Синтез, обробка, продуктивність та застосування ТПУ-матеріалів

TPU (термопластичний поліуретан)– це тип поліуретану, який можна пластифікувати нагріванням і розчиняти в розчинниках. Порівняно з поліуретанами змішувального та ливарного типу, термопластичний поліуретан не має або має незначне хімічне зшивання за хімічною структурою, а його молекули в основному лінійні, але відбувається певний фізичний обмін.
Концепція так званого фізичного обміну, вперше запропонована Шолленбергером К.С. у 1958 році, стосується існування оборотних «точок з'єднання» між лінійними молекулярними ланцюгами поліуретану під впливом тепла або розчинників. Насправді це не хімічне зшивання. Але воно діє як хімічне зшивання. В результаті цього фізичного зшивання поліуретан утворює гетерогенну морфологічну структуру, а водневі зв'язки поліуретану зміцнюють його морфологію та роблять його стійким до підвищеної вологості.

Яка класифікація ТПУ?

Тепер, коли ми знаємо, що таке ТПУ, які його класифікації? Відповідно до різних стандартів класифікації, ТПУ може мати багато різних класифікацій.

Наприклад, за структурою м'якого сегмента його можна розділити на поліефірний тип, поліефірний тип та бутадієновий тип, які містять відповідно ефірну групу, ефірну групу або бутенову групу. За структурою твердого сегмента його можна розділити на уретановий тип та уретаново-сечовиновий тип, які відповідно отримують з діолових або діамінових подовжувачів ланцюга. Загальний поділ полягає в поділенні на поліефірний тип та поліефірний тип.
За наявністю або відсутністю зшивання, його можна розділити на чистий термопластичний та напівтермопластичний. Перший має чисту лінійну структуру без зшиваючих зв'язків; другий містить невелику кількість алофанату та інших зшиваючих зв'язків. Залежно від використання готової продукції, його можна розділити на деталі спеціальної форми (різні механічні деталі), труби (оболонки, стрижні), плівки (листи, листи), клеї, покриття та волокна.

Як синтезується ТПУ

Хоча існує багато класифікацій ТПУ, всі вони належать до поліуретану з точки зору молекулярної структури. Отже, як він утворився? Залежно від різних процесів синтезу, його в основному поділяють на полімеризацію в масі та полімеризацію в розчині.

У масовій полімеризації її можна розділити на метод попередньої полімеризації та одностадійний метод залежно від наявності попередньої реакції: метод попередньої полімеризації полягає в реакції діізоціанату з макромолекулярним діолом протягом певного періоду часу, а потім додаванні подовжувача ланцюга для отримання ТПУ; Молекулярні діоли, діізоефіри та подовжувачі ланцюга одночасно змішуються та реагують з утворенням ТПУ.
Полімеризація в розчині полягає в тому, що спочатку розчиняють діізоціанат у розчиннику, потім додають макромолекулярний діол для проведення реакції протягом певного періоду часу, і, нарешті, додають подовжувач ланцюга для отримання ТПУ.
Тип м'якого сегмента, молекулярна маса, вміст твердого або м'якого сегмента та стан агрегації ТПУ (ТПУ) впливають на щільність ТПУ. Щільність становить від 1.10 до 1.25, що суттєво не відрізняється від інших гум та пластмас. При однаковій твердості щільність поліефірного ТПУ нижча, ніж у поліефірного ТПУ.

Як обробляється ТПУ

Для виготовлення готової продукції ТПУ-смолу необхідно обробити, і ТПУ в основному обробляється методом плавлення та розчинення. Його молекулярна структура являє собою жорсткий блок, отриманий в результаті реакції дифенілметандіізоціанату (MDI) або толуендіізоціанату (TDI) з подовжувачем ланцюга та діізоціанатом, таким як дифенілметандіізоціанат (MDI) або толуендіізоціанат (TDI). Молекули та макромолекулярні поліоли реагують, утворюючи гнучкі сегменти по черзі.

Обробка розплаву - це процес, який зазвичай використовується в промисловості пластмас: такий як змішування, каландрування, екструзія, видувне формування та формування (включаючи інжекцію, стиснення, перенесення та центрифугування тощо). Обробка розчином - це розчинення гранул у розчинниках або пряма полімеризація в розчинниках. Після приготування розчину виконують покриття, прядіння тощо.
ТПУ виготовляється в кінцевий продукт, який зазвичай не потребує вулканізації та реакції зшивання, що може скоротити виробничий цикл, а відходи можна переробляти та використовувати повторно.

