汽车扰流板用聚氨酯材料的开发.doc

130 40 化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials汽车扰流板用聚氨酯材料的开发杜俊超，孙海欧，于文杰（黎明化工研究院，河南洛阳） 年第 卷第 期摘 要： 对汽车扰流板用聚氨酯材料的配方、生产工艺及制品性能进行了研究，解决了制品高温烘烤变形及表面针孔等问题，生产出了高性能的聚氨酯汽车扰流板。关键词： 汽车扰流板；聚氨酯；开发中图分类号：文献标识码：文章编号：（）汽车扰流板是汽车尾部安装的一个与水平方向呈一定角度的附加板。汽车高速行驶过程中，利用其倾斜度，可使风力直接产生向下的压力，减少车辆尾部的气动升力，提高汽车的行驶稳定性。同时扰流板还可增强汽车的动感和美观，体现个性化设计及降低汽车油耗等作用。目前，按照空气动力学原理设计的汽车扰流板在欧美等发达国家已得到广泛应用。在中国，随着汽车工业的快速发展，人们对于汽车轻量化、节能、美观、快速、安全和舒适等要求越来越高，大量轿车装配了扰流板。扰流板属汽车外饰件，须有良好的外观和力学性能，扰流板材料必须通过高低温实验及材料性能实验，以满足高温烤漆工艺及不同使用环境下的要求；因此，其对材料的要求很高。当前，国内外主要采用 材料挤出吹塑成型工艺生产汽车扰流板，使用吹塑工艺生产的汽车扰流板高低温性能好，不易翘曲变形，但力学性能较差，脆性大，使用过程中容易开裂；同时，昂贵的模具费用也射口处出大气泡等问题，使制品表面质量、高低温性能和形变稳定性能得到了很大改善。目前，材料性能稳定，制品表面良好，已投入工业化生产。实验部分原料聚醚多元醇 ：工业级，上海高桥石化公司；聚酯多元醇 ：自制；交联剂 ：自制；异氰酸酯（，液化 ）：工业级，烟台万华聚氨酯有限公司； ：工业级，杭州富时特化工有限公司；泡沫稳定剂（，）：工业级，德国 公司；泡沫稳定剂 ：工业级，南京德美世创公司；催化剂（ ， ，醋酸钾） ：溧阳市雨田化工有限公司；催化剂 ：自制。设备和模具 型高压浇注机：润英集团；闭模浇注钢模：模具尺寸为 ，可通循环水控制模具温度。基本使扰流板的生产成本普遍较高。为提高生产效率，改善材料的力学性能，国内外尝试使用聚氨酯反应注射成型（）材料和工艺生产汽车扰流板，制品力学性能较好；但材料耐温性稍差，表面容易产生气孔，影响外观，增加原料名称聚醚（聚酯）多元醇催化剂泡沫稳定剂水物理发泡剂质量份了后期加工难度。因此，到目前为止，采用该法生产汽车扰流板没有得到大面积推广，市场上也没有相关材料的销售。黎明化工研究院经过多年的研究，对配方进行不断改进，并多次进行上机实验，先后克服了制品高温烘烤变形、表面大量针孔、橘皮、粘模及注配方中 指数为 。性能测试方法硬度： 橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法；密度： 塑料密度和相对密度试验方法；弯曲强度、弯曲模量： 塑料弯曲性能试验方法；拉伸强度： 塑料拉伸性能的测定。结果与讨论配方研究汽车扰流板用聚氨酯材料要求原料相容性和流 动性好；制品要求密度小，力学性能和高低温性能好，表面质量高，后处理方便，同时还要求快速脱模，提高生产效率。这些条件对该材料的配方提出了很高的要求。多元醇的影响汽车扰流板需经受后期高温烤漆工艺，因而对制品硬度和形变稳定性要求较高。而聚氨酯材料的耐热性一般较差，随温度上升，弯曲模量会不断下降，制品易变形。选用羟值较大、官能度较高的聚醚多元醇 ，可提高制品的耐热性。同时适量加入羟值较大、黏度较小的 官能度芳烃聚酯多元醇 ，可改善原液的流动性及制品韧性。显改善。但 用量过多，会影响制品韧性，当交联剂用量为 时，制品性能较好。催化剂的影响催化剂对原料反应速度和制品性能有决定性的影响，合适的催化剂体系能赋予系统较长的操作时间和较短的脱模时间，使物料相对分子质量明显变大之前能充满整个模具。在汽车扰流板用聚氨酯材料中，为使体系有较长的操作时间和较短的脱模时间，需使用相应的延迟催化剂。同时，为提高制品耐热性能，可少量使用三聚催化剂，如醋酸钾、油酸钾等。不同催化剂对制品性能的影响见表 。表 不同催化剂及用量对制品性能的影响乳白时 凝胶时（催化剂）：耐高催化剂制品表面间间（ 组分）温性 针孔较多差表 是芳烃聚酯多元醇用量与韧性及制品尺寸醋酸钾 不平整好稳定性的关系。可以看出，随 用量增加，制品韧性增加，但 加入过多，材料尺寸稳定性 良好差复配催化剂 良好好变 差 。 当 聚 酯 多 元 醇 质 量 占 多 元 醇 总 质 量 的 时，材料韧性和材料尺寸稳定性较好。表 芳烃聚酯多元醇用量与制品韧性及尺寸稳定性的关系注：复配催化剂配比为 （）：（醋酸钾）：（）：。从表 可看出，在实际生产中，控制乳白时间为 时较为合适，在此基础上的实验结果为：单独使用 、醋酸钾，制品表面较差，而使用自制的延迟催化剂 ，制品耐高温性能不好。