В 1958 году компания Goodrich Chemical Company (ныне Lubrizol) впервые зарегистрировала торговую марку ТПУ Estane. За прошедшие 40 лет в мире появилось более 20 торговых марок, каждая из которых включает несколько серий продукции. В настоящее время основными производителями сырья для ТПУ являются BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical и др.
1. Категория ТПУ
В зависимости от структуры мягкого сегмента, его можно разделить на полиэфирный, полиэфирный и бутадиеновый типы, которые содержат соответственно сложноэфирную, эфирную или бутеновую группы.
В зависимости от структуры жесткого сегмента, его можно разделить на уретановый и уретанмочевинный типы, которые получают соответственно из этиленгликолевых или диаминовых удлинителей цепи. Общая классификация делится на полиэфирный и полиэфирный типы.
В зависимости от наличия или отсутствия поперечных связей, его можно разделить на чистый термопласт и полутермопласт.
Первый имеет чисто линейную структуру и не содержит поперечных связей; второй содержит небольшое количество поперечных связей, например, сложный эфир аллофановой кислоты.
В зависимости от назначения готовой продукции ее можно разделить на профилированные детали (различные элементы машин), трубы (оболочки, профили прутков), пленки (листы, тонкие пластины), клеи, покрытия, волокна и т. д.
2. Синтез ТПУ
По молекулярной структуре ТПУ относится к полиуретанам. Так как же происходит его агрегация?
В зависимости от используемых методов синтеза, его в основном делят на полимеризацию в объеме и полимеризацию в растворе.
В случае объемной полимеризации ее также можно разделить на метод предварительной полимеризации и одностадийный метод в зависимости от наличия или отсутствия предварительной реакции:
Метод предварительной полимеризации включает реакцию диизоцианата с макромолекулярными диолами в течение определенного периода времени, после чего происходит удлинение цепи для получения ТПУ;
Одностадийный метод включает одновременное смешивание и реакцию макромолекулярных диолов, диизоцианатов и удлинителей цепи для образования ТПУ.
Полимеризация в растворе включает в себя сначала растворение диизоцианата в растворителе, затем добавление макромолекулярных диолов для реакции в течение определенного периода времени и, наконец, добавление удлинителей цепи для получения ТПУ.
Тип мягкого сегмента ТПУ, молекулярная масса, содержание жесткого или мягкого сегмента, а также состояние агрегации ТПУ могут влиять на плотность ТПУ, которая составляет приблизительно 1,10–1,25 и не имеет существенных различий по сравнению с другими каучуками и пластмассами.
При одинаковой твердости плотность ТПУ полиэфирного типа ниже, чем плотность ТПУ полиэфирного типа.
3. Обработка ТПУ
Для получения частиц ТПУ требуются различные процессы, в основном с использованием методов плавления и растворения.
Процессы плавления являются широко используемыми в пластмассовой промышленности, такими как смешивание, прокатка, экструзия, выдувное формование и литье;
Обработка раствором — это процесс приготовления раствора путем растворения частиц в растворителе или прямой полимеризации их в растворителе, а затем нанесения покрытия, центрифугирования и т.д.
В конечном продукте, изготовленном из ТПУ, как правило, не требуется реакция вулканизации с образованием поперечных связей, что позволяет сократить производственный цикл и перерабатывать отходы.
4. Характеристики ТПУ
Термопластичный полиуретан (ТПУ) обладает высоким модулем упругости, высокой прочностью, высоким удлинением и эластичностью, превосходной износостойкостью, маслостойкостью, термостойкостью и устойчивостью к старению.
Высокая прочность на растяжение, высокое удлинение и низкая скорость остаточной деформации при длительном сжатии — все это существенные преимущества ТПУ.
СяоУ подробно расскажет о механических свойствах ТПУ с таких точек зрения, как прочность на растяжение и удлинение, упругость, твердость и т.д.
Высокая прочность на разрыв и высокое удлинение
Термопластичный полиуретан (ТПУ) обладает превосходной прочностью на разрыв и удлинением. Из данных на рисунке ниже видно, что прочность на разрыв и удлинение полиэфирного ТПУ значительно лучше, чем у поливинилхлоридного пластика и резины.