Продуктивність ТПУ

Як і литий поліуретан (рідкий) та змішувальний поліуретан (твердий), ТПУ має високий модуль пружності, високу міцність, високе подовження та високу еластичність, чудову зносостійкість, стійкість до олії, низьких температур та старіння. Серед них висока міцність на розрив, високе подовження та низька довготривала деформація при стисканні є значними перевагами ТПУ.

1. Висока міцність на розрив та високе подовження
ТПУ має чудову міцність на розтяг та подовження. З даних на рисунку нижче видно, що міцність на розтяг та подовження поліефірного ТПУ набагато кращі, ніж у полівінілхлоридного пластику та гуми.

Крім того, ТПУ може відповідати вимогам харчової промисловості без додавання або додавання невеликої кількості добавок у процесі обробки, що важко зробити для інших матеріалів, таких як ПВХ та гума.

2. Стійкість дуже чутлива до температури
Стійкість ТПУ стосується ступеня швидкого відновлення початкової форми після зняття деформаційного напруження, що виражається енергією відновлення, тобто відношенням роботи деформаційного стиснення до роботи, необхідної для деформації. Вона є функцією динамічного модуля та внутрішнього тертя еластомеру та дуже чутлива до температури.

Пружинне зменшення зменшується зі зниженням температури, доки до певної температури еластичність знову швидко не зростає. Ця температура є температурою кристалізації м'якого сегмента, яка залежить від структури макромолекулярного діолу, і поліефірний ТПУ нижча, ніж поліефірний ТПУ. За температур нижче температури кристалізації еластомер стає дуже твердим і втрачає свою еластичність, тому відбій подібний до відбиття від твердої металевої поверхні.

3. Діапазон твердості за шкалою Шора A60~D80
Твердість – це показник здатності матеріалу протистояти деформаціям, подряпинам та сколам.
Твердість ТПУ можна регулювати, змінюючи співвідношення м'яких і твердих сегментів ланцюга. Таким чином, ТПУ має відносно широкий діапазон твердості. Його твердість коливається від Шора A60 до D80, охоплюючи твердість гуми та пластику, і має широкий діапазон твердості у всьому діапазоні твердості. Висока еластичність.
Зі зміною твердості змінюються деякі властивості ТПУ. Наприклад, якщо збільшити твердість ТПУ, відбудуться зміни в його експлуатаційних характеристиках, такі як збільшення модуля пружності на розрив та міцності на розрив, збільшення жорсткості та стискаючого напруження (вантажопідйомності), зменшення видовження, збільшення щільності та динамічного тепловиділення, а також підвищення стійкості до впливу навколишнього середовища.

Галузь застосування ТПУ

ТПУ вперше успішно комерціалізував американська хімічна компанія Goodrich (нині Lubrizol) у 1958 році, і з того часу його дослідження та поширення по всьому світу. Наразі виробниками сировини для ТПУ є переважно BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical тощо.
Як еластомер з чудовими характеристиками, ТПУ має широкий спектр вторинної продукції та широко використовується у виробництві товарів щоденного вжитку, спортивних товарів, іграшок, декоративних матеріалів та інших галузей. Ось кілька прикладів.
1. Матеріал взуття
ТПУ використовується у взуттєвих матеріалах головним чином завдяки своїй чудовій еластичності та зносостійкості. Взуттєві вироби, що містять ТПУ, набагато комфортніші за звичайне взуття, тому вони широко використовуються у високоякісному взутті, особливо у деяких видах спортивного та повсякденного взуття.


2. Шланг
Оскільки шланг TPU має м'якість, добру міцність на розтяг, ударну в'язкість та стійкість до високих і низьких температур, шланг TPU широко використовується в Китаї для транспортування газу та нафти в літаках, танках, автомобілях, мотоциклах, верстатах та іншому механічному обладнанні.



3. Кабель
ТПУ забезпечує стійкість до розривів, зносостійкість та характеристики вигину, а стійкість до високих та низьких температур є ключем до експлуатаційних характеристик кабелю. Тому на китайському ринку ТПУ використовується для захисту покривних матеріалів кабелів складної конструкції, таких як контрольні та силові кабелі.



4 Медичне обладнання
ТПУ – це безпечна, стабільна та високоякісна альтернатива ПВХ. Він не містить шкідливих хімічних речовин, таких як фталати, і мігруватиме в кров або інші рідини в медичних катетерах або медичних пакетах, викликаючи побічні ефекти. ТПУ екструзійного та інжекційного класу можна легко використовувати з невеликим налаштуванням у існуючому ПВХ обладнанні.