Co to jest termoplastyczny elastomer poliuretanowy?

Co to jest termoplastyczny elastomer poliuretanowy?

Elastomer poliuretanowy to różnorodność syntetycznych materiałów poliuretanowych (inne odmiany odnoszą się do pianki poliuretanowej, kleju poliuretanowego, powłoki poliuretanowej i włókna poliuretanowego), a termoplastyczny elastomer poliuretanowy to jeden z trzech rodzajów elastomeru poliuretanowego. Ludzie powszechnie nazywają go TPU (tzw. pozostałe dwa główne typy elastomerów poliuretanowych to odlewane elastomery poliuretanowe, w skrócie CPU i mieszane elastomery poliuretanowe, w skrócie MPU).

TPU to rodzaj elastomeru poliuretanowego, który można uplastycznić przez ogrzewanie i rozpuścić w rozpuszczalniku. W porównaniu z procesorem i MPU, TPU ma niewielkie usieciowanie chemiczne w swojej strukturze chemicznej lub nie ma go wcale. Jego łańcuch molekularny jest zasadniczo liniowy, ale występuje w nim pewna ilość fizycznego usieciowania. Jest to termoplastyczny elastomer poliuretanowy o bardzo charakterystycznej strukturze.

Struktura i klasyfikacja TPU

Termoplastyczny elastomer poliuretanowy jest polimerem liniowym blokowym (AB). A oznacza polimeropoliol (ester lub polieter o masie cząsteczkowej 1000~6000) o dużej masie cząsteczkowej, zwany długim łańcuchem; B oznacza diol zawierający 2-12 atomów węgla o prostym łańcuchu, zwany krótkim łańcuchem.

W strukturze termoplastycznego elastomeru poliuretanowego segment A nazywany jest segmentem miękkim, który charakteryzuje się elastycznością i miękkością, dzięki czemu TPU ma rozciągliwość; Łańcuch uretanowy powstający w wyniku reakcji pomiędzy segmentem B i izocyjanianem nazywany jest segmentem twardym, który ma zarówno właściwości sztywne, jak i twarde. Dostosowując stosunek segmentów A i B, powstają produkty TPU o różnych właściwościach fizyko-mechanicznych.

Zgodnie ze strukturą miękkiego segmentu można go podzielić na typ poliestrowy, polieterowy i butadienowy, które zawierają odpowiednio grupę estrową, grupę eterową lub grupę butenową. Ze względu na strukturę twardego segmentu można go podzielić na typ uretanowy i uretanowo-mocznikowy, które odpowiednio otrzymuje się z przedłużaczy łańcucha glikolu etylenowego lub przedłużaczy łańcucha diaminy. Powszechna klasyfikacja dzieli się na typ poliestrowy i typ polieterowy.

Jakie są surowce do syntezy TPU?

(1) Diol polimerowy

Diol wielkocząsteczkowy o masie cząsteczkowej od 500 do 4000 i grupach dwufunkcyjnych, o zawartości od 50% do 80% w elastomerze TPU, odgrywa decydującą rolę we właściwościach fizykochemicznych TPU.

Polimer Diol odpowiedni dla elastomeru TPU można podzielić na poliester i polieter: poliester obejmuje politetrametylenoglikol kwasu adypinowego (PBA) ε PCL, PHC; Polietery obejmują glikol polioksypropylenowo-eterowy (PPG), glikol polieterowy tetrahydrofuranowy (PTMG) itp.

(2) Diizocyjanian

Masa cząsteczkowa jest niewielka, ale funkcja jest znakomita, która nie tylko odgrywa rolę łączenia miękkiego segmentu z twardym segmentem, ale także nadaje TPU różne dobre właściwości fizyczne i mechaniczne. Diizocyjaniany mające zastosowanie do TPU to: diizocyjanian metylenodifenylu (MDI), bis(izocyjanian -4-cykloheksylu) metylenu (HMDI), diizocyjanian p-fenylu (PPDI), diizocyjanian 1,5-naftalenu (NDI), diizocyjanian p-fenylodimetylu ( PXDI) itp.

(3) Przedłużacz łańcucha

Przedłużacz łańcucha o masie cząsteczkowej 100 ~ 350, należący do drobnocząsteczkowego diolu, o małej masie cząsteczkowej, strukturze otwartego łańcucha i braku grupy podstawnikowej, sprzyja uzyskaniu wysokiej twardości i dużej masy skalarnej TPU. Przedłużacze łańcucha odpowiednie dla TPU obejmują 1,4-butanodiol (BDO), 1,4-bis (2-hydroksyetoksy) benzen (HQEE), 1,4-cykloheksanodimetanol (CHDM), p-fenylodimetyloglikol (PXG) itp.

Modyfikacja Zastosowanie TPU jako środka wzmacniającego

Aby obniżyć koszty produktu i uzyskać dodatkową wydajność, poliuretanowe elastomery termoplastyczne można stosować jako powszechnie stosowane środki wzmacniające do hartowania różnych materiałów termoplastycznych i modyfikowanych kauczuków.

Ze względu na wysoką polarność poliuretan może być kompatybilny z polarnymi żywicami lub gumami, takimi jak chlorowany polietylen (CPE), który można stosować do wytwarzania wyrobów medycznych; Mieszanie z ABS może zastąpić konstrukcyjne tworzywa termoplastyczne; Stosowany w połączeniu z poliwęglanem (PC) ma takie właściwości, jak odporność na olej, odporność na paliwo i odporność na uderzenia, i może być stosowany do produkcji nadwozi samochodowych; W połączeniu z poliestrem można poprawić jego wytrzymałość; Ponadto może być dobrze kompatybilny z PVC, polioksymetylenem lub PVDC; Poliestrowy poliuretan może być dobrze kompatybilny z 15% kauczukiem nitrylowym lub 40% mieszanką kauczuku nitrylowego/PVC; Polieteropoliuretan może być również dobrze kompatybilny z klejem będącym mieszanką kauczuku nitrylowego i polichlorku winylu w 40%; Może być również kompatybilny z kopolimerami akrylonitryl-styren (SAN); Z reaktywnymi polisiloksanami może tworzyć przenikające się struktury sieciowe (IPN). Zdecydowana większość wyżej wymienionych klejów mieszanych została już oficjalnie wyprodukowana.

