TPU medžiagų sintezė, apdorojimas, veikimas ir taikymas

TPU (termoplastinis poliuretanas)yra poliuretano tipas, kurį galima plastifikuoti kaitinant ir tirpinti tirpikliuose. Palyginti su maišymo ir liejimo tipo poliuretanu, termoplastinis poliuretanas cheminėje struktūroje neturi arba turi mažai cheminių skersinių jungčių, o jo molekulės iš esmės yra linijinės, tačiau vyksta tam tikras fizinis mainų kiekis.
Vadinamųjų fizinių mainų koncepcija, kurią pirmą kartą pasiūlė Schollenberger CS 1958 m., reiškia grįžtamųjų „sujungimo taškų“ egzistavimą tarp linijinių poliuretano molekulių grandinių, kai jos veikiamos karščio ar tirpiklių. Tai iš tikrųjų nėra cheminė skersinė jungtis. Tačiau ji veikia kaip cheminė skersinė jungtis. Dėl šios fizinės skersinės jungties poliuretanas suformuoja heterogeninę morfologinę struktūros teoriją, o poliuretano vandeniliniai ryšiai sustiprina jo morfologiją ir padaro jį atsparesnį didesnei drėgmei.

Kokia yra TPU klasifikacija?

Dabar, kai žinome, kas yra TPU, kokios yra jo klasifikacijos? Pagal skirtingus klasifikavimo standartus, TPU gali turėti daug skirtingų klasifikacijų.

Pavyzdžiui, pagal minkštojo segmento struktūrą jį galima suskirstyti į poliesterio, polieterio ir butadieno tipus, kuriuose yra atitinkamai esterio grupė, eterio grupė arba buteno grupė. Pagal kietojo segmento struktūrą jį galima suskirstyti į uretano ir uretano-karbamido tipus, kurie atitinkamai gaunami iš diolio grandinės ilgintuvų arba diamino grandinės ilgintuvų. Įprastas skirstymas yra į poliesterio ir polieterio tipus.
Pagal skersinių jungčių buvimą ar nebuvimą, jis gali būti suskirstytas į gryną termoplastinį ir pusiau termoplastinį. Pirmasis yra gryna linijinė struktūra be skersinių jungčių; antrasis turi nedidelį kiekį alofanato ir kitų skersinių jungčių. Pagal gatavų gaminių panaudojimą, jis gali būti suskirstytas į specialios formos dalis (įvairias mechanines dalis), vamzdžius (apvalkalus, strypus), plėveles (lakštus, lakštus), klijus, dangas ir pluoštus.

Kaip sintetinamas TPU

Nors yra daug TPU klasifikacijų, pagal molekulinę struktūrą jos visos priklauso poliuretanui. Taigi, kaip jis atsirado? Pagal skirtingus sintezės procesus jis daugiausia skirstomas į tūrinę polimerizaciją ir tirpalo polimerizaciją.

Tūrinės polimerizacijos atveju, atsižvelgiant į tai, ar vyksta išankstinė reakcija, ją galima suskirstyti į išankstinės polimerizacijos ir vieno etapo metodus: išankstinės polimerizacijos metodas yra diizocianato reakcija su makromolekuliniu dioliu tam tikrą laiką, o tada grandinės prailginimas, kad susidarytų TPU; molekuliniai dioliai, diizoesteriai ir grandinės ilgintuvai vienu metu sumaišomi ir reaguoja, kad susidarytų TPU.
Tirpalo polimerizacija pirmiausia ištirpinama tirpiklyje diizocianatu, tada pridedama makromolekulinio diolio, kad jis tam tikrą laiką reaguotų, ir galiausiai pridedama grandinės ilgintuvo, kad susidarytų TPU.
TPU tankiui įtakos turi minkštojo segmento tipas, molekulinė masė, kietojo arba minkštojo segmento kiekis ir TPU agregacijos būsena. Tankis yra nuo 1.10 iki 1.25, ir tai reikšmingai nesiskiria nuo kitų kaučiukų ir plastikų. Esant tokiam pačiam kietumui, polieterio TPU tankis yra mažesnis nei poliesterio TPU.

Kaip apdorojamas TPU

TPU derva turi būti perdirbama, kad būtų pagaminti galutiniai produktai, ir TPU daugiausia apdorojamas lydymo ir tirpalo metodais. Jo molekulinė struktūra yra standus blokas, gaunamas reaguojant difenilmetano diizocianatui (MDI) arba tolueno diizocianatui (TDI) su grandinės ilgintuvu ir diizocianatu, tokiu kaip difenilmetano diizocianatas (MDI) arba tolueno diizocianatas (TDI). Molekulės ir makromolekuliniai polioliai reaguoja pakaitomis, sudarydami lanksčius segmentus.

Lydymo apdorojimas yra plastikų pramonėje dažniausiai naudojamas procesas: maišymas, kalandravimas, ekstruzija, pūtimas ir liejimas (įskaitant įpurškimą, suspaudimą, perkėlimą ir centrifugavimą ir kt.). Tirpalo apdorojimas yra granulių tirpinimas tirpikliuose arba tiesioginė polimerizacija tirpikliuose. Paruošus tirpalą, atliekama dengimas, verpimas ir kt.
TPU yra gaminamas į galutinį produktą, kuriam paprastai nereikia vulkanizacijos ir kryžminio sujungimo reakcijos, todėl gamybos ciklas gali būti sutrumpintas, o atliekos gali būti perdirbamos ir pakartotinai naudojamos.

