Композиционные материалы на основе полиуретанов
..pdfотражается на их стабильности и реакционной способности. «Ожижение» МДИ обычно достигается модификацией его низ
комолекулярными диолами. В результате получаются очень ста
бильные жидкие квазипредполимеры с эффективной функцио нальностью около 2,0, позволяющие изготавливать высококаче ственные эластомерные матер.иалы. Недостатком подобных мо дифицированных МДИ является относительно высокая вяз
кость 0,8-1 ,б Па· с, препятствующая их применению в процес сах РИФ. Смеси модифицированного уретонимином МДИ с ква
зипредполимером из МДИ и низкополимерных днолов имеют
среднюю функциональность 2,1 и вязкость О,15-0,2 Па· с (прн
25 °С). Такие полинзоциа,наты лучше всего отвечают требова ниям процессов РИФ, особенно при производстве крупнога·ба
ритных деталей.
ДОБАВКИ
ВСПЕНИВАЮЩИЕ АГЕНТЫ
Наиболее распространенными вспенивающими агентами в
производстве ППУ являются фреоны F-11 и F-12*. Однако в
США их использование находится под угрозой запрета на том
основании, что органы защиты окружающей среды озабочены
возможностью разрушения под влиянием фреонов озонного слоя атмосферы, защищающего Землю от УФ-радиации в ближней области опектра (290-320 нм). Специалисты считают, что сни жение содержания озона на 1% вызовет усиление интенсив
ности УФ-радиации у поверхности Земли на 2%' [7, 8]. Полага
ют, что, 'попадая на высоту 25 км от Земли, фреоны частично распадаются под влиянием УФ-излучения и образующийся ато
марный хлор вступает во взаимодействие с озоном:
Cl +Оз- CI0+02
CIO+O - CI+02
По мнению правительства Великобритании [9], сегодня нет
оснований запрещать 1применение фреонов, однако уровень УФ
радиации необходимо тщательно I<Онтролировать и не допус
I<ать его повышения. По данным правительства, начиная с
20-х годов ХХ в., т. е. когда были проведены первые замеры ин тенсивности УФ-излучения, содержание озона в атмосфере уве личилось на 5-1 О%, хотя за этот же период наблюдалось сто
кратное колебание интенсивности УФ-излучения у поверхности
Земли на широте Великобритании.
* Фреоны (в СССР - хладоны) -торговое название замещенных фтор хлоралканов. Последняя цифра в наименовании марки указывает на число атомов фтора в молекуле; вторая от конца цифра равна числу атомов водо
рода в молекуле плюс 1; третья цифра от конца равна числу атомов углеро
да в молекуле минус 1 (ноль не пишется).-При.м. пер.
93
Поэтому правительство Великобритании воздержалось от
01юнчательного решения, ПОI<а не будет завершена обширная программа исследований по изучению воздействия фреонов на окружающую среду. Вместе с тем праrвительство рекомендует производителям и потребителям фреонов искать вещества, за
меняющие фреоны, а также ·свести к минимуму утечки фреонов в атмооферу.
На долю ППУ приходптся не более 5% от общего объема
потребления фреонов, основная же их часть используется в ка честве аэрозо.пьных пропеллентD'в и рабочего вещества холо
ДИJiьных машин. Низкая теплопроводность паров фреона по
сравнению с воздухом и диоксидом углерода придает за·крыто
ячеистым жестким ППУ хорошие теплоизоляционные ·свойства.
Однако фреоны, применяемые в качестве дополнительного
вспенивающего агента* при получении, например, эластичных и интегральных ППУ, попадают в атмосферу почти сразу же пос
ле вспенивания, ·и именно для таких материалов применение
фреонов должно быть ограничено или даже запрещено в первую очередь. Хотя разрушающее действие фреонов на озонный слой окончательно не выяснена, агентство по охране окружающей
среды США намерено запретить применение фреонов (таких,
как F-11, F-12 и F-22) в некоторых случаях, .и ·прежде всего в аэрозольных у'паковках. В дальнейшем это запрещение плани руется распространить на применение фреонов и в других об
ластях.