而（聚酯多元醇）：（多元醇） 交联剂的影响韧性差差好好好尺寸稳定性好好好好差采用复配催化剂，不仅脱模时间短，而且制品综合性能好。 发泡剂及用量的影响发泡剂对汽车扰流板性能影响较大，需同时使用水和物理发泡剂（）。水可与异氰酸酯反应放出 气体，在发泡的同时，生成部分脲在配方中适量加入低相对分子质量扩链剂和交联剂，可提高制品的硬度和强度，同时可有效改善制品的高低温性能和形变稳定性。笔者采用自制的高官能度交联剂 ，研究了其用量与制品硬度及热下垂温度的关系，结果见表 表 交联剂 用量与制品硬度及乳白时间的关系（ 交联剂 ） ： （ 组分） 邵 硬度热下垂温度 键，增加了制品的硬度和耐热性。如单独使用水作为发泡剂，制品表面针孔较多。而物理发泡剂发泡均匀，并能有效降低体系黏度，同时制品表面会形成一层致密的表皮，利于后期加工。表 是物理发泡剂用量与制品表面质量的关系（水质量分数为 ）。表 物理发泡剂用量与制品表面关系 （物理发泡剂）：（ 组分） 制品表面质量针孔较多少量针孔表 皮 致 密 ， 无 针 孔表 皮 致 密 ， 无 针 孔从表 可看出，随交联剂 用量的增加， 表皮硬度明显下降制品的硬度和热下垂温度明显增加，耐高温性能明从表 可看出，物理发泡剂对制品表面质量影 42 化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials 年第 卷第 期响较大，但用量过多，制品密度降低，材料硬度和耐热温度也会下降，不宜大量使用。采用 份的物理发泡剂，制品表皮致密，无针孔出现。泡沫稳定剂的影响泡沫稳定剂可以稳定泡孔和调节泡孔结构，增加原料的互容性，对制品表面的改善也有很大帮助。但泡沫稳定剂的活性会影响制品脱模时间。长，影响生产效率。表 为物料温度对制品表面的影响，可以看出，当料温为 左右时，制品表面优秀。表 物料温度对制品表面的影响物料温度 制品表面 有 橘 皮 ， 针 孔 多表 是不同泡沫稳定剂与泡孔结构和制品脱模时间之间的关系，可以看出，采用热模塑泡沫稳定剂 ，泡孔均匀细腻，脱模时间较短 。表 不同泡沫稳定剂与泡孔结构及制品脱模时间的关系 模具温度有 橘 皮 ， 针 孔 减 少有 橘 皮 ， 无 针 孔无 橘 皮 ， 无 针 孔 ， 无 气 泡浇口处有气泡生产聚氨酯扰流板时，降低模温时制品表面粗泡沫稳定剂 泡孔结构不均匀均匀细腻均匀细腻制品脱模时间 糙，脱模时间较长；而模温较高时制品表面光滑，针孔较少。但模温过高，会使物料溢出过多，造成制品密度下降，还会使制品表皮变薄，外观变 异氰酸酯对制品性能的影响制备汽车扰流板用聚氨酯材料常用的异氰酸酯是多亚甲基多苯基多异氰酸酯（），它苯环含量高，活性大，且制品交联度高，制品耐热性好，差。表 为模具温度对制品外观及脱模时间的影响，可以看出，该体系的理想模温在 。表 模具温度对制品外观及脱模时间的影响但 生产的制品韧性差，需进行改性。在 中适量加入液化 ，可改善制品韧性。表 是液化 用量对制品性能的影响，可看出，在 中加入 左右的液化 （即 （液化 ）：（）：），可提高制品韧性，不会降低制品的尺寸稳定性。模具温度 表面质量粗 糙 ， 制 品 较 脆粗 糙 ， 制 品 较 脆有 针 孔 ， 制 品 稍 脆光 滑 、 无 针 孔 ， 韧 性 好光 滑 、 无 针 孔 ， 韧 性 好硬 度 低 ， 表 面 差脱模时间 表 液化 用量对制品性能的影响 脱模时间脱模时间会影响制品的生产质量和生产效率。（液化 ）： （ 组分） 工艺条件研究韧性差差好好好尺寸稳定性好好好差差脱模时间过短，制品熟化不够，在后期储存过程中容易开裂和变形；脱模时间过长，会降低生产效率。因此，要根据实验结果确定合适的脱模时间。表 为脱模时间对制品质量的影响，可以看出，制品脱模时间应控制在 。表 脱模时间对制品质量的影响聚氨酯扰流板的生产与模温、料温、脱模时间等工艺参数有关，合适的工艺参数能生产出高质量的汽车外饰件。 物料温度物料温度与反应速度和制品表面质量密切相关。物料温度升高，黏度降低，反应速度加快，脱模时间 制品表面质量粘 模 ， 表 面 无 光 泽粘 模 ， 表 面 无 光 泽粘 模 ， 表 面 有 光 泽表面优秀表面优秀制品性能变形变形后期不变形后期不变形后期不变形凝胶时间缩短；但温度过高，反应过快，会使浇注时间缩短，物料不能充满整个模具，还会在浇口处留下气泡，影响后续加工；而物料温度低，黏度大，会使制品表面针孔增加或粘模，且脱模时间另外，要生产出高质量的汽车外饰件，注射压力、注射时间、注射速度和锁模力等技术参数也非常重要。（上接第页）艺条件。制品性能采用以上配方及工艺，可生产出密度低、力学性能高、高低温性能和表面质量好的汽车扰流板制 品 。制 品 性 能 如 下 ：采用该材料和工艺生产的汽车扰流板，能够快速脱模，密度低，有较高的力学性能、高低温性能，表面质量好，后处理方便，已应用于国内多家品牌汽车扰流板的生产。密度（）邵 硬度拉伸强度