TPU našumas

Kaip ir liejamas poliuretanas (skystas) bei maišomas poliuretanas (kietas), TPU pasižymi dideliu tamprumo moduliu, dideliu stiprumu, dideliu pailgėjimu ir elastingumu, puikiu atsparumu dilimui, atsparumu alyvai, atsparumu žemai temperatūrai ir atsparumu senėjimui. Tarp jų didelis tempiamasis stipris, didelis pailgėjimas ir maža ilgalaikė gniuždymo deformacija yra reikšmingi TPU privalumai.

1. Didelis tempiamasis stipris ir didelis pailgėjimas
TPU pasižymi puikiu tempiamuoju stiprumu ir pailgėjimu. Iš paveikslėlyje pateiktų duomenų matyti, kad polieterio TPU tempiamasis stiprumas ir pailgėjimas yra daug geresni nei polivinilchlorido plastiko ir gumos.

Be to, TPU gali atitikti maisto pramonės reikalavimus nepridedant arba nepridedant nedaug priedų perdirbimo procese, o tai sunku kitoms medžiagoms, tokioms kaip PVC ir guma.

2. Atsparumas yra labai jautrus temperatūrai
TPU atsparumas reiškia greito atsigavimo iki pradinės formos laipsnį, kai deformacijos įtempis išnyksta. Tai išreiškiama atsigavimo energija, t. y. deformacijos atitraukimo darbo ir deformacijai reikalingo darbo santykiu. Tai priklauso nuo elastomero dinaminio modulio ir vidinės trinties, ir yra labai jautrus temperatūrai.

Atšokimas mažėja mažėjant temperatūrai, kol pasiekiama tam tikra temperatūra, elastingumas vėl sparčiai didėja. Ši temperatūra yra minkštojo segmento kristalizacijos temperatūra, kuri priklauso nuo makromolekulinio diolio struktūros, o polieterio TPU yra žemesnė nei poliesterio TPU. Žemesnėje nei kristalizacijos temperatūra temperatūroje elastomeras tampa labai kietas ir praranda elastingumą, todėl jo atšokimas panašus į atšokimą nuo kieto metalo paviršiaus.

3. Kietumo diapazonas yra Shore A60~D80
Kietumas yra medžiagos gebėjimo atsispirti deformacijai, įbrėžimams ir įbrėžimams rodiklis.
TPU kietumą galima reguliuoti keičiant minkštų ir kietų grandinės segmentų santykį. Todėl TPU kietumo diapazonas yra gana platus. Jo kietumas svyruoja nuo Shore A60 iki D80, apimantis gumos ir plastiko kietumą, ir pasižymi plačiu kietumo diapazonu visame kietumo diapazone. Didelis elastingumas.
Keičiantis kietumui, keičiasi ir kai kurios TPU savybės. Pavyzdžiui, padidinus TPU kietumą, pasikeis tokios eksploatacinės savybės kaip padidėjęs tempiamasis modulis ir plyšimo stipris, padidėjęs standumas ir gniuždymo įtempis (apkrova), sumažėjęs pailgėjimas, padidėjęs tankis ir dinaminis šilumos išsiskyrimas, taip pat padidėjęs atsparumas aplinkos poveikiui.

TPU taikymo sritis

TPU pirmą kartą sėkmingai komercializavo „American Goodrich Chemical Company“ (dabar „Lubrizol“) 1958 m., o nuo to laiko jis buvo tiriamas ir plečiamas visame pasaulyje. Šiuo metu daugiausia TPU žaliavų gamintojų yra BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical ir kt.
TPU, kaip elastomeras, pasižymintis puikiomis eksploatacinėmis savybėmis, turi platų asortimentą produktų ir yra plačiai naudojamas kasdienių reikmenų, sporto prekių, žaislų, dekoratyvinių medžiagų ir kitose srityse. Pateikiame keletą pavyzdžių.
1. Batų medžiaga
TPU naudojamas avalynės medžiagose daugiausia dėl puikaus elastingumo ir atsparumo dilimui. TPU turintys avalynės gaminiai yra daug patogesni nei įprasti avalynės gaminiai, todėl jie plačiai naudojami aukštos klasės avalynės gaminiuose, ypač kai kuriuose sportiniuose ir laisvalaikio batuose.


2. Žarna
Kadangi TPU žarna yra minkšta, atspari tempimui, smūgiams ir aukštai bei žemai temperatūrai, ji plačiai naudojama Kinijoje dujų ir naftos transportavimui orlaiviuose, cisternose, automobiliuose, motocikluose, staklių ir kitose mechaninės įrangos žarnose.



3. Kabelis
TPU pasižymi atsparumu plyšimui, dilimui ir lenkimui, o atsparumas aukštai ir žemai temperatūrai yra raktas į kabelio eksploatacines savybes. Todėl Kinijos rinkoje TPU naudojamas aukštos klasės kabeliams, tokiems kaip valdymo ir maitinimo kabeliai, siekiant apsaugoti sudėtingų konstrukcijų kabelių dangų medžiagas, ir jo naudojimas tampa vis platesnis.



4. Medicininė įranga
TPU yra saugi, stabili ir aukštos kokybės PVC alternatyva. Jame nebus kenksmingų cheminių medžiagų, tokių kaip ftalatai, ir jis gali patekti į kraują ar kitus skysčius medicininiuose kateteriuose ar medicininiuose maišeliuose ir sukelti šalutinį poveikį. Ekstruzijos ir įpurškimo klasės TPU galima lengvai naudoti šiek tiek pakoregavus esamą PVC įrangą.