TPU materiālu sintēze, apstrāde, veiktspēja un pielietojums

TPU (termoplastiskais poliuretāns)ir poliuretāna veids, ko var plastificēt karsējot un izšķīdināt šķīdinātājos. Salīdzinot ar maisīšanas un liešanas tipa poliuretānu, termoplastiskajam poliuretānam ķīmiskajā struktūrā nav vai ir maz ķīmisku šķērssaistījumu, un tā molekulas būtībā ir lineāras, taču pastāv zināma fiziskā apmaiņa.
Tā sauktās fiziskās apmaiņas koncepcija, ko pirmo reizi ierosināja Šolenbergers K. S. 1958. gadā, attiecas uz atgriezenisku "savienojuma punktu" esamību starp lineārām poliuretāna molekulu ķēdēm, ja tās tiek pakļautas karstumam vai šķīdinātājiem. Patiesībā tā nav ķīmiska šķērssaite. Bet tā darbojas kā ķīmiska šķērssaite. Šīs fiziskās šķērssaites rezultātā poliuretāns veido heterogēnu morfoloģisku struktūras teoriju, un poliuretāna ūdeņraža saites stiprina tā morfoloģiju un padara to izturīgu pret augstāku mitrumu.

Kāda ir TPU klasifikācija?

Tagad, kad mēs zinām, kas ir TPU, kādas ir tā klasifikācijas? Saskaņā ar dažādiem klasifikācijas standartiem TPU var būt daudz dažādu klasifikāciju.

Piemēram, atkarībā no mīkstā segmenta struktūras to var iedalīt poliestera, poliētera un butadiēna tipa segmentos, kas satur attiecīgi estera grupu, ētera grupu vai butēna grupu. Atkarībā no cietā segmenta struktūras to var iedalīt uretāna un uretāna-urīnvielas tipa segmentos, kas attiecīgi tiek iegūti no diola ķēdes pagarinātājiem vai diamīna ķēdes pagarinātājiem. Vispārpieņemtais iedalījums ir poliestera un poliētera tips.
Atkarībā no šķērssaistīšanas klātbūtnes vai neesamības to var iedalīt tīrā termoplastā un pustermoplastā. Pirmais ir tīra lineāra struktūra bez šķērssaistīšanas saitēm; otrais satur nelielu daudzumu alophanāta un citu šķērssaistīšanas saišu. Atkarībā no gatavo produktu izmantošanas to var iedalīt īpašas formas detaļās (dažādas mehāniskās detaļas), caurulēs (apvalki, stieņu profili), plēvēs (loksnes, loksnes), līmēs, pārklājumos un šķiedrās.

Kā tiek sintezēts TPU

Lai gan ir daudz TPU klasifikāciju, tās visas pieder pie poliuretāna molekulārās struktūras ziņā. Tātad, kā tas radās? Atkarībā no dažādiem sintēzes procesiem to galvenokārt iedala masas polimerizācijā un šķīduma polimerizācijā.

Masveida polimerizācijā to var iedalīt pirmspolimerizācijas metodē un vienpakāpes metodē atkarībā no tā, vai notiek pirmsreakcija: pirmspolimerizācijas metode ir diizocianāta reakcija ar makromolekulāro diolu noteiktu laika periodu un pēc tam ķēdes pagarinājuma pievienošana, lai iegūtu TPU; Molekulārie dioli, diizoesteri un ķēdes pagarinātāji tiek vienlaicīgi sajaukti un reaģē, veidojot TPU.
Šķīduma polimerizācija ir diizocianāta vispirms izšķīdināšana šķīdinātājā, pēc tam makromolekulārā diola pievienošana, lai tas noteiktu laiku reaģētu, un visbeidzot ķēdes pagarinātāja pievienošana, lai iegūtu TPU.
TPU blīvumu ietekmē mīkstā segmenta veids, molekulmasa, cietā vai mīkstā segmenta saturs un TPU agregācijas stāvoklis. Blīvums ir no 1.10 līdz 1.25, kas būtiski neatšķiras no citiem kaučukiem un plastmasām. Ar tādu pašu cietību poliētera TPU blīvums ir zemāks nekā poliestera TPU blīvums.

Kā tiek apstrādāts TPU

TPU sveķi ir jāapstrādā, lai iegūtu gatavus produktus, un TPU galvenokārt apstrādā ar kausēšanas metodi un šķīdināšanas metodi. Tā molekulārā struktūra ir stingrs bloks, kas iegūts, reaģējot difenilmetāna diizocianātu (MDI) vai toluola diizocianātu (TDI) ar ķēdes pagarinātāju un diizocianātu, piemēram, difenilmetāna diizocianātu (MDI) vai toluola diizocianātu (TDI). Molekulas un makromolekulārie polioli reaģē, veidojot elastīgus segmentus.

Kausēšanas apstrāde ir process, ko plaši izmanto plastmasas rūpniecībā: piemēram, sajaukšana, kalandrēšana, ekstrūzija, pūšanas formēšana un formēšana (ieskaitot iesmidzināšanu, saspiešanu, pārnešanu un centrifugēšanu utt.). Šķīduma apstrāde ir granulu šķīdināšana šķīdinātājos vai tieša polimerizācija šķīdinātājos. Pēc šķīduma pagatavošanas tiek veikta pārklāšana, vērpšana utt.
TPU tiek izgatavots galaproduktā, kam parasti nav nepieciešama vulkanizācija un šķērssaistīšanas reakcija, kas var saīsināt ražošanas ciklu, un atkritumus var pārstrādāt un atkārtoti izmantot.

