Syntéza, spracovanie, výkon a aplikácia TPU materiálov

TPU (termoplastický polyuretán)Je to typ polyuretánu, ktorý sa dá zmäkčiť zahrievaním a rozpustiť v rozpúšťadlách. V porovnaní s polyuretánmi miešacieho a odlievacieho typu nemá termoplastický polyuretán žiadnu alebo len malú chemickú štruktúru zosieťovania a jeho molekuly sú v podstate lineárne, ale existuje určitá miera fyzickej výmeny.
Koncept tzv. fyzickej výmeny, ktorý prvýkrát navrhol Schollenberger CS v roku 1958, sa vzťahuje na existenciu reverzibilných „spojovacích bodov“ medzi lineárnymi molekulárnymi reťazcami polyuretánu pri vystavení teplu alebo rozpúšťadlám. V skutočnosti nejde o chemické zosieťovanie. Ale funguje ako chemické zosieťovanie. V dôsledku tohto fyzikálneho zosieťovania polyuretán vytvára heterogénnu morfologickú štruktúru a vodíkové väzby polyuretánu posilňujú jeho morfológiu a robia ho odolným voči vyššej vlhkosti.

Aká je klasifikácia TPU

Teraz, keď vieme, čo je TPU, aké sú jeho klasifikácie? Podľa rôznych klasifikačných štandardov môže mať TPU mnoho rôznych klasifikácií.

Napríklad podľa štruktúry mäkkého segmentu ho možno rozdeliť na polyesterový typ, polyéterový typ a butadiénový typ, ktoré obsahujú esterovú skupinu, éterovú skupinu alebo buténovú skupinu. Podľa štruktúry tvrdého segmentu ho možno rozdeliť na uretánový typ a uretán-močovinový typ, ktoré sa získavajú z diolových alebo diamínových predlžovačov reťazca. Bežné rozdelenie je na polyesterový typ a polyéterový typ.
Podľa prítomnosti alebo neprítomnosti zosieťovania sa delí na čistý termoplast a polotermoplast. Prvý má čistú lineárnu štruktúru bez zosieťovania; druhý obsahuje malé množstvo alofanátu a iných zosieťujúcich väzieb. Podľa použitia hotových výrobkov sa delí na špeciálne tvarované diely (rôzne mechanické diely), rúry (plášte, tyčové profily), fólie (plechy, plechy), lepidlá, nátery a vlákna.

Ako sa syntetizuje TPU

Hoci existuje veľa klasifikácií TPU, všetky patria z hľadiska molekulárnej štruktúry k polyuretánu. Ako teda vznikol? Podľa rôznych syntetických procesov sa delí hlavne na polymerizáciu v objeme a polymerizáciu v roztoku.

Pri hromadnej polymerizácii sa dá rozdeliť na predpolymerizačnú metódu a jednokrokovú metódu podľa toho, či existuje predreakcia: predpolymerizačná metóda spočíva v reakcii diizokyanátu s makromolekulárnym diolom počas určitého časového obdobia a následnom pridaní predĺženia reťazca za vzniku TPU; molekulárne dioly, diizoestery a predlžovače reťazca sa súčasne zmiešajú a reagujú za vzniku TPU.
Roztoková polymerizácia spočíva v tom, že sa najprv rozpustí diizokyanát v rozpúšťadle, potom sa pridá makromolekulárny diol, aby reagoval určitý čas, a nakoniec sa pridá predlžovač reťazca, aby sa vytvoril TPU.
Typ mäkkého segmentu, molekulová hmotnosť, obsah tvrdého alebo mäkkého segmentu a stav agregácie TPU ovplyvnia hustotu TPU. Hustota sa pohybuje medzi 1.10 a 1.25, čo sa významne nelíši od iných kaučukov a plastov. Pri rovnakej tvrdosti je hustota polyéterového TPU nižšia ako hustota polyesterového TPU.

Ako sa spracováva TPU

TPU živica sa musí na výrobu hotových výrobkov spracovať a TPU sa spracováva hlavne metódou tavenia a rozpúšťania. Jeho molekulárna štruktúra je tuhý blok získaný reakciou difenylmetándiizokyanátu (MDI) alebo toluéndiizokyanátu (TDI) s predlžovačom reťazca a diizokyanátom, ako je difenylmetándiizokyanát (MDI) alebo toluéndiizokyanát (TDI). Molekuly a makromolekulárne polyoly reagujú striedavo a vytvárajú flexibilné segmenty.

Spracovanie tavením je proces bežne používaný v plastikárskom priemysle: ako je miešanie, kalandrovanie, extrúzia, vyfukovanie a lisovanie (vrátane vstrekovania, kompresie, prenosu a centrifugácie atď.). Spracovanie roztokom je rozpúšťanie peliet v rozpúšťadlách alebo priama polymerizácia v rozpúšťadlách. Po príprave roztoku sa vykonáva poťahovanie, zvlákňovanie atď.
TPU sa vyrába do konečného produktu, ktorý vo všeobecnosti nevyžaduje vulkanizáciu a zosieťovaciu reakciu, čo môže skrátiť výrobný cyklus a odpadové materiály sa môžu recyklovať a opätovne použiť.

