У 1958 році хімічна компанія Goodrich (тепер перейменована на Lubrizol) вперше зареєструвала бренд TPU Estane. За останні 40 років у світі з'явилося понад 20 торгових марок, і кожна марка має кілька серій продукції. Наразі виробниками сировини для TPU є переважно BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical тощо.
1. Категорія ТПУ
За структурою м'яких сегментів, їх можна розділити на поліефірні, поліефірні та бутадієнові, які відповідно містять ефірну, ефірну або бутенову групи.
За структурою твердих сегментів їх можна розділити на уретанові та уретаново-сечовинні, які відповідно отримують з подовжувачів ланцюга на основі етиленгліколю або діаміну. Загальна класифікація полягає в поділенні на поліефірні та поліефірні типи.
За наявністю або відсутністю зшивання, його можна розділити на чистий термопластик та напівтермопластик.
Перший має чисто лінійну структуру та не має зшиваючих зв'язків; другий містить невелику кількість зшитих зв'язків, таких як ефір алофанової кислоти.
За призначенням готові вироби можна розділити на профільовані деталі (різні елементи машин), труби (оболонки, профілі), плівки (листи, тонкі пластини), клеї, покриття, волокна тощо.
2. Синтез ТПУ
ТПУ за молекулярною структурою належить до поліуретану. Отже, як він агрегувався?
Відповідно до різних процесів синтезу, його в основному поділяють на полімеризацію в масі та полімеризацію в розчині.
У масовій полімеризації її також можна розділити на метод попередньої полімеризації та одностадійний метод залежно від наявності або відсутності попередньої реакції:
Метод попередньої полімеризації включає реакцію діізоціанату з макромолекулярними діолами протягом певного періоду часу перед додаванням подовжувача ланцюга для отримання ТПУ;
Одностадійний метод включає одночасне змішування та реакцію макромолекулярних діолів, діізоціанатів та подовжувачів ланцюга з утворенням ТПУ.
Полімеризація в розчині включає спочатку розчинення діізоціанату в розчиннику, потім додавання макромолекулярних діолів для реакції протягом певного періоду часу і, нарешті, додавання подовжувачів ланцюга для отримання ТПУ.
Тип м'якого сегмента ТПУ, молекулярна маса, вміст твердого або м'якого сегмента та стан агрегації ТПУ можуть впливати на щільність ТПУ, яка становить приблизно 1,10-1,25, і немає суттєвої різниці порівняно з іншими гумами та пластмасами.
При однаковій твердості щільність ТПУ поліефірного типу нижча, ніж у ТПУ поліефірного типу.
3. Обробка ТПУ
Для формування кінцевого продукту частинки ТПУ потребують різних процесів, переважно з використанням методів плавлення та розчинення для обробки ТПУ.
Плавлення - це поширений процес у пластмасовій промисловості, такий як змішування, прокатка, екструзія, видувне формування та лиття під тиском;
Обробка розчином – це процес приготування розчину шляхом розчинення частинок у розчиннику або безпосередньої полімеризації їх у розчиннику, а потім нанесення покриття, формування тощо.
Кінцевий продукт, виготовлений з ТПУ, зазвичай не потребує реакції вулканізації та зшивання, що може скоротити виробничий цикл та переробити відходи.
4. Продуктивність ТПУ
ТПУ має високий модуль пружності, високу міцність, високе подовження та еластичність, чудову зносостійкість, маслостійкість, низькотемпературність та стійкість до старіння.
Висока міцність на розрив, високе подовження та низький коефіцієнт довготривалої залишкової деформації при стисканні є значними перевагами ТПУ.
XiaoU детально розгляне механічні властивості ТПУ з таких аспектів, як міцність на розтяг та видовження, пружність, твердість тощо.
Висока міцність на розрив та високе подовження
ТПУ має чудову міцність на розтяг та подовження. З даних на рисунку нижче видно, що міцність на розтяг та подовження ТПУ поліефірного типу набагато кращі, ніж у полівінілхлоридного пластику та гуми.
Крім того, ТПУ може відповідати вимогам харчової промисловості з невеликою кількістю або взагалі без додавання добавок під час обробки, чого також важко досягти для інших матеріалів, таких як ПВХ та гума.
