TPU anyagok szintézise, ​​feldolgozása, teljesítménye és alkalmazása

TPU (termoplasztikus poliuretán)egy olyan poliuretán típus, amely melegítéssel lágyítható és oldószerekben oldható. A kevert és önthető poliuretánnal összehasonlítva a hőre lágyuló poliuretán kémiai szerkezetében nincs vagy csak kevés kémiai térhálósodás van, molekulái alapvetően lineárisak, de bizonyos mértékű fizikai csere van.
Az úgynevezett fizikai csere koncepcióját Schollenberger CS javasolta először 1958-ban, és a lineáris poliuretán molekulaláncok közötti reverzibilis „kapcsolódási pontok” létezésére utal, amikor hőnek vagy oldószereknek vannak kitéve. Valójában nem kémiai térhálóról van szó, de kémiai térhálóként működik. Ennek a fizikai térhálósodásnak az eredményeként a poliuretán heterogén morfológiai szerkezeti elméletet alkot, és a poliuretán hidrogénkötése megerősíti morfológiáját, és ellenállóvá teszi a magasabb páratartalommal szemben.

Mi a TPU osztályozása?

Most, hogy tudjuk, mi a TPU, milyen osztályozásokba sorolhatók? A különböző osztályozási szabványok szerint a TPU-knak számos különböző osztályozása lehet.

Például a lágy szegmens szerkezete szerint felosztható poliészter, poliéter és butadién típusra, amelyek rendre észtercsoportot, étercsoportot vagy buténcsoportot tartalmaznak. A kemény szegmens szerkezete szerint felosztható uretán és uretán-karbamid típusra, amelyeket diollánc-hosszabbítókból vagy diaminlánc-hosszabbítókból nyernek. Az általános felosztás poliészter és poliéter típusra oszlik.
A térhálósodás megléte vagy hiánya szerint tiszta hőre lágyuló és félig hőre lágyuló műanyagra osztható. Az előbbi tiszta lineáris szerkezet térhálósodási kötések nélkül; az utóbbi kis mennyiségű allofanátot és más térhálósodási kötéseket tartalmaz. A késztermékek felhasználása szerint speciális alakú alkatrészekre (különböző mechanikus alkatrészek), csövekre (hüvelyek, rudak profiljai), fóliákra (lemezek, lemezek), ragasztókra, bevonatokra és szálakra osztható.

Hogyan szintetizálódik a TPU?

Bár a TPU-nak számos osztályozása létezik, molekulaszerkezetüket tekintve mindegyik a poliuretánhoz tartozik. Hogyan jött létre? A különböző szintézisfolyamatok szerint főként tömbpolimerizációra és oldatpolimerizációra osztják.

A tömbpolimerizáció során előpolimerizációs módszerre és egylépéses módszerre osztható aszerint, hogy van-e előreakció: az előpolimerizációs módszer lényege, hogy a diizocianátot egy bizonyos ideig makromolekuláris diollal reagáltatják, majd lánchosszabbítást adnak hozzá TPU előállításához; a molekuláris diolokat, diizoésztereket és lánchosszabbítókat egyidejűleg összekeverik és reagáltatják TPU előállításához.
Az oldatpolimerizáció lényege, hogy először a diizocianátot oldjuk fel oldószerben, majd makromolekuláris diolt adunk hozzá, hogy egy bizonyos ideig reagáljon, végül pedig lánchosszabbítót adunk hozzá TPU előállításához.
A TPU sűrűségét befolyásolja a lágy szegmens típusa, a molekulatömeg, a kemény vagy lágy szegmensek tartalma, valamint a TPU aggregációs állapota. A sűrűség 1.10 és 1.25 között van, ami nem különbözik jelentősen más gumiktól és műanyagoktól. Ugyanazon keménység mellett a poliéter TPU sűrűsége alacsonyabb, mint a poliészter TPU-é.

Hogyan dolgozzák fel a TPU-t?

A TPU gyantát késztermékek előállításához fel kell dolgozni, és a TPU-t főként olvasztási és oldatos módszerrel dolgozzák fel. Molekulaszerkezete egy merev blokk, amelyet difenilmetán-diizocianát (MDI) vagy toluol-diizocianát (TDI) lánchosszabbítóval és diizocianáttal, például difenilmetán-diizocianáttal (MDI) vagy toluol-diizocianáttal (TDI) reagáltatásával kapnak. A molekulák és a makromolekuláris poliolok felváltva reagálnak, rugalmas szegmenseket képezve.

Az olvadékfeldolgozás a műanyagiparban gyakran alkalmazott eljárás: ilyen például a keverés, kalanderezés, extrudálás, fúvás és öntés (beleértve a fröccsöntést, préselést, átvitelt és centrifugálást stb.). Az oldatfeldolgozás a pelletek oldószerekben való feloldását vagy közvetlen polimerizációt jelenti oldószerekben. Az oldat elkészítése után bevonatolást, szálképzést stb. végeznek.
A TPU-ból készül a végtermék, amely általában nem igényel vulkanizálást és térhálósítási reakciót, ami lerövidítheti a termelési ciklust, és a hulladékanyagok újrahasznosíthatók és újra felhasználhatók.

