W 1958 roku firma Goodrich Chemical Company (obecnie Lubrizol) po raz pierwszy zarejestrowała markę TPU Estane. W ciągu ostatnich 40 lat na świecie istniało ponad 20 marek, a każda z nich oferowała kilka serii produktów. Obecnie do producentów surowców TPU należą głównie BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical itp.
1. Kategoria TPU
Ze względu na strukturę segmentu miękkiego można je podzielić na typ poliestrowy, typ polieterowy i typ butadienowy, które odpowiednio zawierają grupę estrową, grupę eterową lub grupę butenową.
Ze względu na strukturę segmentu twardego, można je podzielić na uretanowe i uretanowo-mocznikowe, które są otrzymywane odpowiednio z przedłużaczy łańcucha glikolu etylenowego lub przedłużaczy łańcucha diaminowego. Powszechna klasyfikacja dzieli się na poliestrowe i polieterowe.
W zależności od obecności lub braku usieciowania, tworzywa te można podzielić na czyste termoplastyczne i półtermoplastyczne.
Pierwszy z nich ma czysto liniową strukturę i nie zawiera wiązań poprzecznych; drugi zawiera niewielką ilość wiązań poprzecznych, takich jak ester kwasu allofanowego.
Ze względu na zastosowanie wyroby gotowe można podzielić na części profilowane (różnego rodzaju elementy maszyn), rury (osłony, profile prętowe), folie (blachy, cienkie płyty), kleje, powłoki, włókna itp.
2. Synteza TPU
TPU należy do poliuretanów pod względem struktury molekularnej. Jak więc doszło do jego agregacji?
Ze względu na różne procesy syntezy, polimeryzację dzielimy głównie na polimeryzację w masie i polimeryzację w roztworze.
W polimeryzacji masowej można również wyróżnić metodę prepolimeryzacji i metodę jednoetapową, w zależności od obecności lub braku reakcji wstępnej:
Metoda prepolimeryzacji polega na poddaniu diizocyjanianu reakcji z diolami makrocząsteczkowymi przez określony czas przed dodaniem przedłużenia łańcucha w celu wytworzenia TPU;
Jednoetapowa metoda polega na jednoczesnym mieszaniu i reagowaniu makrocząsteczkowych dioli, diizocyjanianów i przedłużaczy łańcucha w celu utworzenia TPU.
Polimeryzacja w roztworze polega najpierw na rozpuszczeniu diizocyjanianu w rozpuszczalniku, następnie dodaniu makrocząsteczkowych dioli, aby poddać reakcji czas reakcji i na koniec dodaniu przedłużaczy łańcucha w celu wytworzenia TPU.
Rodzaj miękkiego segmentu TPU, masa cząsteczkowa, zawartość segmentów twardych lub miękkich oraz stan skupienia TPU mogą wpływać na gęstość TPU, która wynosi około 1,10–1,25 i nie ma znaczącej różnicy w porównaniu z innymi gumami i tworzywami sztucznymi.
Przy tej samej twardości gęstość TPU polieterowego jest niższa niż TPU poliestrowego.
3. Przetwarzanie TPU
Cząsteczki TPU wymagają różnych procesów w celu uformowania produktu końcowego, głównie przy przetwarzaniu TPU za pomocą metod topienia i rozpuszczania.
Przetwarzanie przez topienie jest powszechnie stosowanym procesem w przemyśle tworzyw sztucznych, takim jak mieszanie, walcowanie, wytłaczanie, formowanie rozdmuchowe i formowanie;
Przetwarzanie roztworów to proces przygotowywania roztworu poprzez rozpuszczenie cząstek w rozpuszczalniku lub bezpośrednią polimeryzację w rozpuszczalniku, a następnie powlekanie, przędzenie itd.
Produkt końcowy wykonany z TPU zazwyczaj nie wymaga reakcji sieciowania wulkanizacyjnego, co pozwala na skrócenie cyklu produkcyjnego i recykling materiałów odpadowych.
4. Wydajność TPU
TPU charakteryzuje się wysokim modułem sprężystości, wysoką wytrzymałością, dużym wydłużeniem i elastycznością, doskonałą odpornością na zużycie, odpornością na olej, odpornością na niskie temperatury i odpornością na starzenie.
Do istotnych zalet TPU należą: wysoka wytrzymałość na rozciąganie, duże wydłużenie i niski współczynnik trwałej deformacji przy długotrwałym ściskaniu.
XiaoU będzie omawiał przede wszystkim właściwości mechaniczne TPU, biorąc pod uwagę takie aspekty, jak wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie, sprężystość, twardość itp.