Стійкість дуже чутлива до температури
Стійкість ТПУ стосується ступеня, з яким він швидко відновлюється до початкового стану після зняття деформаційного напруження, що виражається як енергія відновлення, яка є відношенням роботи деформаційного стиснення до роботи, необхідної для виникнення деформації. Вона є функцією динамічного модуля та внутрішнього тертя пружного тіла та дуже чутлива до температури.
Відскок зменшується зі зниженням температури до певної температури, після чого еластичність знову швидко зростає. Ця температура є температурою кристалізації м'якого сегмента, яка визначається структурою макромолекулярного діолу. ТПУ поліефірного типу має нижчу температуру, ніж ТПУ поліефірного типу. За температур нижче температури кристалізації еластомер стає дуже твердим і втрачає свою еластичність. Тому пружність подібна до відскоку від поверхні твердого металу.
Діапазон твердості по Шору A60-D80
Твердість – це показник здатності матеріалу протистояти деформації, утворенню задирів та подряпин.
Твердість ТПУ зазвичай вимірюється за допомогою твердомірів по Шору A та Шору D, причому Шор A використовується для м'якших ТПУ, а Шор D - для твердіших.
Твердість ТПУ можна регулювати, змінюючи пропорцію м'яких і твердих сегментів ланцюга. Таким чином, ТПУ має відносно широкий діапазон твердості, від Шора A60 до D80, охоплюючи твердість гуми та пластику, і має високу еластичність у всьому діапазоні твердості.
Зі зміною твердості можуть змінюватися деякі властивості ТПУ. Наприклад, збільшення твердості ТПУ призведе до змін у характеристиках, таких як збільшення модуля пружності на розрив та міцності на розрив, збільшення жорсткості та стискаючого напруження (вантажопідйомності), зменшення видовження, збільшення щільності та динамічного тепловиділення, а також підвищення стійкості до впливу навколишнього середовища.
5. Застосування ТПУ
Як чудовий еластомер, ТПУ має широкий спектр напрямків виробництва та широко використовується у виробництві товарів щоденного вжитку, спортивних товарів, іграшок, декоративних матеріалів та інших галузей.
Матеріали для взуття
ТПУ в основному використовується для виготовлення взуття завдяки своїй чудовій еластичності та зносостійкості. Взуттєві вироби, що містять ТПУ, набагато зручніші в носінні, ніж звичайне взуття, тому вони ширше використовуються у високоякісному взутті, особливо в деяких видах спортивного та повсякденного взуття.
шланг
Завдяки своїй м'якості, гарній міцності на розрив, ударній в'язкості та стійкості до високих і низьких температур, шланги з ТПУ широко використовуються в Китаї як газові та нафтові шланги для механічного обладнання, такого як літаки, танки, автомобілі, мотоцикли та верстати.
кабель
ТПУ забезпечує стійкість до розривів, зносостійкість та характеристики вигину, причому стійкість до високих та низьких температур є ключем до експлуатаційних характеристик кабелю. Тому на китайському ринку сучасні кабелі, такі як кабелі керування та силові кабелі, використовують ТПУ для захисту покривних матеріалів складних конструкцій кабелів, і їх застосування стає все більш поширеним.
Медичні прилади
ТПУ – це безпечний, стабільний та високоякісний матеріал-замінник ПВХ, який не містить фталатів та інших хімічно шкідливих речовин і може потрапляти в кров або інші рідини в медичному катетері чи медичному пакеті, викликаючи побічні ефекти. Це також спеціально розроблений ТПУ екструзійного та інжекційного класу.
фільм
ТПУ-плівка — це тонка плівка, виготовлена з гранульованого матеріалу ТПУ за допомогою спеціальних процесів, таких як прокатка, лиття, видування та покриття. Завдяки високій міцності, зносостійкості, хорошій еластичності та стійкості до атмосферних впливів, ТПУ-плівки широко використовуються в промисловості, виробництві взуттєвих матеріалів, пошитті одягу, автомобільній, хімічній, електронній, медичній та інших галузях.
Час публікації: 05 лютого 2020 р.