W ostatnich latach w Chinach prowadzono coraz więcej badań nad wzmacnianiem POM przez TPU. Mieszanka TPU i POM nie tylko poprawia odporność na wysokie temperatury i właściwości mechaniczne TPU, ale także znacznie wzmacnia POM. Niektórzy badacze wykazali, że w testach pękania przy rozciąganiu, w porównaniu z osnową POM, stop POM z TPU przeszedł od pękania kruchego do pękania plastycznego. Dodatek TPU zapewnia również POM wydajność pamięci kształtu. Krystaliczny obszar POM służy jako faza stała stopu z pamięcią kształtu, podczas gdy amorficzny obszar amorficznego TPU i POM służy jako faza odwracalna. Gdy temperatura reakcji odzyskiwania wynosi 165 ℃, a czas odzyskiwania wynosi 120 sekund, stopień odzysku stopu osiąga ponad 95%, a efekt odzyskiwania jest najlepszy.

TPU jest trudny do łączenia z niepolarnymi materiałami polimerowymi, takimi jak polietylen, polipropylen, kauczuk etylenowo-propylenowy, kauczuk butadienowy, kauczuk izoprenowy lub proszek z odpadów gumowych i nie można go stosować do wytwarzania kompozytów o dobrych parametrach. Dlatego w tym ostatnim przypadku często stosuje się metody obróbki powierzchni, takie jak plazma, korona, chemia mokra, podkład, płomień lub gaz reaktywny. Na przykład firma American Air Products and Chemicals Company przeprowadziła obróbkę powierzchniową aktywnego gazu F2/O2 na drobnym proszku polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej o masie cząsteczkowej 3-5 milionów i dodała go do elastomeru poliuretanowego w stosunku 10 %, co może znacznie poprawić moduł sprężystości, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zużycie. Obróbkę powierzchniową aktywnego gazu F2/O2 można również zastosować do kierunkowo wydłużonych krótkich włókien o długości 6–35 mm, co może poprawić sztywność i odporność na rozdarcie materiału kompozytowego.

Jakie są obszary zastosowań TPU?

W 1958 roku firma Goodrich Chemical Company (obecnie przemianowana na Lubrizol) po raz pierwszy zarejestrowała markę TPU Estane. W ciągu ostatnich 40 lat na całym świecie istniało ponad 20 marek, a każda marka ma kilka serii produktów. Obecnie głównymi producentami surowców TPU na świecie są: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding itp.

Jako doskonały elastomer, TPU oferuje szeroką gamę produktów końcowych, które są szeroko stosowane w artykułach codziennego użytku, artykułach sportowych, zabawkach, materiałach dekoracyjnych i innych dziedzinach. Poniżej znajduje się kilka przykładów.

① Materiały obuwnicze

TPU jest stosowany głównie w materiałach obuwniczych ze względu na jego doskonałą elastyczność i odporność na zużycie. Produkty obuwnicze zawierające TPU są znacznie wygodniejsze w noszeniu niż zwykłe produkty obuwnicze, dlatego coraz częściej znajdują zastosowanie w wyrobach obuwniczych z wyższej półki, zwłaszcza w niektórych butach sportowych i butach codziennych.

② Węże

Ze względu na swoją miękkość, dobrą wytrzymałość na rozciąganie, udarność oraz odporność na wysokie i niskie temperatury, węże TPU są szeroko stosowane w Chinach jako węże do gazu i oleju do urządzeń mechanicznych, takich jak samoloty, czołgi, samochody, motocykle i obrabiarki.

③ Kabel

TPU zapewnia odporność na rozdarcie, zużycie i zginanie, przy czym odporność na wysokie i niskie temperatury jest kluczem do wydajności kabla. Tak więc na rynku chińskim zaawansowane kable, takie jak kable sterujące i kable zasilające, wykorzystują TPU do ochrony materiałów powłokowych w skomplikowanych konstrukcjach kabli, a ich zastosowania stają się coraz bardziej powszechne.

④ Urządzenia medyczne

TPU to bezpieczny, stabilny i wysokiej jakości materiał zastępczy PVC, który nie zawiera ftalanów ani innych szkodliwych substancji chemicznych i będzie migrował do krwi lub innych płynów znajdujących się w cewniku medycznym lub torbie medycznej, powodując skutki uboczne. Co więcej, specjalnie opracowany TPU do wytłaczania i wtryskiwania może być z łatwością stosowany po niewielkim debugowaniu w istniejącym sprzęcie z PCW.

⑤ Pojazdy i inne środki transportu

Przez wytłaczanie i powlekanie obu stron tkaniny nylonowej termoplastycznym elastomerem poliuretanowym można wytwarzać nadmuchiwane tratwy bojowe i tratwy rozpoznawcze przewożące 3-15 osób, o znacznie lepszych parametrach niż nadmuchiwane tratwy z wulkanizowanej gumy; Poliuretanowy elastomer termoplastyczny wzmocniony włóknem szklanym może być stosowany do wykonywania elementów nadwozia, takich jak wytłoczki po obu stronach samego samochodu, poszycia drzwi, zderzaki, listwy przeciwcierne i kratki chłodnicy.