器設備CMT-7150 型電子萬能材料試驗機,珠海三思計量儀器有限公司; 鋼模尺寸為30 cm × 30 cm × 10 cm。1. 3 高回彈組合料制備表1 為高回彈泡沫組合料A 組分基本配方。B 組分為 TDI / 聚合 MDI 的混合物( 簡稱 T / M)或者改性 MDI。如不特別說明,T / M 質量比為 1 /1,異氰酸酯指數為1. 00。1. 4 測試標準撕裂強度按GB / T 10808—2006 測試。1、結果與討論2. 1聚合物多元醇用量對泡沫撕裂強度的影響聚醚多元醇( POL) 是高回彈泡沫配方中的主要成分,另外還需加入聚合物多元醇( POP) 來增加泡沫的硬度和開孔性,以調整泡沫的泡孔結構和物理機械性能。POL 和POP 的質量比對泡沫的硬度和撕裂強度有明顯的影響。本實驗在T / M 質量比1 /1 的條件下,研究了聚合物多元醇和聚醚多元醇的質量比對泡沫撕裂強度的影響,結果見表2。由表2 可知,隨著POP 用量增加,泡沫的撕裂強度逐漸升高。主要原因是POP 中存在大量的苯乙烯-丙烯腈分子鏈段,使泡沫的微相分離程度增加,脲相區氫鍵結合更為緊密。該鏈段一方面增加了泡沫骨架的剛度和硬度; 另一方面有助于泡沫開孔,使泡沫的經絡變得更加粗大,進而增加了泡沫的撕裂強度[2 -3]。由此可見,泡沫的撕裂強度與聚合物多元醇的添加量成正比關系。實際應用中,可根據硬度要求,選擇合適的聚合物多元醇用量。2. 2 異氰酸酯對泡沫撕裂強度的影響2. 2. 1 異氰酸酯品種對泡沫撕裂強度的影響目前用于制備高回彈泡沫的異氰酸酯主要是改性 MDI、TDI 和聚合 MDI,根據所用原料分為改性MDI 體系和 T / M 體系。其中改性 MDI 主要是氨酯改性,由于改性劑不同,其反應活性不同,所制備的泡沫泡孔結構也不同。首先考察不同改性 MDI 對泡沫撕裂強度的影響,結果見表3。其中配方A 組分 POL / POP 質量比 85 /15,B 組分中改性 MDI-1 和改性 MDI-2 結構中 EO 含量比較高,改性 MDI-3、改性 MDI-4 和改性 MDI-5 結構中 PO 含量比較高。和撕裂強度不盡相同。使用高EO 比例聚醚改性的異氰酸酯制備泡沫在發泡過程中軟硬段相分離較差,泡沫撕裂強度稍差; 使用高PO 比例聚醚改性的異氰酸酯制備泡沫在發泡過程中軟硬段相分離較好,泡沫撕裂強度較高。因此,改性 MDI 體系中,高PO 含量改性 MDI 制得的泡沫撕裂強度優于高 EO含量改性 MDI 制得的泡沫。在TDI 和聚合MDI 復配體系( T / M 體系) 中,聚合 MDI 官能度高,凝膠速度快,有助于泡沫交聯度的提高; TDI 官能度低,有助于泡沫的柔軟性。根據目前汽車主機廠對高回彈泡沫硬度的要求,添加40% 的POP 即能滿足大部分汽車廠的硬度指標。本實驗中 POL / POP 質量比為 60 /40,考察了T / M 體系中 TDI 與聚合 MDI 的摻混比例對泡沫撕裂強度的影響,結果見表4。由表 4 可知,TDI 比例越高,則泡沫的撕裂強度越高。這與TDI 反應活性較低、相分離完全、硬段結晶度較高有關; 而聚合 MDI 官能度高,凝膠速度快,相分離不完全,從而導致泡沫撕裂強度較低。因此,T / M 體系中 TDI 含量越高,泡沫的撕裂強度越高。2. 2. 2 異氰酸酯指數對泡沫撕裂強度的影響異氰酸酯品種確定后,坐墊制造企業一般會在現場根據不同的硬度要求調整A / B 組分比例。兩個組分的比例不同,生產的泡沫開孔性及撕裂強度也不同。異氰酸酯指數一般為0. 8 ~ 1. 2。以POL /POP 質量比 60 /40,考察了異氰酸酯指數對泡沫撕裂強度的影響,結果見表5。 由表 3 可以看出,不同類型的改性 MDI,由于其改性劑及摻混物質不同,導致生成的泡沫泡孔結構由表5 可知,異氰酸酯指數越高,撕裂強度越高。這是因為當異氰酸酯指數低于1. 00 時,部分聚醚多元醇未參與反應; 當異氰酸酯指數高于1. 00 時,泡沫在放置過程中殘留的異氰酸酯會與空氣中的水分反應生成脲基硬段,因而撕裂強度變高。2. 3 交聯劑對泡沫撕裂強度的影響選擇交聯劑時,要根據制品要求,從性能、加工和價格等方面考慮。常見的交聯劑有DEOA、TEOA、甘油、TIPA、DIPA 等。