一种汽车方向盘用低VOC聚氨酯组合料的研制

2020-04-17耿佃勇杨雷

聚氨酯工业 2020年6期

耿佃勇杨雷

(淄博德信联邦化学工业有限公司山东淄博 256410)

聚氨酯自结皮泡沫又称整皮模塑泡沫塑料，是采用反应注射成型方法形成的一种具有自结皮结构的聚氨酯泡沫,外表皮为一层致密的表皮,内部为聚氨酯高回弹性泡沫[1]。这种自结皮泡沫因其手感舒适,同时具有缓冲作用,可用于生产汽车方向盘,能有效地保护驾驶员。

国内汽车方向盘多采用二氯氟乙烷(HCFC-141b)发泡剂发泡的聚氨酯自结皮泡沫体,虽然这种泡沫体的表皮较厚,但HCFC-141b对臭氧层有一定的破坏,即将被淘汰。而用水代替物理发泡剂,具有价格低廉、无毒、不破坏臭氧层等优点[2]。随着人们生活水平不断提高,对汽车质量的要求也越来越高,安全、环保、舒适和经济成为汽车用材料的发展方向,国内于2010年正式发布车内挥发性有机物(VOC)检测标准HJ/T400—2007《车内非金属零部件挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》,进一步促进国内主机厂对车内零部件的VOC指标提出了更高的要求。尽管如此,目前市场上的大部分聚氨酯方向盘组合料还是很难满足低VOC的要求[3]。

本研究采用低VOC聚醚多元醇DEP-330G、聚合物多元醇POP-H30和自制的氨酯改性MDI为主要原料,以乙二醇为扩链剂,使用反应型胺类催化剂DPA,用水代替物理发泡剂制备聚氨酯方向盘制品,该组合料生产的聚氨酯自结皮方向盘的性能和气味均能达到人们对汽车安全、环保和舒适的要求。

1 实验部分

1.1 主要原料和设备

聚醚多元醇(DEP-330G、DDL-1000D)、聚合物多元醇POP-H30,淄博德信联邦化学工业有限公司;4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100),万华化学集团;反应型胺类催化剂DPA,亨斯迈聚氨酯有限公司;扩链剂乙二醇,天津大茂化学试剂厂;泡沫稳定剂Y-10366,美国迈图公司。

高速搅拌机,上海普申化工机械有限公司;计算机系统万能材料试验机、GT-7005-T型恒温恒湿箱,台湾高铁检测仪器公司。

1.2 制备工艺

组合聚醚配方见表1,组合聚醚的总量为100份。异氰酸酯指数控制在0.95～1.08。

表1 组合聚醚配方

组合聚醚的制备:根据表1配方，将DEP-330G、POP-H30 、乙二醇、催化剂、泡沫稳定剂和水混合搅拌均匀。

改性MDI的制备:将适量DDL-1000D置于三口瓶,100～120 ℃抽真空脱水1.5～2.0 h,降温45～55 ℃后加入计量的MDI-100,75～85 ℃反应3 h,合成异氰酸酯基(NCO基)质量分数约为28%的改性MDI。

聚氨酯泡沫的制备:组合聚醚及异氰酸酯组分的温度保持在(25±2)℃,按异氰酸酯指数1.08将称取的异氰酸酯迅速倒入组合聚醚中,并迅速搅拌5～7 s后注入温度55 ℃的模具中,合模,5 min后脱模。

1.3 性能测试

1.3.1 物理性能测试

泡沫硬度按GB/T 2411—2008的方法测定;拉伸强度和伸长率按GB/T 6344—2008的方法测定;撕裂强度按GB/T 10808—2006的方法测定。

1.3.2 气味测试

取质量为20 g的样块置于气味瓶中,盖紧瓶塞,然后将气味瓶置于80 ℃的恒温恒湿箱中存放2 h±10 min。取出气味瓶后冷却5 min,然后由至少6名气味评价员进行评价,评价员鼻子与瓶口距离以清晰闻到气味为准,建议为3～5 cm;要求正常呼吸,在5～10 s内关闭气味瓶。评判标准分为6个等级,可采用半级测定。评判标准:1级,不易感觉到的;2级,可感觉到、但不刺鼻;3级,可明显感觉到、但不刺鼻;4级,刺鼻;5级,非常刺鼻;6级,不可忍受。气味要求等级≤3级。该测试参照东风柳州汽车有限公司企业标准。

2 结果与讨论

2.1 POP用量对泡沫力学性能的影响

POP可以显著增加聚氨酯泡沫的硬度,表2为POP-H30在组合聚醚中的用量对制品力学性能的影响。

表2 POP用量对泡沫力学性能的影响

由表2可知,随着POP用量增加,泡沫制品硬度逐渐变大,拉伸强度变大,伸长率变小,撕裂强度先增后降。

2.2 扩链剂用量对泡沫力学性能的影响

乙二醇作为扩链剂,加入后可以提高产品的硬度及其他力学性能,表3为乙二醇用量对泡沫制品力学性能的影响。

表3 扩链剂乙二醇用量对泡沫力学性能的影响

由表3可知,随着乙二醇用量的增加,制品硬度逐渐变大,拉伸强度变大,伸长率变小,撕裂强度变大。这是因为随着乙二醇用量的增加,异氰酸酯用量增加,导致硬段含量增加且交联增多所致。

2.3 气味测试结果

2.3.1 多元醇VOC检测结果

聚醚多元醇本身没有刺激性气味,但在生产过程中由于产生的甲醛、乙醛等副产物以及原料、助剂等的影响,产品中会有少量挥发性有机物,POP中还会有微量的苯乙烯等单体,这也是聚醚多元醇有刺激性气味的主要原因[4],采用自制的低VOC聚醚多元醇可以降低聚氨酯方向盘制品的气味。聚醚多元醇和POP中VOC检测结果见表4。