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 TPU polieterowego są znacznie lepsze niż w przypadku polichlorku winylu i gumy.
Ponadto TPU spełnia wymagania przemysłu spożywczego, wykorzystując w procesie przetwarzania niewielką ilość dodatków lub nie dodając ich wcale, co jest trudne do osiągnięcia w przypadku innych materiałów, np. PVC i gumy.
Odporność jest bardzo wrażliwa na temperaturę
Sprężystość TPU odnosi się do stopnia, w jakim materiał szybko powraca do stanu pierwotnego po ustąpieniu naprężenia odkształcającego, wyrażanego jako energia powrotu, która jest stosunkiem pracy retrakcji odkształcenia do pracy wymaganej do jego wywołania. Jest ona funkcją modułu dynamicznego i tarcia wewnętrznego ciała sprężystego i jest bardzo wrażliwa na temperaturę.
Odbicie maleje wraz ze spadkiem temperatury do określonej temperatury, po czym elastyczność gwałtownie rośnie. Temperatura ta jest temperaturą krystalizacji miękkiego segmentu, która jest determinowana przez strukturę diolu makrocząsteczkowego. TPU polieterowy ma niższą temperaturę niż TPU poliestrowy. W temperaturach poniżej temperatury krystalizacji elastomer staje się bardzo twardy i traci elastyczność. Dlatego sprężystość jest podobna do odbicia od powierzchni twardego metalu.
Zakres twardości Shore'a wynosi A60-D80
Twardość jest wskaźnikiem odporności materiału na odkształcenia, zarysowania i zadrapania.
Twardość TPU mierzy się zazwyczaj za pomocą mierników twardości Shore’a A i Shore’a D. Skala Shore’a A jest stosowana do miękkich TPU, a skala Shore’a D do twardszych TPU.
Twardość TPU można regulować poprzez zmianę proporcji miękkich i twardych segmentów łańcucha. Dzięki temu TPU charakteryzuje się stosunkowo szerokim zakresem twardości, od Shore A60 do D80, obejmującym twardość gumy i plastiku, a także wysoką elastycznością w całym zakresie twardości.
Wraz ze zmianą twardości, niektóre właściwości TPU mogą ulec 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.
5. Zastosowanie TPU
Jako doskonały elastomer, TPU ma szeroki zakres zastosowań i jest szeroko stosowany w artykułach codziennego użytku, sprzęcie sportowym, zabawkach, materiałach dekoracyjnych i innych dziedzinach.
Materiały obuwnicze
TPU jest stosowany głównie w materiałach obuwniczych ze względu na doskonałą elastyczność i odporność na zużycie. Obuwie zawierające TPU jest znacznie wygodniejsze w noszeniu niż zwykłe obuwie, dlatego jest szerzej stosowane w produktach z wyższej półki, zwłaszcza w niektórych modelach obuwia sportowego i codziennego.
wąż gumowy
Ze względu na swoją miękkość, dobrą wytrzymałość na rozciąganie, odporność na uderzenia i działanie wysokich i niskich temperatur, węże TPU są szeroko stosowane w Chinach jako węże gazowe i olejowe w sprzęcie mechanicznym, takim jak samoloty, czołgi, samochody, motocykle i obrabiarki.
kabel
TPU zapewnia odporność na rozdarcie, zużycie i zginanie, przy czym kluczem do wydajności kabla jest odporność na wysokie i niskie temperatury. Dlatego na rynku chińskim zaawansowane kable, takie jak kable sterownicze i zasilające, wykorzystują TPU do ochrony powłok kabli o złożonych konstrukcjach, a ich zastosowania stają się coraz powszechniejsze.
Urządzenia medyczne
TPU to bezpieczny, stabilny i wysokiej jakości materiał zastępujący PVC, który nie zawiera ftalanów ani innych szkodliwych substancji chemicznych. Może on przedostać się do krwi lub innych płynów w cewniku medycznym lub worku medycznym, powodując skutki uboczne. Jest to również specjalnie opracowany TPU do wytłaczania i wtryskiwania.
film
Folia TPU to cienka folia wytwarzana z granulatu TPU w specjalnych procesach, takich jak walcowanie, odlewanie, rozdmuchiwanie i powlekanie. Ze względu na wysoką wytrzymałość, odporność na zużycie, dobrą elastyczność i odporność na warunki atmosferyczne, folie TPU są szeroko stosowane w przemyśle obuwniczym, dopasowywaniu odzieży, motoryzacji, chemii, elektronice, medycynie i innych dziedzinach.
Czas publikacji: 05-02-2020