Что такое термопластичный полиуретановый эластомер?

Что такое термопластичный полиуретановый эластомер?

Полиуретановый эластомер — это разновидность полиуретановых синтетических материалов (другие разновидности — полиуретановая пена, полиуретановый клей, полиуретановое покрытие и полиуретановое волокно), а термопластичный полиуретановый эластомер — это один из трех типов полиуретановых эластомеров, обычно называемых ТПУ (два других основных типа полиуретановых эластомеров — это литые полиуретановые эластомеры, сокращенно ЦП, и смешанные полиуретановые эластомеры, сокращенно МПУ).

TPU — это разновидность полиуретанового эластомера, который можно пластифицировать при нагревании и растворять растворителем. По сравнению с CPU и MPU, TPU имеет мало или совсем не имеет химических поперечных связей в своей химической структуре. Его молекулярная цепь в основном линейна, но есть определенное количество физических поперечных связей. Это термопластичный полиуретановый эластомер, который очень характерен по структуре.

Структура и классификация ТПУ

Термопластичный полиуретановый эластомер представляет собой (AB) блочный линейный полимер. A представляет собой полимерный полиол (сложный эфир или простой полиэфир, молекулярная масса 1000~6000) с высокой молекулярной массой, называемый длинноцепочечным; B представляет собой диол, содержащий 2-12 атомов углерода с прямой цепью, называемый короткоцепочечным.

В структуре термопластичного полиуретанового эластомера сегмент A называется мягким сегментом, который обладает характеристиками гибкости и мягкости, благодаря чему TPU обладает растяжимостью; Уретановая цепь, образующаяся в результате реакции между сегментом B и изоцианатом, называется жестким сегментом, который обладает как жесткими, так и жесткими свойствами. Регулируя соотношение сегментов A и B, изготавливаются изделия из TPU с различными физико-механическими свойствами.

В соответствии со структурой мягкого сегмента его можно разделить на полиэфирный тип, полиэфирный тип и бутадиеновый тип, которые соответственно содержат сложноэфирную группу, эфирную группу или бутеновую группу. В соответствии со структурой жесткого сегмента его можно разделить на уретановый тип и уретанмочевинный тип, которые соответственно получают из удлинителей цепей этиленгликоля или удлинителей цепей диамина. Общая классификация делится на полиэфирный тип и полиэфирный тип.

Какое сырье используется для синтеза ТПУ?

(1) Полимерный диол

Макромолекулярный диол с молекулярной массой от 500 до 4000 и бифункциональными группами, содержание которых в эластомере ТПУ составляет от 50% до 80%, играет решающую роль в физико-химических свойствах ТПУ.

Полимерный диол, подходящий для эластомера ТПУ, можно разделить на полиэфир и простой полиэфир: полиэфир включает политетраметиленгликоль адипиновой кислоты (PBA) ε PCL, PHC; полиэфиры включают полиоксипропиленгликоль эфира (PPG), тетрагидрофуранполиэфиргликоль эфира (PTMG) и т. д.

(2) Диизоцианат

Молекулярный вес невелик, но функция выдающаяся, которая не только играет роль соединения мягкого сегмента и жесткого сегмента, но и наделяет TPU различными хорошими физическими и механическими свойствами. Диизоцианаты, применимые к TPU, следующие: метилендифенилдиизоцианат (MDI), метиленбис(-4-циклогексилизоцианат) (HMDI), п-фенилдиизоцианат (PPDI), 1,5-нафталиндиизоцианат (NDI), п-фенилдиметилдиизоцианат (PXDI) и т. д.

(3) Удлинитель цепи

Удлинитель цепи с молекулярной массой 100~350, относящийся к низкомолекулярному диолу, с низкой молекулярной массой, открытой структурой цепи и без замещающей группы способствует получению высокой твердости и высокого скалярного веса ТПУ. Удлинители цепи, подходящие для ТПУ, включают 1,4-бутандиол (BDO), 1,4-бис(2-гидроксиэтокси)бензол (HQEE), 1,4-циклогександиметанол (CHDM), п-фенилдиметилгликоль (PXG) и т. д.

Модификация применения ТПУ в качестве упрочняющего агента

Для снижения себестоимости продукции и получения дополнительных эксплуатационных характеристик полиуретановые термопластичные эластомеры могут использоваться в качестве общеупотребительных упрочняющих агентов для придания жесткости различным термопластичным и модифицированным резиновым материалам.

