TPU Materiaal - Uitgebreide analyse

Wat is TPU

TPU is thermoplastisch polyurethaan, een type polyurethaan dat kan worden verwarmd en gevormd en kan worden opgelost in oplosmiddelen. Vergeleken met gemengd en gegoten polyurethaan, thermoplastisch polyurethaan heeft weinig of geen chemische verknoping in zijn chemische structuur en zijn moleculen zijn in wezen lineair, maar er is een zekere mate van fysieke uitwisseling.

Het concept van fysieke uitwisseling werd voor het eerst voorgesteld door Schollenberge CS in 1958, wat verwijst naar de "verbindingspunten" tussen lineaire moleculaire ketens van polyurethaan die thermisch of reversibel oplosbaar zijn in oplosmiddelen. Het is eigenlijk geen chemische verknoping, maar het speelt de rol van een chemische verknoping. Vanwege het effect van deze fysieke uitwisseling vormt polyurethaan een meerfasige morfologietheorie, en de waterstofbruggen van polyurethaan verbeteren de morfologie en maken het beter bestand tegen hogere luchtvochtigheid.

Classificatie van TPU

Nu we weten wat TPU is, wat zijn de classificaties? Afhankelijk van verschillende classificatienormen, TPU materialen kunnen veel verschillende classificaties hebben.

Volgens de zachte segmentstructuur kunnen ze bijvoorbeeld worden onderverdeeld in het polyestertype, het polyethertype en het butadieentype, die respectievelijk ester-, ether- of buteengroepen bevatten. Volgens de harde segmentstructuur kunnen ze worden onderverdeeld in urethaantype en urethaanureumtype, die worden verkregen door respectievelijk diolketenverlenger of diamineketenverlenger. De veelgebruikte classificatie is onderverdeeld in polyestertype en polyethertype.

Afhankelijk van of er verknoping is, kan het worden onderverdeeld in puur thermoplastisch en semi-thermoplastisch. De eerste is een puur lineaire structuur zonder verknopende bindingen, terwijl de laatste een kleine hoeveelheid verknopende bindingen bevat, zoals urethaanmethacrylaat. Afhankelijk van het gebruik van afgewerkte producten, kan het worden onderverdeeld in speciaal gevormde onderdelen (verschillende mechanische onderdelen), buizen (omhulsels, staafprofielen), films (vellen, dunne platen), evenals kleefstoffen, coatings, vezels, enz.

Hoe is TPU gesynthetiseerd

TPU, vanuit een moleculair structuurperspectief, behoort tot polyurethaan. Dus hoe wordt het gesynthetiseerd?

Volgens verschillende syntheseprocessen is het voornamelijk verdeeld in bulkpolymerisatie en oplossingspolymerisatie.

 Bij bulkpolymerisatie kan het verder worden onderverdeeld in prepolymerisatie en eenstapsmethode op basis van of er een voorreactie is.

• Voorpolymerisatie omvat het gedurende een bepaalde tijd laten reageren van diisocyanaat met diol met een hoog molecuulgewicht en vervolgens het toevoegen van een ketenverlenger om TPU.
• Eenstapsmethode omvat het mengen van hoogmoleculair diol, diisocyanaat en ketenverlenger samen om te reageren en te produceren TPU.

Oplossingspolymerisatie omvat het oplossen van diisocyanaat in een oplosmiddel, het toevoegen van diol met een hoog molecuulgewicht om gedurende een bepaalde tijd te reageren en tenslotte het toevoegen van een ketenverlenger om te produceren TPU.

Het soort TPU zacht segment, molecuulgewicht, gehalte aan harde of zachte segmenten, en TPU aggregatietoestand zal de dichtheid van beïnvloeden TPU, wat ongeveer tussen 1.10 en 1.25 ligt, zonder noemenswaardig verschil met andere rubbers en kunststoffen.

Bij dezelfde hardheid, de dichtheid van polyether TPU is lager dan die van polyester TPU.

Hoe is TPU materiaal verwerkt

TPU materialen worden op verschillende manieren verwerkt om het eindproduct te vormen na de synthese van TPU deeltjes.De belangrijkste methoden die worden gebruikt voor TPU verwerking zijn smeltverwerking en oplossingsverwerking.

Smeltverwerking is een veelgebruikt proces in de kunststofindustrie: zoals mengen, kalanderen, extrusie, blaasvormen en gieten (inclusief injectie, compressie, transfer en centrifugaal gieten). Oplossingsverwerking omvat het oplossen van de deeltjes in een oplosmiddel of het direct polymeriseren ervan in een oplosmiddel om een ​​oplossing te vormen, die vervolgens wordt gecoat of gesponnen.

TPU vereist geen vulkanisatieverknopingsreactie om het eindproduct te produceren, wat de productiecyclus kan verkorten, en afvalmaterialen kunnen worden gerecycled en hergebruikt.

Prestaties van TPU materiaal

Een materiaal wordt veel gebruikt omdat het uitstekende prestaties levert en TPU is geen uitzondering. Zoals gegoten polyurethaan (vloeibaar) en gemengd polyurethaan (vast), TPU heeft een hoge modulus, hoge sterkte, hoge rek, hoge elasticiteit, uitstekende slijtvastheid, oliebestendigheid, lage temperatuurbestendigheid en verouderingsbestendigheid. Onder hen zijn hoge treksterkte, grote rek en lage permanente vervormingssnelheid op lange termijn belangrijke voordelen van TPU.

