TPU Матеріал – комплексний аналіз

Що таке TPU

TPU це термопластичний поліуретан, тип поліуретану, який можна нагрівати, формувати та розчиняти в розчинниках. У порівнянні зі змішаним і литим поліуретаном, термопластичний поліуретан у своїй хімічній структурі мало хімічних перехресних зв’язків або зовсім їх немає, і його молекули в основному лінійні, але існує певна кількість фізичного обміну.

Концепція фізичного обміну була вперше запропонована Schollenberge CS у 1958 році, яка відноситься до «точок з’єднання» між лінійними поліуретановими молекулярними ланцюгами, які термічно або оборотно розчинні в розчинниках. Насправді це не хімічне перехресне зшивання, але воно відіграє роль хімічного перехресного зшивання. Завдяки ефекту цього фізичного обміну поліуретан утворює теорію багатофазної морфології, а водневі зв’язки поліуретану покращують його морфологію та роблять його більш стійким до високої вологості.

Класифікація TPU

Тепер, коли ми знаємо, що TPU є, які його класифікації? Залежно від різних стандартів класифікації, TPU матеріали можуть мати багато різних класифікацій.

Наприклад, за структурою м’якого сегмента їх можна розділити на тип поліефіру, тип поліефіру та тип бутадієну, які містять групи складного ефіру, ефіру або бутена відповідно. За структурою жорсткого сегмента їх можна розділити на уретановий тип і тип уретанової сечовини, які отримують за допомогою діолового подовжувача ланцюга або діамінового подовжувача ланцюга відповідно. Зазвичай використовувана класифікація поділяється на тип поліефіру та тип поліефіру.

Відповідно до того, чи є зшивання, його можна розділити на чистий термопласт і напівтермопласт. Перший є чистою лінійною структурою без зшиваючих зв’язків, тоді як другий містить невелику кількість зшиваючих зв’язків, таких як уретанметакрилат. Відповідно до використання готової продукції її можна розділити на деталі спеціальної форми (різні механічні деталі), труби (оболонки, стрижневі профілі), плівки (листи, тонкі плити), а також клеї, покриття, волокна тощо.

Як TPU синтезований

TPU, з точки зору молекулярної структури, належить до поліуретану. Отже, як він синтезується?

Відповідно до різних процесів синтезу, він в основному поділяється на полімеризацію в масі та полімеризацію в розчині.

 У масовій полімеризації її можна далі розділити на попередню полімеризацію та одноетапний метод залежно від того, чи є попередня реакція.

• Попередня полімеризація включає реакцію діізоціанату з діолом високої молекулярної маси протягом певного періоду часу, а потім додавання подовжувача ланцюга для отримання TPU.
• Одноетапний метод передбачає змішування високомолекулярного діолу, діізоціанату та подовжувача ланцюга разом для реакції та отримання TPU.

Полімеризація розчину передбачає розчинення діізоціаната в розчиннику, додавання високомолекулярного діолу для реакції протягом певного періоду часу та, нарешті, додавання подовжувача ланцюга для отримання TPU.

Тип TPU м'який сегмент, молекулярна маса, вміст твердих або м'яких сегментів і TPU агрегатний стан буде впливати на щільність TPU, що становить приблизно від 1.10 до 1.25, без істотної різниці з іншими гумами та пластмасами.

При тій же твердості, щільності поліефіру TPU нижче, ніж у поліестеру TPU.

Як TPU оброблений матеріал

TPU матеріали обробляються різними методами для формування кінцевого продукту після синтезу TPU частинок. Основні методи, що використовуються для TPU обробки - це обробка розплаву та обробка розчину.

Обробка розплаву є загальноприйнятим процесом у пластмасовій промисловості: наприклад, змішування, каландрування, екструзія, видування та формування (включаючи інжекцію, стиснення, перенесення та відцентрове формування). Обробка розчину передбачає розчинення частинок у розчиннику або їхню пряму полімеризацію в розчиннику з утворенням розчину, який потім покривають або формують.

TPU не вимагає реакції зшивання вулканізації для отримання кінцевого продукту, що може скоротити виробничий цикл, а відходи можна переробляти та використовувати повторно.

Виконання TPU матеріал

Матеріал широко використовується, оскільки він має відмінні експлуатаційні характеристики, і TPU не є винятком. Як литий поліуретан (рідкий) і змішаний поліуретан (твердий), TPU має високий модуль, високу міцність, високе подовження, високу еластичність, відмінну зносостійкість, маслостійкість, низьку температуру та стійкість до старіння. Серед них висока міцність на розрив, велике подовження та низька довготривала швидкість постійної деформації стиснення є значними перевагами TPU.