Что касает·ся веществ-заменителей фреонов, то здесь прежде
всего следует отметить метпленхлорид, применявшийся в незна
чительных количествах в течение ряда лет как дополнительный вспенивающий агент в производстве эластичных ППУ. Недостат
ками этого газообразователя Я'вляются сравнительно высокая
температура кипения и хорошая растворимость в полиуретано
вых композициях [ 18д] о В лроизводстве •блочного ППУ метиленхлор.ид можно успеш
но использовать в качестве дополнительного .вспенивающего·
агента в смеси с F-11 (4 масс. ч. на 100 масс. ч. полиэфира).
Для еще большего сокращения расхода F -11 прп получении мяг
ЮIХ и сверхмягких ППУ рекомендуют смесь вспени.вающих
агентов: F-11-50%, дихлорметана-30%, хлорэтана-·
20% [10].
Все расширяющееся производство изделий из интегрального ППУ для внутренней отделки основано на использовании F-11
вJ.;ачестве основного вспенивающего агента; и в этом случае
оказалась возможной его частичная замена метиленхлори дом [11] о
* Дополнительные (вторичные, вспомогательные) вспенивающие агенты
применяются в комбинированных, или составных, газообразующих смесях.
В таких смесях основной агент вспенивает композицию, а дополнительный
ниве.шрует отрицательные свойства основного ·(токсичность, плохую диспер
гнруемость, высокую температуру разложения и т. д.) - Прим. ред.
94
Исnользование в качестве газообразователя только .метилен·
хлорида нежелательно, так как из-за высокой растворимости
вnолиуретанах его nрименение nриводит к ·nолучению чрезмер
но толстых и nлотных корок ППУ, с трудом отделяющих·ся от стенок формы. Мало вероятно, что nрименение фреонов в про изводстве ППУ будет заnрещено ранее середины 80-х годов, и именно эти:-.1, видимо, можно объяснить тот факт, что до сих пор практически не ведутся исследования по nоиску эффектив ных заменителей этих газообразовате.1ей. По-видимому, лучшим
нз за:-.1енителей F-11 является F-123, ю1еющий низкую темnера
туру кипения (27 °С) и сравнительно быстро разлагающийся в
нижних слоях атмосферы.
КАТАЛИЗАТОРЫ
Среди множества изученных и оnисанных в литературе ка
тализаторов лишь очень немногие отвечают одновременно и
технологичесJ<ИМ, и экономическим требованиям производства
[19д, 20д] о
Блочные эластичные ППУ на основе простых пол.иэфиров
обычно nолучают с использова·нием одной из многочисленных разновидностей стабилизированного октоата олова в сочетании
по 1\райней мере с одним третичным амином. Для изготовления ППУ низкой или средней плотности применяют nочти исключи тельно такой дешевый аминный катализатор, ка-к N,N-диметил этаноламин (ДМЭА). Од-нако для изготовления тяжелых ППУ
(nониженное содержание воды в композиции) требуется более сильный катализатор. В этих случаях применяют комбинации
ДМЭА с диазобициклооктаном (ДАБКО) в количестве 0,01- 0,15 масс. ч. на 100 масс. ч. простого полиэфира.
В настоящее время в качестве промышленного катализатора все чаще используют бис(N,N-диметиламиноэпмовый эфир)*, который в сочетании с ДАБКО обесnечивает необходимую ско
рость реакций изоцианатон с полиэфиром и водой, что позво
ляет точнее регулировать процесс вспенива·ния как в случае го
рячего, так и холодного формования. На первых этапах разви тия производства ППУ холодного формования nрименяли ком nозиции на основе смеси ПИЦ и ТДИ, в I\ачестве основного ка
тализатора исnользовали триэтиламин в относительно высоких
концентрациях (примерно 0,5 масс. ч. на 100 масс. ч. полиэфи ра). Этю1 достнгались как высокие скорости от·верждения, так
и •нюкое содержание закрытых ячеек в nеноnласте. Однако сильный •неприятный запах и ограниченная несущая сnособ ность материала вызвали необходимость замены этого катализа
тора. Оказалось, что для рецептур на основе ПИЦ указанные
недостапш устраняются с помощью одного лишь 1,4-бис
* Торговое название «Hallnaкc-Al», выnускается фпрмо!l «Юнион кар баiщ», СШАПри,\1. пер.