交聯劑品種和用量不一樣,高回彈泡沫的強度也不一樣。固定POL / POP 質量比為 60 /40,考察了交聯劑品種對泡沫撕裂強度的影響,結果見表6。由表6 可知,不同的交聯劑對泡沫的強度影響很大。其中,在同等用量條件下,以DEOA 或TEOA 為交聯劑制備的高回彈泡沫的撕裂強度差別不大,但采用 DEOA 為交聯劑時,反應初期起發快,TEOA對后期有加快熟化作用。采用 DIPA 或 TIPA 時撕裂強度較高,但反應活性低。與 DIPA 和 TIPA 相比,甘油有較高的反應活性,能加快泡沫熟化。實際中可以根據需要選擇。因此可知,采用交聯劑DEOA 和TEOA 制備的泡沫撕裂強度相當,能加快泡沫的熟化; DIPA 和 TI- PA 制備的泡沫撕裂強度比DEOA 和TEOA 高,對泡沫的后熟化影響較小。在上述配方的基礎上,以二乙醇胺為交聯劑,考察了用量對泡沫撕裂強度的影響,結果見表7。由表7 可知,隨著加入量的增加,泡沫撕裂強度先升高后降低,二乙醇胺加入量為0. 3 份左右時,撕裂強度最高。主要原因是因為隨著交聯劑用量的增加,泡沫適度交聯,形成網狀結構,撕裂強度上升,但隨著交聯度的升高,泡沫的交聯點過于密集,泡沫變脆,撕裂強度反而越來越低。2. 4 泡沫穩定劑對泡沫撕裂強度的影響研究固定 POL / POP 質量比為 60 /40,考察了泡沫穩定劑品種及用量對泡沫撕裂強度的影響,結果見表8。其中,S1 是 MDI 體系通用型泡沫穩定劑,S2 和S3 是T / M 體系通用型泡沫穩定劑,表面活性程度S3 >S2 >S1。由表8 可以看出,隨著泡沫穩定劑表面活性的增加,泡孔越來越細,泡沫的撕裂強度越來越低。泡沫穩定劑對撕裂強度有較大影響,泡孔越粗,撕裂強度越高。2. 5 開孔劑對泡沫撕裂強度的影響目前PU 高回彈泡沫多采用特殊化學組成的EO-PO 共聚醚、聚氧化烯烴-聚硅氧烷共聚物等作為開孔劑。固定 POL / POP 質量比為 60 /40,開孔劑添加量為1. 5% ,考察了開孔劑對泡沫撕裂強度的影響,結果見表9。由表9 可以看出,采用開孔劑K1 所制備泡沫的撕裂強度有所降低外,其余開孔劑對撕裂強度影響不大。上述幾種開孔劑都是富含EO 的多元醇,主要區別是結構上的差異,正是這些差異導致了泡沫撕裂強度的微小變化。2. 6 催化劑對泡沫撕裂強度的影響普通的胺催化劑如三乙烯二胺( A33) 、雙( 二甲胺基乙基) 醚( A1) 等不參與反應,其最終殘留在泡沫成品中,并會緩慢地揮發遷移。隨著汽車行業對泡沫材料氣味和VOC 的要求越來越高,目前高回彈泡沫主要使用反應型催化劑,這些催化劑參與反應,并在泡沫骨架上形成交聯結構,對泡沫的撕裂強度 也有一定的影響。固定 POL / POP 質量比為 60 /40,交聯劑為二乙醇胺0. 8% ,考察了催化劑對泡沫撕裂強度的影響。其中806-C 是復配的含有A33 和A1 的非反應型催化劑,添加量為0. 75% ,制得的泡沫的撕裂強度是2. 05 N / cm,LOD-C 是復配的全反應型催化劑,添加量為0. 9% ,制得的泡沫的撕裂強度是1. 96 N / cm。由實驗結果可以看出,使用反應型催化劑后,泡沫的撕裂強度有一定程度的降低,但不是太大。在實際生產中,建議可以根據其他的方案對撕裂強度的損失進行彌補。1 結論( 1) 聚合物多元醇對高回彈泡沫的撕裂強度有較大影響,用量越高,PU 泡沫的撕裂強度越高。( 2) 在全 MDI 體系中,使用高 PO 比例聚醚改性得到的改性 MDI,制備的泡沫撕裂強度較高; 若使用 T / M 體系,TDI 含量越高,泡沫的撕裂強度越高。隨著異氰酸酯指數的升高,兩種體系的泡沫撕裂強度均逐漸升高。( 3) 采用交聯劑DEOA 和TEOA 制備的泡沫撕裂強度相當,能加快泡沫的熟化; DIPA 和 TIPA 制備的泡沫撕裂強度比DEOA 和TEOA 高,對泡沫的后熟化影響較小。( 4) 泡沫穩定劑對撕裂強度有較大影響,泡孔越粗,撕裂強度越高。( 5) 開孔劑K1 會降低泡沫的撕裂強度,其余的開孔劑對泡沫的撕裂強度影響不大; 使用反應型催化劑和非反應型催化劑,所制備的兩種高回彈PU 泡沫的撕裂強度差別不大。

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