TPU teljesítmény

Az öntött poliuretánhoz (folyékony) és a kevert poliuretánhoz (szilárd) hasonlóan a TPU is nagy modulussal, nagy szilárdsággal, nagy nyúlással és nagy rugalmassággal, kiváló kopásállósággal, olajállósággal, alacsony hőmérséklettel és öregedésállósággal rendelkezik. Ezek közül a nagy szakítószilárdság, a nagy nyúlás és az alacsony hosszú távú nyomódeformáció mind a TPU jelentős előnyei.

1. Nagy szakítószilárdság és nagy nyúlás
A TPU kiváló szakítószilárdsággal és nyúlással rendelkezik. Az alábbi ábrán látható adatokból látható, hogy a poliéter TPU szakítószilárdsága és nyúlása sokkal jobb, mint a polivinil-klorid műanyagé és gumié.

Ezenkívül a TPU a feldolgozási folyamat során adalékanyagok hozzáadása vagy csak kevés hozzáadása nélkül is megfelel az élelmiszeripar követelményeinek, ami más anyagok, például a PVC és a gumi esetében nehézkes.

2. A rugalmasság nagyon érzékeny a hőmérsékletre
A TPU rugalmassága az eredeti alakjának gyors visszanyerését jelenti a deformációs feszültség feloldása után, amelyet a visszanyerési energia, azaz a deformációs-visszahúzási munka és a deformációhoz szükséges munka aránya fejez ki. Ez az elasztomer dinamikus modulusának és belső súrlódásának függvénye, és nagyon érzékeny a hőmérsékletre.

A visszarugózási tényező a hőmérséklet csökkenésével csökken, egy bizonyos hőmérsékletig a rugalmasság ismét gyorsan növekszik. Ez a hőmérséklet a lágy szegmens kristályosodási hőmérséklete, amely a makromolekuláris diol szerkezetétől függ, és a poliéter TPU alacsonyabb, mint a poliészter TPU. A kristályosodási hőmérséklet alatti hőmérsékleten az elasztomer nagyon keménnyé válik és elveszíti rugalmasságát, ezért a visszapattanás hasonló a keményfém felületéről való visszapattanáshoz.

3. A keménységi tartomány Shore A60~D80
A keménység az anyag deformációval, karcolásokkal és repedésekkel szembeni ellenállásának mutatója.
A TPU keménysége a puha és kemény láncszegmensek arányának változtatásával állítható. Ezért a TPU viszonylag széles keménységi tartománnyal rendelkezik. Keménysége Shore A60-tól D80-ig terjed, átfogva a gumi és a műanyag keménységét, és a teljes keménységi tartományban széles keménységi tartománnyal rendelkezik. Nagy rugalmasságú.
A keménység változásával a TPU egyes tulajdonságai megváltoznak. Például, ha a TPU keménysége növekszik, olyan teljesítményváltozások következnek be, mint a megnövekedett szakítószilárdság és szakítószilárdság, a megnövekedett merevség és nyomófeszültség (teherbírás), a csökkenő nyúlás, a megnövekedett sűrűség és a dinamikus hőtermelés, valamint a megnövekedett környezeti ellenállás.

A TPU alkalmazási területe

A TPU-t először az American Goodrich Chemical Company (ma Lubrizol) forgalmazta sikeresen 1958-ban, és azóta világszerte kutatják és bővítik. Jelenleg a TPU alapanyagok gyártói főként a BASF, a Covestro, a Lubrizol, a Huntsman, a Wanhua Chemical, a Shanghai Hengan, a Ruihua, az Asahikawa Chemical és így tovább.
Kiváló teljesítményű elasztomerként a TPU széleskörű felhasználási körrel rendelkezik a későbbi felhasználások terén, és széles körben használják a mindennapi szükségleti cikkekben, sportfelszerelésekben, játékokban, dekorációs anyagokban és más területeken. Íme néhány példa.
1. Cipőanyag
A TPU-t elsősorban kiváló rugalmassága és kopásállósága miatt használják cipőanyagokban. A TPU-t tartalmazó lábbelik sokkal kényelmesebbek viselet szempontjából, mint a hagyományos lábbelik, ezért széles körben használják őket a luxuscipőkben, különösen egyes sportcipőkben és hétköznapi cipőkben.


2. Tömlő
Mivel a TPU tömlő puha, jó szakítószilárdsággal, ütésállósággal és magas és alacsony hőmérsékleti ellenállással rendelkezik, a TPU tömlőt széles körben használják Kínában repülőgépek, tartályok, autók, motorkerékpárok, szerszámgépek és egyéb mechanikus berendezések gáz- és olajszállítására.



3. Kábel
A TPU szakítószilárdságot, kopásállóságot és hajlítási tulajdonságokat biztosít, és a magas és alacsony hőmérséklettel szembeni ellenállás a kábel teljesítményének kulcsa. Ezért a kínai piacon a TPU-t a csúcskategóriás kábelekhez, például a vezérlőkábelekhez és az erősáramú kábelekhez használják összetett kialakítású kábelek bevonóanyagainak védelmére, és felhasználási területei egyre szélesebb körűek.



4. Orvosi felszerelés
A TPU biztonságos, stabil és kiváló minőségű alternatívája a PVC-nek. Nem tartalmaz káros vegyi anyagokat, például ftalátot, és a vérbe vagy más folyadékokba kerülhet az orvosi katéterek vagy tasakok belsejében, mellékhatásokat okozva. Az extrudálási és fröccsöntési minőségű TPU könnyen használható kis módosítással a meglévő PVC-berendezésekben.