95
(N,N-диметиламино) бутана [18]. В Западной Европе, однако,
предпочтение отдают 'предложенной еще в 1970 г. [19] систе;vrе из двух катализаторов Найпакс-Аl и ДАБКО. Иногда к этим
веществам добавляют ДНЭА и N-этилм.орфолин (НЭМ) для
более точного регулирования кинетических параметров ·вспени
вания и снижения доли закрытых ячеек.
В производстве ППУ на основе сложных полиэфиров приме
няют в основном аминные катализаторы, такие, как диметилци
клогексиламин, диметилцетиламин и метилдициклогексиламин,
в сочетани.и с менее активными катализаторами пенообраз.ова
ния, ·Например НЭМ и ди;vrепшбензиламино:м (ДМБА). Послед
ние служат для контроля кинетики вспенивания и регулирова
ния доли закрытых ячеек.
Оловоорганические катализаторы в рецептурах на основе сложных полиэфиров используют незначительно. Дело в том,
что даже самый распространенный оловоорганический катали
затор - октоат олова легко подвергается гидролизу и окисле
нию, что ·не позволяет добавлять его в полиольные компоненты. <:одержащие воду и аминные катализаторы; в таких c;vrecяx бо
лее стабилен дибутилоловодилаурат. Диалкилтиоляты и диал
килтиогликоляты дибутилолова стабильны в водных растворах
полиольных компонентов, имеющих повышенную кислотность.
При получении блочных ППУ с повышенной стойкостью к поджиганию (неогнеопасных ППУ) используют катализаторы три:меризации изоцианата, например трис (N,N-диметиламино пропил) -сим-гексагидротриазин (см. гл. 6).
СИЛИК.ОНОВЫЕ ПАВ
Практически во всех одностадийных процессах получения эластичных ППУ используют силиконовые (кремнийорганиче
ские) ПАВ, которые не только стабилизируют вспенивающуюся
ком·позицию, но и, эмульгируя реющионную массу (полиол
изоцианатвода), определяют ход реакции и свойства конечно
го материала. Роль ПАВ сводится к уменьшению поверхностно
го натяжения вопенивающейся системы, улучшению распределе ния ·в ней ·пузырьков ~газа, повышению стабильности жид,кой пены вплоть до ее окончательного отверждения. Силиконовые
ПАВ представляют собой полисилоксан.,полиалкиленоксидные
блок-сополимеры. Наиболее распространенные силиконовые
ПАВ имеют следующую структуру:
1. |
Линейный nолисилоксан с nриви |
|
тыми группами простого поли· |
|
эфира |
2. |
Линейный саполимер nолиэфира |
и полисилоксана |
3. |
CHSi~ |
|
. 3 ------ . , |
96
Первая стадия синтеза силиконового ПАВ представляет со
бой прямую реакцию кремния с хлорметаном, в результате чего образуется смесь хлорсиланов, четыре основных впда которых
приведены ниже:
1. |
(CHз)2SiC\2 |
~1ддините..% цеnи (выход около 75%) |
2. |
CH3SiCiз |
Агент разветвлении цепи |
3. |
CHзHSiCI2 |
Агент, вводящий реакционноспособную. |
|
|
группу в nотrсплоксановую цепь |
4. |
(CHз)зSiCI |
Агент обрыва цепи |
Метилхлорепланы разделяют перегоююй; при пх гидролизе
образуются сила,нолы, способные к обратимой I<Онденсации в
силоксаны:
2"'-Si-CI +2Н20--+ 2HCI +2 '\- Si - OH - "'-Si-0-Si/- + Н20 |
|||
/ |
/ |
/ |
"' |
Согидролиз хлорсиланов приводит к образованi1ю смеси полп
силоксанов, а также низкомолекулярных циклических соедине