Кроме того, ТПУ может соответствовать требованиям пищевой промышленности, поскольку в процессе обработки в него добавляется минимальное количество добавок или их полное отсутствие, чего трудно достичь и с другими материалами, такими как ПВХ и резина.
Устойчивость очень чувствительна к температуре.
Упругость ТПУ определяется степенью быстрого восстановления до исходного состояния после снятия деформационного напряжения и выражается в виде энергии восстановления, которая представляет собой отношение работы сжатия к работе, необходимой для создания деформации. Она зависит от динамического модуля и внутреннего трения упругого тела и очень чувствительна к температуре.
Отскок уменьшается с понижением температуры до определенной температуры, после чего эластичность быстро снова возрастает. Эта температура является температурой кристаллизации мягкого сегмента, которая определяется структурой макромолекулярного диола. У ТПУ полиэфирного типа отскок ниже, чем у ТПУ полиэфирного типа. При температурах ниже температуры кристаллизации эластомер становится очень твердым и теряет свою эластичность. Поэтому упругость аналогична отскоку от поверхности твердого металла.
Диапазон твердости по Шору A60-D80
Твердость — это показатель способности материала сопротивляться деформации, образованию царапин и повреждений.
Твердость ТПУ обычно измеряют с помощью твердомеров по Шору А и Шору D, причем Шор А используется для более мягких ТПУ, а Шор D — для более твердых.
Твердость ТПУ можно регулировать, изменяя соотношение мягких и жестких сегментов цепи. Поэтому ТПУ обладает относительно широким диапазоном твердости, от Shore A60 до D80, охватывающим твердость резины и пластика, и высокой эластичностью во всем диапазоне твердости.
При изменении твердости могут изменяться и некоторые свойства ТПУ. Например, повышение твердости ТПУ приведет к таким изменениям характеристик, как увеличение модуля упругости при растяжении и прочности на разрыв, увеличение жесткости и напряжения сжатия (несущей способности), уменьшение удлинения, увеличение плотности и динамического тепловыделения, а также повышение устойчивости к воздействию окружающей среды.
5. Применение ТПУ
Будучи превосходным эластомером, ТПУ имеет широкий спектр применения в производстве товаров повседневного спроса и широко используется в товарах повседневного спроса, спортивных товарах, игрушках, декоративных материалах и других областях.
Материалы для обуви
Благодаря своей превосходной эластичности и износостойкости, ТПУ в основном используется в обувной промышленности. Обувь, содержащая ТПУ, гораздо удобнее в ношении, чем обычная обувь, поэтому она широко применяется в высококачественной обуви, особенно в некоторых спортивных и повседневных моделях.
шланг
Благодаря своей мягкости, хорошей прочности на разрыв, ударопрочности и устойчивости к высоким и низким температурам, шланги из ТПУ широко используются в Китае в качестве газовых и нефтяных шлангов для механического оборудования, такого как самолеты, резервуары, автомобили, мотоциклы и станки.
кабель
Термополиуретан (ТПУ) обеспечивает прочность на разрыв, износостойкость и устойчивость к изгибу, а ключевым фактором, определяющим характеристики кабеля, является устойчивость к высоким и низким температурам. Поэтому на китайском рынке в современных кабелях, таких как контрольные и силовые кабели, ТПУ используются для защиты покрытий сложных конструкций, и их применение становится все более распространенным.
Медицинские устройства
ТПУ — это безопасный, стабильный и высококачественный заменитель ПВХ, не содержащий фталатов и других вредных химических веществ, которые могут проникать в кровь или другие жидкости в медицинском катетере или аптечке, вызывая побочные эффекты. Это также специально разработанный ТПУ для экструзии и литья под давлением.
фильм
Пленка из ТПУ — это тонкая пленка, изготовленная из гранулированного материала ТПУ с помощью специальных процессов, таких как прокатка, литье, выдувание и нанесение покрытия. Благодаря высокой прочности, износостойкости, хорошей эластичности и устойчивости к атмосферным воздействиям, пленки из ТПУ широко используются в промышленности, производстве обувных материалов, одежды, автомобильной, химической, электронной, медицинской и других областях.
Дата публикации: 05 февраля 2020 г.