TPU veiktspēja

Tāpat kā lietajam poliuretānam (šķidumam) un jauktajam poliuretānam (cietam), TPU ir augsts modulis, augsta izturība, augsta pagarināšanās un augsta elastība, lieliska nodilumizturība, eļļas izturība, zemas temperatūras izturība un novecošanās izturība. Starp tām augsta stiepes izturība, augsts pagarinājums un zema ilgtermiņa saspiešanas deformācija ir visas būtiskās TPU priekšrocības.

1. Augsta stiepes izturība un augsts pagarinājums
TPU ir lieliska stiepes izturība un pagarinājums. No zemāk redzamā attēla datiem var redzēt, ka poliētera TPU stiepes izturība un pagarinājums ir daudz labāks nekā polivinilhlorīda plastmasai un gumijai.

Turklāt TPU var atbilst pārtikas rūpniecības prasībām, nepievienojot vai pievienojot maz piedevu pārstrādes procesā, kas ir grūti citiem materiāliem, piemēram, PVC un gumijai.

2. Izturība ir ļoti jutīga pret temperatūru
TPU noturība attiecas uz ātrās atjaunošanās pakāpi sākotnējā formā pēc deformācijas sprieguma atbrīvošanās, ko izsaka ar atjaunošanās enerģiju, t. i., deformācijas ievilkšanas darba attiecību pret deformācijai nepieciešamo darbu. Tā ir elastomēra dinamiskā moduļa un iekšējās berzes funkcija un ir ļoti jutīga pret temperatūru.

Atsperes spēks samazinās, temperatūrai pazeminoties, līdz noteiktai temperatūrai elastība atkal strauji palielinās. Šī temperatūra ir mīkstā segmenta kristalizācijas temperatūra, kas ir atkarīga no makromolekulārā diola struktūras, un poliētera TPU ir zemāka nekā poliestera TPU. Temperatūrā, kas ir zemāka par kristalizācijas temperatūru, elastomērs kļūst ļoti ciets un zaudē savu elastību, tāpēc atsitiens ir līdzīgs atsitienam no cieta metāla virsmas.

3. Cietības diapazons ir Shore A60~D80
Cietība ir materiāla spējas pretoties deformācijai, skrāpējumiem un plaisām rādītājs.
TPU cietību var regulēt, mainot mīksto un cieto ķēdes segmentu attiecību. Tāpēc TPU ir relatīvi plašs cietības diapazons. Tā cietība svārstās no Shore A60 līdz D80, aptverot gumijas un plastmasas cietību, un tam ir plašs cietības diapazons visā cietības diapazonā. Augsta elastība.
Mainoties cietībai, mainīsies arī dažas TPU īpašības. Piemēram, ja palielinās TPU cietība, mainīsies veiktspēja, piemēram, palielināsies stiepes modulis un plīsuma izturība, palielināsies stingrība un spiedes spriegums (slodzes izturība), samazināsies pagarinājums, palielināsies blīvums un dinamiskā siltuma ģenerēšana, kā arī palielināsies izturība pret vidi.

TPU pielietojuma lauks

TPU pirmo reizi veiksmīgi komercializēja American Goodrich Chemical Company (tagad Lubrizol) 1958. gadā, un kopš tā laika tas ir pētīts un paplašināts visā pasaulē. Pašlaik TPU izejvielu ražotāji galvenokārt ir BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical un tā tālāk.
Kā elastomērs ar izcilām īpašībām, TPU ir plašs pakārtoto produktu klāsts un tiek plaši izmantots ikdienas vajadzībās, sporta precēs, rotaļlietās, dekoratīvos materiālos un citās jomās. Šeit ir daži piemēri.
1. Apavu materiāls
TPU apavu materiālos galvenokārt izmanto tā lieliskās elastības un nodilumizturības dēļ. TPU saturoši apavu izstrādājumi ir daudz pārāki valkāšanas komforta ziņā nekā parastie apavu izstrādājumi, tāpēc tos plaši izmanto augstas klases apavu izstrādājumos, īpaši dažos sporta apavos un ikdienas apavos.


2. Šļūtene
Tā kā TPU šļūtenei ir maigums, laba stiepes izturība, triecienizturība un izturība pret augstu un zemu temperatūru, TPU šļūtene Ķīnā tiek plaši izmantota lidmašīnu, cisternu, automašīnu, motociklu, darbgaldu un citu mehānisko iekārtu šļūteņu gāzes un naftas transportēšanai.



3. Kabelis
TPU nodrošina izturību pret plīsumiem, nodilumizturību un lieces īpašības, un augstas un zemas temperatūras izturība ir kabeļu veiktspējas atslēga. Tāpēc Ķīnas tirgū TPU tiek izmantots augstas klases kabeļiem, piemēram, vadības kabeļiem un barošanas kabeļiem, lai aizsargātu sarežģītu konstrukciju kabeļu pārklājuma materiālus, un tā pielietojums kļūst arvien plašāks.



4. Medicīnas iekārtas
TPU ir droša, stabila un augstas kvalitātes PVC alternatīva. Tas nesaturēs kaitīgas ķīmiskas vielas, piemēram, ftalātu, un migrēs uz asinīm vai citiem šķidrumiem medicīniskajos katetros vai medicīniskajās somās, izraisot blakusparādības. Ekstrūzijas un injekcijas kvalitātes TPU var viegli izmantot, nedaudz pielāgojot esošo PVC aprīkojumu.