Synteza, przetwarzanie, wydajność i zastosowanie materiałów TPU

TPU (termoplastyczny poliuretan)to rodzaj poliuretanu, który można uplastycznić poprzez ogrzewanie i rozpuścić w rozpuszczalnikach. W porównaniu z poliuretanem mieszanym i odlewanym, poliuretan termoplastyczny nie wykazuje lub wykazuje niewielkie usieciowanie chemiczne w strukturze chemicznej, a jego cząsteczki są zasadniczo liniowe, ale występuje pewna wymiana fizyczna.
Koncepcja tzw. wymiany fizycznej, zaproponowana po raz pierwszy przez Schollenbergera CS w 1958 roku, odnosi się do istnienia odwracalnych „punktów połączeń” między liniowymi łańcuchami cząsteczkowymi poliuretanu pod wpływem ciepła lub rozpuszczalników. W rzeczywistości nie jest to usieciowanie chemiczne, lecz działa ono jak usieciowanie chemiczne. W wyniku tego fizycznego usieciowania poliuretan tworzy heterogeniczną strukturę morfologiczną, a wiązania wodorowe w poliuretanie wzmacniają jego morfologię i czynią go odpornym na wysoką wilgotność.

Jaka jest klasyfikacja TPU

Skoro już wiemy, czym jest TPU, jakie są jego klasyfikacje? Zgodnie z różnymi standardami klasyfikacji, TPU może mieć wiele różnych klasyfikacji.

Na przykład, ze względu na strukturę segmentu miękkiego, można go podzielić na poliestrowy, polieterowy i butadienowy, które zawierają odpowiednio grupę estrową, eterową lub butenową. Ze względu na strukturę segmentu twardego, można go podzielić na uretanowy i uretanowo-mocznikowy, które są otrzymywane odpowiednio z diolowych lub diaminowych przedłużaczy łańcucha. Powszechnie stosuje się podział na poliestrowy i polieterowy.
W zależności od obecności lub braku usieciowania, tworzywo można podzielić na czyste termoplastyczne i półtermoplastyczne. Pierwsze z nich ma strukturę czysto liniową, bez wiązań sieciujących; drugie zawiera niewielką ilość allofanianu i innych wiązań sieciujących. W zależności od zastosowania gotowych wyrobów, tworzywo można podzielić na elementy o specjalnych kształtach (różne części mechaniczne), rury (osłony, profile prętowe), folie (płyty, arkusze), kleje, powłoki i włókna.

Jak syntetyzuje się TPU

Chociaż istnieje wiele klasyfikacji TPU, wszystkie należą do poliuretanów pod względem struktury molekularnej. Jak więc powstały? Ze względu na różne procesy syntezy, dzieli się je głównie na polimeryzację w masie i polimeryzację w roztworze.

W polimeryzacji masowej metodę można podzielić na metodę prepolimeryzacji i metodę jednoetapową, zależnie od tego, czy występuje reakcja wstępna: metoda prepolimeryzacji polega na reakcji diizocyjanianu z diolem makrocząsteczkowym przez określony czas, a następnie dodaniu przedłużenia łańcucha w celu wytworzenia TPU; diole cząsteczkowe, diizoestry i przedłużacze łańcucha są jednocześnie mieszane i reagują, tworząc TPU.
Polimeryzacja w roztworze polega na rozpuszczeniu diizocyjanianu w rozpuszczalniku, następnie dodaniu makrocząsteczkowego diolu, aby reakcja trwała określony czas, a na końcu dodaniu przedłużacza łańcucha w celu wytworzenia TPU.
Rodzaj segmentu miękkiego, masa cząsteczkowa, zawartość segmentu twardego lub miękkiego oraz stan skupienia TPU wpływają na jego gęstość. Gęstość wynosi od 1.10 do 1.25, co nie różni się znacząco od gęstości innych gum i tworzyw sztucznych. Przy tej samej twardości, gęstość TPU polieterowego jest niższa niż TPU poliestrowego.

Jak przetwarzany jest TPU

Żywica TPU wymaga przetworzenia w celu wytworzenia gotowych produktów, a TPU jest przetwarzany głównie metodą topienia i rozpuszczania. Jego struktura molekularna to sztywny blok uzyskany w wyniku reakcji diizocyjanianu difenylometanu (MDI) lub diizocyjanianu toluenu (TDI) z przedłużaczem łańcucha i diizocyjanianem, takim jak diizocyjanian difenylometanu (MDI) lub diizocyjanian toluenu (TDI). Cząsteczki i poliole makrocząsteczkowe reagują naprzemiennie, tworząc elastyczne segmenty.

Przetwarzanie w stanie stopionym to proces powszechnie stosowany w przemyśle tworzyw sztucznych: mieszanie, kalandrowanie, wytłaczanie, formowanie rozdmuchowe i formowanie (w tym wtryskiwanie, kompresja, przenoszenie i wirowanie itd.). Przetwarzanie w roztworze polega na rozpuszczaniu peletu w rozpuszczalnikach lub bezpośredniej polimeryzacji w rozpuszczalnikach. Po przygotowaniu roztworu przeprowadza się powlekanie, przędzenie itd.
Z TPU powstaje produkt końcowy, który zazwyczaj nie wymaga wulkanizacji ani reakcji sieciowania, co skraca cykl produkcyjny, a materiały odpadowe można poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać.