ний, получаемых из дихлорсиланов. В присутствии Iшслотных катализаторов при 100 ос процесс равновесной поликонденсации прекращается, и образуется стабильная система:
Гидролиз
- сн
1 3
-Si-0- -Si(CH3) 3
1 |
|
- n - Н |
-т |
Известны и другие способы получения пошiсилоi<санового
блока, наиболее распространенным из которых является следую
щий:
CН3SiCI3 |
(CH3) 2SiCI2 |
!EtOH |
!Н2О |
CH3Si(0Et)3 |
[(CH3) 2SiO]q (цик.1ы) |
1_------- |
,-__/ |
|
!КОН (катализатор) |
/ [(CH3) 2SiO]xOEt CH3Si- [(CH3) 2SiO]y0Et ".[ (CH3) 2SiO]zOEt
Димет.илполисилоксановые блоки с концевы:о.ш этоксильными
группами реагируют с I<анцевыми группами простого полиэфира,
в результате чего образуется один из следующих видов
ПАВ [20]:
7-259 |
97 |
|
негидролизуемые силиконовые ПАВ (Si-C)
Si-H + СН2=СН-CH20R - |
Si(CH2) 30R |
rидролизуемые силиконовые ПАВ (Si-0-C)
Si-OEt +R-OH - Si -0-R +EtOH
Наиболее распространенные силиконовые ПАВ (для элас тичных ППУ) имеют следующую структуру:
СН3 |
- СН3 |
- |
СН3 |
- СН3 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
CH3-Si-O- -·Si-0- - |
-Si-0- -Si-CH3 |
|||
1 |
1 |
|
1 |
1 |
СН3 |
_ СН3 |
_ п _ |
R |
_ т СН3 |
где привитой полиэфир (R) является статистическим или блок
сополимером эт.иленоксида и пропиленоксида, содержащим око
ло 50% этиленоксидных групп и находящимся чаще всего на
конце цепи.
НАПОЛНИТЕЛИ
Применекие минеральных наполнителей в производстве <Поду шек-сидений из эластичного ППУ не получило в отличие от
США ширшюго распространения в Западной Европе. Ряд спе
циальных марок ППУ, предназначенных для изготовления зву
ко·поглоща~ющих элементов, выпускается с применением тяже
лых ·минеральных наполнителей, поскольку для этих целей ре шающую роль играет большая масса изделия. В общем случае введение минеральных наполнителей ·приводит к возрастанию плотности и твеР'дости ППУ и к одновременному уменьшению
прочности 'ПРИ растяжении и раздире, а также относительного
удлинения.
Для многих целей более эффективно использование волок нистых ·Наполнителей, •например .в виде .рубленого полиамидно го или полиэфирного волокна длиоой 0,5-1 мм. Пр·и введении такого наполнителя в количестве всего 5% от массы ППУ по
вышаются твердость и прочность пенапласта при растяжении, а
форма ~ривой деформацияна·пряжение приобретает 'почти ли нейrный характер [53]. Было показано [54], что армирование ППУ рубленым стекля·нным волокном длиной 0,3 мм повышает несущую способность, уменьшает энергопоrлощающие характе
ристики при сжатии и увеличивает так называемый коэффи
циент I<омфорта, или SАG-фактор.
ПРИМЕНЕНИЕ ППУ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ СИДЕНИй
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИй
Промышленное производство эластичных ППУ на основе
простых полиэфиров началось в ·начале 60-х годов. В последую
щие десять лет велись нитенснвные химико-технологические ис-
9.8
следова·ния
с
целью
повышения
физико-механических
хара·кте
ристик |
|
14 |
д, 17 |
|
Для |
и |
снижения |
себестоимости |
этих |
материалов |
[1 д~ |
д}. |
|
|
|
|
|
определения основных физико-механических свойств |
из |
делий
из
·эластичных
·пенопластов 'Первоначально
применяли
ме
тодики,
разработа,нные
для
сидений
из
·пенорезины.
