Що таке термопластичний поліуретановий еластомер?
Поліуретановий еластомер — це різновид поліуретанових синтетичних матеріалів (інші різновиди стосуються пінополіуретану, поліуретанового клею, поліуретанового покриття та поліуретанового волокна), а термопластичний поліуретановий еластомер — один із трьох типів поліуретанового еластомеру. Люди зазвичай називають його ТПУ ( інші два основних типи поліуретанових еластомерів - це литі поліуретанові еластомери, скорочено CPU, і змішані поліуретанові еластомери, скорочено MPU).
ТПУ - це різновид поліуретанового еластомеру, який можна пластифікувати нагріванням і розчиняти в розчиннику.Порівняно з центральним процесором і мікропроцесорним процесором, хімічна структура TPU має незначну кількість хімічних зв’язків або зовсім не з’єднується.Його молекулярний ланцюг в основному лінійний, але існує певна кількість фізичного зшивання.Це термопластичний поліуретановий еластомер, який має дуже характерну структуру.
Будова та класифікація ТПУ
Термопластичний поліуретановий еластомер - це блоковий лінійний полімер (AB).А являє собою полімерний поліол (складний або простий поліефір, молекулярна маса 1000~6000) з високою молекулярною масою, який називається довголанцюговим;B являє собою діол, що містить 2-12 атомів вуглецю з прямим ланцюгом, який називається коротким ланцюгом.
У структурі термопластичного поліуретанового еластомеру сегмент A називається м'яким сегментом, який має характеристики гнучкості та м'якості, завдяки чому ТПУ має розтяжність;Уретановий ланцюг, що утворюється в результаті реакції між сегментом В та ізоціанатом, називається жорстким сегментом, який має як жорсткі, так і жорсткі властивості.Регулюючи співвідношення сегментів A і B, виготовляються вироби з ТПУ з різними фізико-механічними властивостями.
За структурою м’якого сегмента його можна розділити на тип поліефіру, тип поліефіру та тип бутадієну, які відповідно містять групу складного ефіру, групу ефіру або групу бутена.Відповідно до структури твердого сегмента його можна розділити на тип уретану та типу уретан-сечовини, які відповідно отримують з подовжувачів ланцюга етиленгліколю або подовжувачів ланцюга діаміну.Загальна класифікація поділяється на тип поліефіру та тип поліефіру.
Яка сировина для синтезу ТПУ?
(1) Полімерний діол
Макромолекулярний діол з молекулярною масою від 500 до 4000 і біфункціональними групами з вмістом від 50% до 80% в ТПУ-еластомері відіграє вирішальну роль у фізичних і хімічних властивостях ТПУ.
Полімерний діол, придатний для TPU еластомеру, можна розділити на поліефір і поліефір: поліефір включає політетраметиленгліколь адипінової кислоти (PBA) ε PCL, PHC;Поліефіри включають поліоксипропіленовий ефір гліколь (PPG), тетрагідрофурановий поліефір гліколь (PTMG) тощо.
(2) Діізоціанат
Молекулярна вага невелика, але функція видатна, яка не тільки відіграє роль з’єднання м’якого сегмента та жорсткого сегменту, але також наділяє ТПУ різними хорошими фізичними та механічними властивостями.Діізоціанати, застосовні до ТПУ, це: метилендифенілдіізоціанат (MDI), метиленбіс (-4-циклогексилізоціанат) (HMDI), п-фенілдіізоціанат (PPDI), 1,5-нафталіндізоціанат (NDI), п-фенілдиметилдіізоціанат ( PXDI) тощо.
(3) Подовжувач ланцюга
Подовжувач ланцюга з молекулярною масою 100~350, що належить до маломолекулярного діолу, мала молекулярна маса, відкрита структура ланцюга та відсутність групи замісників сприяє отриманню високої твердості та високої скалярної ваги ТПУ.Подовжувачі ланцюга, придатні для TPU, включають 1,4-бутандіол (BDO), 1,4-біс (2-гідроксіетокси) бензол (HQEE), 1,4-циклогександиметанол (CHDM), п-фенілдиметилгліколь (PXG) тощо.
Модифікація. Застосування TPU як агента для зміцнення
Щоб зменшити вартість продукту та отримати додаткові характеристики, поліуретанові термопластичні еластомери можуть використовуватися як зазвичай використовувані агенти для посилення жорсткості для різних термопластичних і модифікованих гумових матеріалів.
Завдяки високій полярності поліуретан може бути сумісний з полярними смолами або каучуками, такими як хлорований поліетилен (CPE), який можна використовувати для виготовлення медичних виробів;Змішування з ABS може замінити інженерні термопласти для використання;При використанні в поєднанні з полікарбонатом (PC) він має такі властивості, як маслостійкість, стійкість до палива та ударостійкість, і може використовуватися для виготовлення кузовів автомобілів;У поєднанні з поліестером його міцність може бути покращена;Крім того, він може бути добре сумісний з ПВХ, поліоксиметиленом або ПВДХ;Поліефірний поліуретан може бути добре сумісний із сумішшю 15% нітрилового каучуку або 40% нітрильного каучуку/ПВХ;Поліефірний поліуретан також може бути добре сумісний із сумішшю клею 40% нітрильного каучуку/полівінілхлориду;Він також може бути сумісний із сополімерами акрилонітрилстиролу (SAN);Він може утворювати взаємопроникаючі мережеві (IPN) структури з реакційноздатними полісилоксанами.Переважна більшість згаданих вище клеїв вже офіційно вироблена.