Механічні властивості TPU в основному буде пояснено з аспектів міцності на розрив, подовження, пружності та твердості.

1. Висока міцність на розрив і велике подовження

TPU має відмінну міцність на розрив і подовження. З даних на малюнку нижче ми бачимо, що міцність на розрив і подовження поліефіру TPU значно перевершують PVC пластмас і гуми.

Крім того, TPU може відповідати вимогам харчової промисловості без або з дуже невеликою кількістю добавок під час обробки, що важко для інших матеріалів, таких як PVC і гумові для досягнення.

2. Стійкість дуже чутлива до температури

Стійкість TPU відноситься до ступеня, до якого він швидко повертається до свого початкового стану після зняття напруги деформації, що виражається енергією відновлення, тобто відношенням роботи відскоку деформації до роботи, необхідної для створення деформації. Він є функцією динамічного модуля і внутрішнього тертя пружного тіла і дуже чутливий до температури.

М'які сегменти TPU є PTMG, PCL і PBA з відносною молекулярною масою 1000 і 2000 відповідно; тверді сегменти MDI-BDO з вмістом твердих сегментів 48.2% (PCL-1250 становить 42.7%) і 31.7%, і r0=1.05 синтез преполімеру.

Як і очікувалося, пружність зменшується зі зниженням температури до певної температури, а потім еластичність швидко зростає. Ця температура є температурою кристалізації м’якого сегмента, яка визначається структурою макромолекулярного діолу і нижча для поліефіру. TPU ніж для поліестеру TPU. При температурах, нижчих за температуру кристалізації, пружне тіло стає дуже твердим і втрачає пружність, тому пружність подібна до відскоку від твердої металевої поверхні.

3. Діапазон твердості - Шор A60~D80

Твердість — показник здатності матеріалу протистояти деформації, подряпинам і стиранням.

TPU Твердість зазвичай вимірюється за допомогою твердомерів за Шором А і Шором D, при цьому Шор А використовується для більш м’якого TPU і Шор D використовується для жорсткішого TPU.

Оскільки твердість TPU можна регулювати, регулюючи співвідношення м'яких і жорстких сегментів, TPU має відносно широкий діапазон твердості з діапазоном твердості за Шором A60~D80, що охоплює твердість гуми та пластику, і високу еластичність у всьому діапазоні твердості.

При зміні твердості деякі властивості о TPU зміниться. Наприклад, підвищення твердості о TPU призведе до збільшення модуля пружності при розтягуванні та міцності на розрив, збільшення жорсткості та напруги на стиск (навантажувальна здатність), зменшення подовження при розриві, збільшення щільності та динамічного виділення тепла та підвищення стійкості до навколишнього середовища.

Використання TPU

У 1958 році американська компанія Goodrich Chemicals (нині перейменована на Lubrizol) вперше зареєструвала TPU торгова марка Estane, і з тих пір понад 20 торгових марок TPU з'явилися в усьому світі протягом останніх 40 років, з кількома серіями продуктів для кожного бренду. Як високоефективний еластомер, TPU має широкий спектр застосувань для подальших продуктів і широко використовується в повсякденних потребах, спортивному інвентарі, іграшках, декоративних матеріалах та інших сферах. Ось кілька прикладів:

1. Взуття

TPU використовується у взутті в основному завдяки відмінній еластичності та зносостійкості. Взуттєві вироби, що містять TPU вони набагато зручніші в носінні, ніж звичайні вироби взуття, і тому більш широко використовуються у взутті високого класу, особливо в деяких спортивних і повсякденних виробах.

2. Шланги

TPU Шланги широко використовуються в Китаї як газові та масляні шланги для літаків, танків, автомобілів, мотоциклів, верстатів та іншого механічного обладнання завдяки своїй гнучкості, хорошій міцності на розрив, ударостійкості, а також стійкості до високих і низьких температур.

3 Кабелі

TPU забезпечує стійкість до розриву, зносостійкість і характеристики згинання, а стійкість до високих і низьких температур є ключовим фактором у якості кабелю. Тому на китайському ринку, TPU використовується для кабелів високого класу, таких як кабелі керування та силові кабелі, для захисту матеріалів покриття складних конструкцій кабелів, і його використання стає все більш поширеним.

4. Медичне обладнання

TPU є безпечним, стабільним і якісним PVC матеріал-замінник, який не містить шкідливих хімічних речовин, таких як фталати, і не викликає побічних ефектів при перенесенні в кров або інші рідини в медичних катетерах або медичних сумках. Спеціально розроблений сорт для екструзії та ін'єкції TPU можна легко використовувати з наявними PVC обладнання з невеликими налаштуваннями.