Оказалось~
однако,
что
ряд
ме11одик
и
технических
условий
для
пенарезин
(плотность, прочность |
при |
||
ние, |
несущая |
способность |
|
50% |
-ном сжатии) не |
могут |
растяжении, относительное удлине |
||||
и |
остаточная |
деформация |
при |
|
быть |
применены |
для |
эластичных |
ППУ,
так
•Как
'в
ряде
случаев
последние
имели
значителыно
бо
лее
низкую
плотность
и
худшие
усталоствые
характерист.ики.
В
частности,
первые
образцы
сидений
из
ППУ
оказались
не
удовлетворительными из-за
летворительной остаточной
быстрой потери деформации.
упругости
и
неудов
В
связ.и
с
этим
'Потребовалась
разработка
более жестких
ме
тодов ППУ.
испытаний прочнос11ных |
и упругих |
Одним из первых таких |
методов был |
свойств эластичных
метод испытания на
«усталость при |
многократном |
||
фирмой «Форд» |
|
[12}. |
|
Впоследствии |
был |
принят |
сдвиге на валках»,
ря.д национальных
разработанный и международ
ных
стандартов,
позвол.ивших
достаточно
четко
сформулировать
комплекс
теХ'ничеоких
требований
к
эластичным
ППУ
с
учетом
их
функционального |
назначения |
и |
условий |
В частности, стандарт Великобритании (BS |
эксплуатации. 3379) от 1977
r.
предусматривает следующую
из эластичных ППУ:
классификацию
набивок
сидений
Ко~~асс х
v
s
л
L
Режим эксплуатации Сверхжесткий
Очень жесткий
Жесткий
Средний
Легкий
|
|
|
Применеине |
|
|
|
|
||
Высокопрочные сиденья |
|
специ |
|||||||
адьного |
назначения~ |
|
высоко |
||||||
прочные |
сиденья |
в |
|
общест |
|||||
венном |
транспорте |
|
|
|
|
||||
Сиденья |
в |
общественном |
транс· |
||||||
порте; |
|
сиденья |
мебели |
спе |
|||||
циального |
назначения; |
си |
|||||||
денья |
в |
|
кинотеатрах |
|
и |
теат |
|||
рах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сиденья |
|
в |
|
легковых |
н |
грузо |
|||
вых |
автомобилях; |
|
сиденья |
||||||
домашней |
мебели |
|
|
в |
лег |
||||
Спинки |
и |
|
подлокотники |
||||||
ковых |
|
автомобилях; |
спинки |
||||||
и подлокотники |
сидений |
до |
|||||||
машней |
|
мебели |
|
|
|
|
|
||
Набивки, |
подушки |
разного |
на |
||||||
значения |
|
|
|
|
|
|
В
основу
этого
стандарта
положен
метод
испытания
проч
ности
эластичных
материалов
<~на
циклическое
.вдавливание
при
постоянной нагрузке» |
по |
||
1974 |
г. |
Этот стандарт |
в |
7• |
|
|
|
стандарту Великобритании |
BSI |
DD 31 |
общих чертах соответствует |
стандарту |
|
|
|
99 |
·ФРГ DIN 53574 и международному стандарту ISO 3385, ·1975 г. Согласно этому методу образец подвергают· 80 000-кратному
вдавливанию плоским индентором круглого сечения ·С постоя•н
·ным усилием 750 Н и частотой 70 Гц, после чего измеряют по -терю твердости. Допустимая потеря твердости по этой класси
фикации составляет 12,5% для материалов кла~са Х .и 45% -
для матер·иалов класса L. Доi<азано [13], что да•нный· метод мо делирует ежедневную нагрузку сидений из ППУ в течение
:9 мес-.