Останніми роками в Китаї проводиться все більше досліджень щодо зміцнення POM за допомогою TPU.Змішування TPU і POM не тільки покращує стійкість до високих температур і механічні властивості TPU, але також значно посилює POM.Деякі дослідники показали, що під час випробувань на руйнування на розтяг, порівняно з матрицею POM, сплав POM з TPU перейшов від крихкого руйнування до пластичного руйнування.Додавання TPU також забезпечує пам'ять форми POM.Кристалічна область POM служить фіксованою фазою сплаву з пам’яттю форми, тоді як аморфна область аморфного TPU та POM служить оборотною фазою.Коли температура реакції відновлення становить 165 ℃, а час відновлення становить 120 секунд, швидкість відновлення сплаву досягає понад 95%, а ефект відновлення є найкращим.
ТПУ важко сумісний з неполярними полімерними матеріалами, такими як поліетилен, поліпропілен, етиленпропіленовий каучук, бутадієновий каучук, ізопреновий каучук або відпрацьований гумовий порошок, і не може використовуватися для виробництва композитів із хорошими характеристиками.Тому для останнього часто використовуються такі методи обробки поверхні, як плазма, коронний разряд, волога хімія, праймер, полум’я або реактивний газ.Наприклад, компанія American Air Products and Chemicals Company здійснила обробку поверхні активним газом F2/O2 тонкого поліетиленового порошку надвисокої молекулярної маси з молекулярною масою 3-5 мільйонів і додала його до поліуретанового еластомеру у співвідношенні 10 %, що може значно покращити його модуль пружності при вигині, міцність на розрив і зносостійкість.Обробку поверхні активним газом F2/O2 також можна застосовувати до витягнутих у напрямку коротких волокон довжиною 6-35 мм, що може покращити жорсткість і міцність на розрив композитного матеріалу.
Які області застосування ТПУ?
У 1958 році Goodrich Chemical Company (нині перейменована на Lubrizol) вперше зареєструвала торгову марку TPU Estane.За останні 40 років у світі було понад 20 брендів, і кожен бренд має кілька серій продукції.На даний момент основними виробниками сировини ТПУ у світі є: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding та ін.
Будучи чудовим еластомером, TPU має широкий асортимент продукції, яка широко використовується в повсякденних потребах, спортивних товарах, іграшках, декоративних матеріалах та інших сферах.Нижче наведено кілька прикладів.
① Матеріали взуття
TPU в основному використовується для виготовлення взуття завдяки своїй чудовій еластичності та зносостійкості.Взуття, що містить ТПУ, набагато зручніше носити, ніж звичайне взуття, тому воно ширше використовується у взутті високого класу, особливо в спортивному та повсякденному взутті.
② Шланги
Завдяки своїй м’якості, хорошій міцності на розрив, ударній міцності та стійкості до високих і низьких температур шланги з ТПУ широко використовуються в Китаї як газові та масляні шланги для механічного обладнання, такого як літаки, танки, автомобілі, мотоцикли та верстати.
③ Кабель
TPU забезпечує стійкість до розривів, зносостійкість і характеристики згинання, причому стійкість до високих і низьких температур є ключем до якості кабелю.Тож на китайському ринку вдосконалені кабелі, такі як кабелі керування та силові кабелі, використовують TPU для захисту матеріалів покриття складних конструкцій кабелів, і їх застосування стає все більш поширеним.
④ Медичні прилади
ТПУ є безпечним, стабільним і високоякісним матеріалом-замінником ПВХ, який не містить фталатів та інших хімічних шкідливих речовин і може мігрувати в кров або інші рідини в медичному катетері або медичній сумці, викликаючи побічні ефекти.Крім того, спеціально розроблений екструзійний і ін’єкційний TPU можна легко використовувати з невеликим налагодженням в існуючому обладнанні з ПВХ.
⑤ Транспортні та інші засоби пересування
Шляхом екструзії та покриття обох сторін нейлонової тканини поліуретановим термопластичним еластомером можна виготовити надувні бойові плоти та розвідувальні плоти, що перевозять 3-15 осіб, з набагато кращими характеристиками, ніж надувні плоти з вулканізованої гуми;Поліуретановий термопластичний еластомер, посилений скловолокном, можна використовувати для виготовлення компонентів кузова, таких як формовані деталі з обох сторін автомобіля, обшивки дверей, бампери, антифрикційні смуги та решітки.
Час публікації: 10 січня 2021 р