Благодаря своей высокой полярности полиуретан может быть совместим с полярными смолами или каучуками, такими как хлорированный полиэтилен (CPE), который может использоваться для изготовления медицинских изделий; Смешивание с ABS может заменить инженерные термопластики для использования; При использовании в сочетании с поликарбонатом (PC) он обладает такими свойствами, как маслостойкость, топливостойкость и ударопрочность, и может использоваться для изготовления кузовов автомобилей; При сочетании с полиэстером его прочность может быть улучшена; Кроме того, он может быть хорошо совместим с ПВХ, полиоксиметиленом или ПВДХ; Полиэфирный полиуретан может быть хорошо совместим с 15% нитриловым каучуком или 40% смесью нитрилового каучука/ПВХ; Полиэфирный полиуретан также может быть хорошо совместим с клеем из смеси 40% нитрилового каучука/поливинилхлорида; Он также может быть совместим с сополимерами акрилонитрила и стирола (SAN); Он может образовывать взаимопроникающие сетчатые (IPN) структуры с реактивными полисилоксанами. Подавляющее большинство вышеупомянутых клеевых смесей уже официально произведено.

В последние годы в Китае проводится все больше исследований по упрочнению POM с помощью TPU. Смешивание TPU и POM не только улучшает высокотемпературную стойкость и механические свойства TPU, но и значительно упрочняет POM. Некоторые исследователи показали, что в испытаниях на разрыв при растяжении, по сравнению с матрицей POM, сплав POM с TPU перешел от хрупкого разрушения к пластичному разрушению. Добавление TPU также наделяет POM характеристиками памяти формы. Кристаллическая область POM служит фиксированной фазой сплава с памятью формы, в то время как аморфная область аморфного TPU и POM служит обратимой фазой. Когда температура реакции восстановления составляет 165 ℃, а время восстановления составляет 120 секунд, скорость восстановления сплава достигает более 95%, а эффект восстановления является наилучшим.

TPU трудно совместим с неполярными полимерными материалами, такими как полиэтилен, полипропилен, этиленпропиленовый каучук, бутадиеновый каучук, изопреновый каучук или порошок из отходов резины, и не может использоваться для производства композитов с хорошими характеристиками. Поэтому для последнего часто используются такие методы обработки поверхности, как плазма, корона, мокрая химия, грунтовка, пламя или реактивный газ. Например, компания American Air Products and Chemicals провела обработку поверхности активным газом F2/O2 на тонком порошке сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 3-5 миллионов и добавила его к полиуретановому эластомеру в соотношении 10%, что может значительно улучшить его модуль упругости при изгибе, прочность на разрыв и износостойкость. А обработка поверхности активным газом F2/O2 также может применяться к направленно удлиненным коротким волокнам длиной 6-35 мм, что может улучшить жесткость и прочность на разрыв композитного материала.

Каковы области применения ТПУ?

В 1958 году Goodrich Chemical Company (теперь переименованная в Lubrizol) впервые зарегистрировала бренд ТПУ Estane. За последние 40 лет в мире появилось более 20 торговых марок, и каждая торговая марка имеет несколько серий продуктов. В настоящее время основными производителями сырья для ТПУ в мире являются: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding и др.

Как превосходный эластомер, ТПУ имеет широкий спектр продуктов для последующей переработки, которые широко используются в предметах повседневного спроса, спортивных товарах, игрушках, декоративных материалах и других областях. Ниже приведены несколько примеров.

① Материалы обуви

TPU в основном используется для обувных материалов из-за его превосходной эластичности и износостойкости. Обувные изделия, содержащие TPU, намного удобнее носить, чем обычные обувные изделия, поэтому они более широко используются в высококачественной обуви, особенно в некоторых видах спортивной и повседневной обуви.

② Шланги

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, танки, автомобили, мотоциклы и станки.

③ Кабель

TPU обеспечивает сопротивление разрыву, износостойкость и изгибу, а устойчивость к высоким и низким температурам является ключом к производительности кабеля. Поэтому на китайском рынке современные кабели, такие как кабели управления и силовые кабели, используют TPU для защиты материалов покрытия сложных конструкций кабелей, и их применение становится все более распространенным.

④ Медицинские приборы

TPU — это безопасный, стабильный и высококачественный материал-заменитель ПВХ, который не содержит фталатов и других вредных химических веществ, и не будет мигрировать в кровь или другие жидкости в медицинском катетере или медицинской сумке, вызывая побочные эффекты. Более того, специально разработанный экструзионный и инъекционный TPU можно легко использовать с небольшой отладкой в ​​существующем оборудовании для ПВХ.

⑤ Транспортные средства и другие средства передвижения

Путем экструзии и покрытия обеих сторон нейлоновой ткани полиуретановым термопластичным эластомером можно изготавливать надувные боевые штурмовые плоты и разведывательные плоты, вмещающие от 3 до 15 человек, с гораздо лучшими характеристиками, чем надувные плоты из вулканизированной резины; полиуретановый термопластичный эластомер, армированный стекловолокном, может использоваться для изготовления компонентов кузова, таких как формованные детали с обеих сторон самого автомобиля, дверные обшивки, бамперы, антифрикционные накладки и решетки.