Výkon TPU

Rovnako ako liaty polyuretán (tekutý) a miešateľný polyuretán (tuhý), aj TPU má vysoký modul pružnosti, vysokú pevnosť, vysoké predĺženie a vysokú elasticitu, vynikajúcu odolnosť voči opotrebovaniu, odolnosť voči olejom, odolnosť voči nízkym teplotám a odolnosť voči starnutiu. Medzi významné výhody TPU patrí vysoká pevnosť v ťahu, vysoké predĺženie a nízka dlhodobá deformácia v tlaku.

1. Vysoká pevnosť v ťahu a vysoké predĺženie
TPU má vynikajúcu pevnosť v ťahu a predĺženie. Z údajov na obrázku nižšie vidíme, že pevnosť v ťahu a predĺženie polyéterového TPU sú oveľa lepšie ako u polyvinylchloridového plastu a gumy.

Okrem toho TPU dokáže splniť požiadavky potravinárskeho priemyslu bez pridania alebo pridania niekoľkých prísad v procese spracovania, čo je pre iné materiály, ako je PVC a guma, ťažké.

2. Odolnosť je veľmi citlivá na teplotu
Odolnosť TPU sa vzťahuje na stupeň rýchleho obnovenia pôvodného tvaru po uvoľnení deformačného napätia, ktorý sa vyjadruje energiou obnovenia, teda pomerom práce vykonanej pri deformácii a práci potrebnej na deformáciu. Je funkciou dynamického modulu a vnútorného trenia elastoméru a je veľmi citlivá na teplotu.

Pružnosť sa znižuje s klesajúcou teplotou a až do určitej teploty elasticita opäť rýchlo rastie. Táto teplota je kryštalizačná teplota mäkkého segmentu, ktorá závisí od štruktúry makromolekulárneho diolu a polyéterový TPU je nižšia ako polyesterový TPU. Pri teplotách pod kryštalizačnou teplotou sa elastomér stáva veľmi tvrdým a stráca svoju elasticitu, preto je odraz podobný odrazu od povrchu tvrdého kovu.

3. Rozsah tvrdosti je Shore A60~D80
Tvrdosť je ukazovateľom schopnosti materiálu odolávať deformáciám, vrypom a škrabancom.
Tvrdosť TPU je možné upraviť nastavením pomeru mäkkých a tvrdých segmentov reťazca. Preto má TPU relatívne široký rozsah tvrdosti. Jeho tvrdosť sa pohybuje od Shore A60 do D80, pokrývajúc tvrdosť gumy a plastu, a má široký rozsah tvrdosti v celom rozsahu tvrdosti. Vysoká elasticita.
So zmenou tvrdosti sa zmenia aj niektoré vlastnosti TPU. Napríklad, ak sa zvýši tvrdosť TPU, dôjde k zmenám vo výkone, ako je zvýšený modul pružnosti v ťahu a pevnosť v roztrhnutí, zvýšená tuhosť a tlakové napätie (nosnosť), znížené predĺženie, zvýšená hustota a dynamické vytváranie tepla a zvýšená odolnosť voči prostrediu.

Oblasť použitia TPU

TPU prvýkrát úspešne komerčne uviedla na trh americká spoločnosť Goodrich Chemical Company (dnes Lubrizol) v roku 1958 a odvtedy sa jeho výskum a používanie rozširuje po celom svete. V súčasnosti medzi výrobcov surovín TPU patria najmä spoločnosti BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical a ďalšie.
Ako elastomér s vynikajúcim výkonom má TPU širokú škálu následných produktov a je široko používaný v každodenných potrebách, športových tovaroch, hračkách, dekoratívnych materiáloch a ďalších oblastiach. Tu je niekoľko príkladov.
1. Materiál obuvi
TPU sa používa v obuvníckych materiáloch najmä kvôli svojej vynikajúcej elasticite a odolnosti proti opotrebovaniu. Obuv s obsahom TPU je oveľa pohodlnejšia ako bežná obuv, preto sa hojne používa v luxusnej obuvi, najmä v niektorých športových a ležérnych topánkach.


2. Hadica
Vďaka mäkkosti, dobrej pevnosti v ťahu, rázovej húževnatosti a odolnosti voči vysokým a nízkym teplotám sa hadica TPU v Číne široko používa na prepravu plynu a ropy v lietadlách, tankoch, automobiloch, motocykloch, obrábacích strojoch a iných mechanických zariadeniach.



3. Kábel
TPU poskytuje odolnosť proti roztrhnutiu, odolnosť proti opotrebovaniu a ohybu a odolnosť voči vysokým a nízkym teplotám je kľúčom k výkonu kábla. Preto sa na čínskom trhu TPU používa na ochranu povrchových materiálov káblov so zložitou konštrukciou pre špičkové káble, ako sú ovládacie káble a silové káble, a jeho využitie sa čoraz viac rozširuje.



4. Medicínske vybavenie
TPU je bezpečná, stabilná a vysoko kvalitná alternatíva k PVC. Neobsahuje škodlivé chemické látky, ako sú ftaláty, a preniká do krvi alebo iných tekutín v lekárskych katétroch alebo lekárskych vreckách, čo spôsobuje vedľajšie účinky. TPU extrúznej a vstrekovacej triedy sa dá s malou úpravou ľahko použiť v existujúcich PVC zariadeniach.