Стандарт США ASTM D3453-76 предлагает иную классифи
кацию; устанавливающую шесть видов сидений в зави-симости
от режимов эксплуатации: четыре основныхпо показателям
усталости при циклическом сдвиге на валках и два дополни
тельныхпо 1показателям усталости при статической на-
грузке. ·
Несомненно,. что ·внедрение надежных методов испытаний на динамическую усталость закрыло доступ на рынок некачествен
ным маркам пенапластов и способствовало расширению сфер применения эластичных ППУ.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ СИДЕНЬ.Я
При разработке методик испытаний автомобпЛоные фирмы
.всегда пытал-ись максимально приблизить условиЯ испытаний к реальным условиям эксплуатации а.втомобн.Jiя. Для э;Nастичных
ППУ это означает, что минималь·ные ·поi<азателii': ·:плотности,
эластичности, остаточной деформации при сжат.ии, а также ус
талости 1При динамиЧ:еокой нагрузi<е регламентИруются в расче
те на наиболее жесткий режим эксплуатации. Типичные те·хниче с~ие·требования ведущих авто~1обильных фирм мира приведены в табл. 3.4.
Несмотря на то что условия испытаний •на динамиtfесi.;ую
усталость (нагрузка, частота, продолжитель·ность), проводимых
разшiч·ными фирмами, неоднна1ювы, оказывается все же, что
кконечному материалу предъявляются .практически одни и те
же требова,ния, Эт.им требованиям точнее друrих удовле11воряют
два стандарта: BS 3379 (кла.сс V) и ISO 3385 (см. ·выше). Так же ·как и модельные испытания, ускоренные испытания
максимальн:р приближены к режима:-.1 экспЛуатации а.втомоби
лей. Ус1юренные испытания на динамическую усталость оиденнй,
позво.1яющие определить их долговечность, проводятся на си
деньях в целом. Режимы испытаний на вибрационных стендах фирмы «дженерал моторе» [14] и «Лейланд», испытаний на
уста.1ость при сдв-иге на валках фирмы «Форд» и 60-д'нев-ных циклических испытаний фирмы «Волi>во» [15] выбраны -с уче
том реа.;lьных нагрузОI<, возникающих при эксплуатационны~ ис
пытаниях автомобиля. Испытания фирмы «Дженерал· ·моторе»,
например, основаны на эксперю1ентальных данных 86 000-·крат-
.100
Таблица 3.4.
Технические |
требования к |
эластичным |
в |
автомобильных |
сиденьях |
|
|
Фирма |
ППУ,
используемым
Показатели
с
форд•
сПежа.
сСит-
роен•
сОстин- Мор- р11С>
«Крайс-
лер• (Вели- кобри-
танин)
|
сАуди- |
сДже- |
NSU• |
иерап |
(сфопь- |
моторе• |
ксва- |
|
ген•) |
сВольво•
Плотность, |
|
3 |
|
35 |
|
кr/м |
|
|
|||
Остаточное. |
сжатие |
|
|||
(22 |
ч при |
70°С), |
|
||
% |
не более |
|
|
|
10 |
|
50% |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
75% |
|
|
|
|
|
90% |
|
|
|
- |
Разрушающее |
на- |
80 |
|||
пряжение при |
рас- |
|
|||
тяжении, |
|
2 |
, |
|
|
.кН/м |
|
||||
не |
менее |
|
|
|
|
Относительное |
уд- |
120 |
|||
nинение, %, |
не |
ме- |
|
||
нее |
|
|
|
|
35
10 - -
75
110
35
110
150
34
10
- -
60
90
50
-
10 -
83
90
38-43
20
20 -
82
150
50
8 - -
120
130
45-50
- |
°С) |
6(50 |
|
10(38 |
°С) |
Разрушающее |
на- |
333 |
134 |
260 |
пряжение при |
раз- |
|
|
|
дире, Н/м, не |
ме- |
|
|
|
нее |
|
|
|
|
Твердость при |
|
вдавливании |
ИН· |
дснтором, Н |
- |
25% |
40%
|
50% |
|
|
65% |
|
Твердость |
при |
|
тин, |
кН/м |
2 |
|
25% |
|
|
50% |
|
|
65% |
|
Усталостпая |
|
210± |
|
±20 |
|
- |
|
- |
ежа- |
|
|
-- |
|
- |
|
- |
ВЫ· |
80000 |
носливость |
при |
циклической |
на- |
грузке, циклы |
|
21 |
120 |
- |
.....,200 |
320± |
- |
240 |
|
|
±20 |
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
42 |
|
|
|
|
- - - 250 000
1,9 |
- |
|
2,3 |
|
|
2,6- |
||
3,3 |
|
|
4,0- |
||
5,0 |
|
|
250 |
000 |
3,0- |
- |
-- |
- |
||
4,0 |
- |
- |
|
|
|
5,0- |
|
5,5±1 |
|||
7,0 |
|
||||
- |
- |
|
- |
||
10-14 |
|
||||
|
|
|
|
||
80 |
000 |
80000 |
20 |
000 |
1()11 |
~отеря |
твердости, |
30 |
10 |
5 |
20 |
30 |
- |
|
- |
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Остаточная |
дефор- |
5 |
5 |
|
5 |
5 |
25 |
13 |
мм |
|
мация, |
% |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 -
•нога эксплуатационного испытания .всего узла .сиденья, прово
димого 1на полигоне фирмы.