De mechanische eigenschappen van TPU zal voornamelijk worden verklaard vanuit de aspecten treksterkte, rek, veerkracht en hardheid.

1. Hoge treksterkte en grote rek

TPU heeft uitstekende treksterkte en rek. Uit de gegevens in de onderstaande figuur kunnen we zien dat de treksterkte en rek van polyether TPU zijn veruit superieur aan PVC kunststoffen en rubber.

Daarnaast, TPU kan tijdens de verwerking zonder of met zeer weinig toevoegingen voldoen aan de eisen van de voedingsindustrie, wat moeilijk is voor andere materialen zoals PVC en rubber te bereiken.

2. Veerkracht is erg gevoelig voor temperatuur

De veerkracht van TPU verwijst naar de mate waarin het snel terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat nadat de vervormingsspanning is opgeheven, wat wordt uitgedrukt door de herstelenergie, dat wil zeggen de verhouding tussen de terugveringsarbeid van de vervorming en de arbeid die nodig is om de vervorming te produceren. Het is een functie van de dynamische modulus en interne wrijving van het elastische lichaam en is zeer gevoelig voor temperatuur.

De zachte segmenten van TPU zijn PTMG, PCL en PBA, met relatieve molecuulgewichten van respectievelijk 1000 en 2000; de harde segmenten zijn MDI-BDO, met een gehalte aan harde segmenten van 48.2% (PCL-1250 is 42.7%) en 31.7%, en r0=1.05 prepolymeersynthese.

Zoals verwacht neemt de veerkracht af met afnemende temperatuur tot een bepaalde temperatuur, waarna de elasticiteit snel toeneemt. Deze temperatuur is de kristallisatietemperatuur van het zachte segment, die wordt bepaald door de structuur van het macromoleculaire diol en is lager voor polyether TPU dan voor polyester TPU. Bij temperaturen onder de kristallisatietemperatuur wordt het elastische lichaam erg hard en verliest het zijn elasticiteit, dus veerkracht is vergelijkbaar met terugveren van een hardmetalen oppervlak.

3. Het hardheidsbereik is Shore A60 ~ D80

Hardheid is een indicator van het vermogen van een materiaal om vervorming, krassen en slijtage te weerstaan.

TPU hardheid wordt meestal gemeten met behulp van Shore A en Shore D hardheidsmeters, waarbij Shore A wordt gebruikt voor zachter TPU en Shore D gebruikt voor harder TPU.

Omdat de hardheid van TPU kan worden aangepast door de verhouding van zachte en harde segmenten aan te passen, TPU heeft een relatief breed hardheidsbereik, met een hardheidsbereik van Shore A60~D80, dat de hardheid van rubber en kunststof overspant, en een hoge elasticiteit over het gehele hardheidsbereik.

Met veranderingen in hardheid, sommige eigenschappen van TPU zal veranderen. Bijvoorbeeld het verhogen van de hardheid van TPU zal resulteren in verhoogde trekmodulus en scheursterkte, verhoogde stijfheid en drukspanning (belastbaarheid), verminderde rek bij breuk, verhoogde dichtheid en dynamische warmteontwikkeling, en verhoogde omgevingsweerstand.

Het gebruik van TPU

In 1958 registreerde het Amerikaanse bedrijf Goodrich Chemicals (nu omgedoopt tot Lubrizol) voor het eerst de TPU merknaam Estane, en sindsdien meer dan 20 merknamen van TPU zijn de afgelopen 40 jaar wereldwijd opgekomen, met verschillende series producten voor elk merk. Als hoogwaardig elastomeer, TPU heeft een breed scala aan downstream-producttoepassingen en wordt veel gebruikt in dagelijkse benodigdheden, sportartikelen, speelgoed, decoratieve materialen en andere gebieden. Hier zijn een paar voorbeelden:

1. Schoeisel

TPU wordt voornamelijk gebruikt in schoeisel vanwege de uitstekende elasticiteit en slijtvastheid. Schoeisel producten bevatten TPU zijn veel comfortabeler om te dragen dan gewone schoeiselproducten en worden daarom op grotere schaal gebruikt in hoogwaardige schoeiselproducten, vooral in sommige sport- en vrijetijdsschoenen.

2. Slangen

TPU slangen worden in China veel gebruikt als gas- en olieslangen voor vliegtuigen, tanks, auto's, motorfietsen, werktuigmachines en andere mechanische apparatuur vanwege hun flexibiliteit, goede treksterkte, slagvastheid en hoge en lage temperatuurbestendigheid.

3. kabels

TPU biedt scheurweerstand, slijtvastheid en buigeigenschappen, en weerstand tegen hoge en lage temperaturen is een sleutelfactor in kabelprestaties. Daarom, in de Chinese markt, TPU wordt gebruikt voor hoogwaardige kabels zoals besturingskabels en stroomkabels om de afdekmaterialen van complexe kabelontwerpen te beschermen, en het gebruik ervan wordt steeds wijdverspreider.

4. Medische apparatuur

TPU is veilig, stabiel en van hoge kwaliteit PVC vervangend materiaal dat geen schadelijke chemicaliën zoals ftalaten bevat en geen bijwerkingen veroorzaakt wanneer het wordt overgebracht op bloed of andere vloeistoffen in medische katheters of medische tassen. Speciaal ontwikkelde extrusie- en injectiekwaliteit TPU kan gemakkelijk worden gebruikt met bestaande PVC apparatuur met kleine aanpassingen.