Wydajność TPU

Podobnie jak poliuretan odlewany (płynny) i poliuretan mieszany (stały), TPU charakteryzuje się wysokim modułem sprężystości, wysoką wytrzymałością, wysokim wydłużeniem i elastycznością, doskonałą odpornością na zużycie, olej, niskie temperatury i starzenie. Wśród nich, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, wysokie wydłużenie i niskie długotrwałe odkształcenie trwałe to istotne zalety TPU.

1. Wysoka wytrzymałość na rozciąganie i duże wydłużenie
TPU charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością na rozciąganie i wydłużeniem. Z danych przedstawionych na poniższym rysunku wynika, że ​​wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie polieterowego TPU są znacznie lepsze niż polichlorku winylu i gumy.

Ponadto TPU spełnia wymagania przemysłu spożywczego bez konieczności dodawania lub dodawania niewielu dodatków w procesie przetwarzania, co jest trudne w przypadku innych materiałów, takich jak PVC i guma.

2. Odporność jest bardzo wrażliwa na temperaturę
Sprężystość TPU odnosi się do stopnia szybkiego powrotu do pierwotnego kształtu po ustąpieniu naprężenia odkształcającego, wyrażonego za pomocą energii powrotu, czyli stosunku pracy retrakcji do pracy wymaganej do odkształcenia. Jest ona funkcją modułu dynamicznego i tarcia wewnętrznego elastomeru i jest bardzo wrażliwa na temperaturę.

Sprężynowanie maleje wraz ze spadkiem temperatury, aż do momentu, gdy po osiągnięciu określonej temperatury elastyczność gwałtownie wzrośnie. Temperatura ta jest temperaturą krystalizacji miękkiego segmentu, która zależy od struktury diolu makrocząsteczkowego, a TPU polieterowy jest niższy niż TPU poliestrowy. W temperaturach poniżej temperatury krystalizacji elastomer staje się bardzo twardy i traci elastyczność, dlatego odbicie jest podobne do odbicia od twardej powierzchni metalu.

3. Zakres twardości Shore'a wynosi A60~D80
Twardość jest wskaźnikiem odporności materiału na odkształcenia, wgniecenia i zarysowania.
Twardość TPU można regulować poprzez zmianę proporcji miękkich i twardych segmentów łańcucha. Dzięki temu TPU charakteryzuje się stosunkowo szerokim zakresem twardości. Jego twardość waha się od Shore'a A60 do D80, obejmując twardość gumy i plastiku, a także szerokim zakresem twardości w całym zakresie. Wysoka elastyczność.
Wraz ze zmianą twardości, niektóre właściwości TPU ulegną zmianie. Na przykład, zwiększenie twardości TPU spowoduje zmiany w parametrach użytkowych, takie jak zwiększony moduł sprężystości przy rozciąganiu i wytrzymałość na rozdarcie, zwiększona sztywność i odporność na ściskanie (nośność), zmniejszone wydłużenie, zwiększona gęstość i dynamiczne wytwarzanie ciepła oraz zwiększona odporność na czynniki środowiskowe.

Obszar zastosowań TPU

TPU został po raz pierwszy z powodzeniem wprowadzony na rynek przez amerykańską firmę Goodrich Chemical Company (obecnie Lubrizol) w 1958 roku i od tego czasu był badany i wykorzystywany na całym świecie. Obecnie do producentów surowców TPU należą głównie BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua i Asahikawa Chemical.
Jako elastomer o doskonałych parametrach, TPU jest szeroko stosowany w produktach codziennego użytku, sprzęcie sportowym, zabawkach, materiałach dekoracyjnych i innych dziedzinach. Oto kilka przykładów.
1. Materiał obuwia
TPU jest stosowany w materiałach obuwniczych głównie ze względu na doskonałą elastyczność i odporność na zużycie. Obuwie zawierające TPU charakteryzuje się znacznie wyższym komfortem noszenia niż zwykłe obuwie, dlatego jest szeroko stosowane w wysokiej jakości obuwiu, zwłaszcza w niektórych modelach sportowych i codziennych.


2. Wąż
Ponieważ wąż TPU charakteryzuje się miękkością, dobrą wytrzymałością na rozciąganie, odpornością na uderzenia oraz odpornością na wysokie i niskie temperatury, wąż TPU jest szeroko stosowany w Chinach do transportu gazu i ropy w samolotach, czołgach, samochodach, motocyklach, obrabiarkach i innym sprzęcie mechanicznym.



3. Kabel
TPU zapewnia odporność na rozdarcie, zużycie i zginanie, a odporność na wysokie i niskie temperatury jest kluczem do wydajności kabla. Dlatego na rynku chińskim TPU do kabli wysokiej klasy, takich jak kable sterownicze i zasilające, jest stosowany do ochrony powłok kabli o złożonej konstrukcji, a jego zastosowanie staje się coraz szersze.



4. Wyposażenie medyczne
TPU to bezpieczna, stabilna i wysokiej jakości alternatywa dla PVC. Nie zawiera szkodliwych substancji chemicznych, takich jak ftalan, i przenika do krwi lub innych płynów w cewnikach medycznych lub workach medycznych, powodując skutki uboczne. TPU w wersji wytłaczanej i wtryskowej można łatwo stosować po niewielkiej modyfikacji w istniejącym sprzęcie PVC.