Сиденья в автомобилях предназначены, как из·вестно, для
'Повышения комфорта пассажиро.в путем амортизации (наряду
с системой .подвески) вибраций двигателя и толчков, возни
кающих при езде ·по неровным дорогам.
В результате многочисленных исследований установл·ено, что вибрация во время передвижения в автомобиле оказывает •вред
•ное воздеЙС'l'ВИе на орга1низм человека [21-23], вызыная, в
частности, расстройства орга,нов пищеварения и боли в ·спине. Первым·и техническ.ими условиями, направленными на улуч
шение амортизационных свойств подушек сидений в автомоби лях, были требования, регламентирующие упругость (гистере зис)~ сидений ·из пенорезИJны (фирма «Соаб») и коэффициент ре зонанса сидений ·из ППУ (фирма «Пежо», 1972 г.).
Подушки из ППУ для «глубоких» сидений, посаженные на жесткий каркас, непосредственно прикрепленный к J<орпусу ав
томобиля, составляют неотъемлемую часть его подвесной оисте
мы. Изучению . динамических свойств таких сидений как при
воздействии на них нагруз·ки человеческого тела, так и без нее
посвящены М'ногие исследования.
Сид-енье .из эластичного ППУ ·ведет себя '.fаподобие пружи
ны, сжатой под действием циклической деформации и стремя
щейся разжаться при частоте 5 Гц. Качество подушек из ППУ обычно оценивают по результатам испытания, при котором по
душки прикрепляются к каркасу сиденья, смонтированному iНа
вибрационной плите. Плита соединена с гидравлическим порш
нем, ,приводящим ее ·В движение по синусоидальному закону с
небольшой амплитудой (.не более 3 м.м). На подушке установ лен груз в 600 Н, соответствующий массе «усредненною» вод·и
теля (пассажира).
Точное значение массы, необходимое для моделирования фактического ·режима нагрузки, зависит от таких факторов,
как высота сиденья и положение водителя при езде; при этом
обе его .руки располагаются на рулевом колесе, а ступни опира ются о пол. В процессе испытаний на стендах частоту синусои
дального смещения варьируют в .ИJнтер.вале от О до 10-20 Гц, посл·е чего измеряют смещение груза. На рис. 3.1 приведена ти
пичная кривая, регистрирующая резонансную частоту при
5 Гц.
Подобные испытания нельзя использоватр для сра-внения динамичес~их характеристи·к подушек из ППУ и конструкций
сидений, так как установлено, что между значениями ·резонанс ной частоты при наличии и отсутствии нагрузки чело.веческого тела существуют з•начительные различия [24, 25]. Как правило,
в первом ·случае значение частоты вибраций примерно на 1,5-
2,0 Гц ниже, чем во втором, хотя в дейст,вительности оно •варьи
руется в еще более широк·их пределах в зависимости от поло
жения и степени ·расслабления водителя [26J. ПоказаiНо [27].
102