TPU-materiaalien synteesi, käsittely, suorituskyky ja käyttö

TPU (termoplastinen polyuretaani)on polyuretaanityyppi, jota voidaan pehmittää kuumentamalla ja liuottaa liuottimiin. Sekoitettavaan ja valattavaan polyuretaaniin verrattuna termoplastisella polyuretaanilla on kemiallisessa rakenteessa vain vähän tai ei lainkaan kemiallisia silloittumia, ja sen molekyylit ovat pohjimmiltaan lineaarisia, mutta fysikaalista vaihtoa tapahtuu jonkin verran.
Niin sanotun fyysisen vaihdon käsite, jonka Schollenberger CS ehdotti ensimmäisenä vuonna 1958, viittaa lineaaristen polyuretaanimolekyyliketjujen välisten palautuvien "liitoskohtien" olemassaoloon, kun ne altistetaan lämmölle tai liuottimille. Se ei oikeastaan ​​ole kemiallinen silloittuminen, mutta se toimii kemiallisena silloittumisena. Tämän fyysisen silloittumisen seurauksena polyuretaani muodostaa heterogeenisen morfologisen rakenneteorian, ja polyuretaanin vetysidos vahvistaa sen morfologiaa ja tekee siitä kestävän korkeammalle kosteudelle.

Mikä on TPU:n luokitus?

Nyt kun tiedämme, mikä TPU on, mitkä ovat sen luokitukset? Eri luokittelustandardien mukaan TPU:lla voi olla monia eri luokituksia.

Esimerkiksi pehmeän segmentin rakenteen mukaan se voidaan jakaa polyesteri-, polyeetteri- ja butadieenityyppiin, jotka sisältävät vastaavasti esteriryhmän, eetteriryhmän tai buteeniryhmän. Kovan segmentin rakenteen mukaan se voidaan jakaa uretaani- ja uretaaniureatyyppiin, jotka saadaan vastaavasti dioliketjun pidentäjästä tai diamiiniketjun pidentäjästä. Yleinen jako on polyesteri- ja polyeetterityyppi.
Ristisilloituksen läsnäolon tai puuttumisen mukaan se voidaan jakaa puhtaaseen termoplastiseen ja puolitermoplastiseen. Ensimmäinen on puhdas lineaarinen rakenne ilman ristisilloitussidoksia; jälkimmäinen sisältää pienen määrän allofanaattia ja muita ristisilloitussidoksia. Valmiiden tuotteiden käytön mukaan se voidaan jakaa erikoismuotoisiin osiin (erilaiset mekaaniset osat), putkiin (vaipat, sauvaprofiilit), kalvoihin (levyt, levyt), liimoihin, pinnoitteisiin ja kuituihin.

Miten TPU syntetisoidaan

Vaikka TPU:ta on monia luokituksia, ne kaikki kuuluvat molekyylirakenteensa perusteella polyuretaaniin. Joten miten se syntyi? Eri synteesiprosessien mukaan se jaetaan pääasiassa massapolymeroinnissa ja liuospolymeroinnissa.

Massapolymeroinnissa se voidaan jakaa esipolymerointimenetelmään ja yksivaiheiseen menetelmään sen mukaan, onko olemassa esireaktiota: esipolymerointimenetelmässä di-isosyanaatti reagoi makromolekyylisen diolin kanssa tietyn ajan, minkä jälkeen lisätään ketjunpidennys TPU:n tuottamiseksi; Molekyylidiolit, diisoesterit ja ketjunpidentäjät sekoitetaan samanaikaisesti ja reagoivat TPU:n muodostamiseksi.
Liuospolymeroinnissa diisosyanaatti liuotetaan ensin liuottimeen, sitten lisätään makromolekyylinen dioli reagoimaan tietyn ajan ja lopuksi lisätään ketjunjatkaja TPU:n tuottamiseksi.
TPU:n tiheyteen vaikuttavat pehmeän segmentin tyyppi, molekyylipaino, kovan tai pehmeän segmentin pitoisuus sekä TPU:n aggregaatiotila. Tiheys on 1.10–1.25, mikä ei ole merkittävästi erilainen kuin muissa kumeissa ja muoveissa. Samalla kovuudella polyeetteri-TPU:n tiheys on pienempi kuin polyesteri-TPU:n.

Miten TPU:ta käsitellään

TPU-hartsia on käsiteltävä valmiiden tuotteiden valmistamiseksi, ja TPU:ta käsitellään pääasiassa sulatus- ja liuosmenetelmällä. Sen molekyylirakenne on jäykkä lohko, joka saadaan saattamalla difenyylimetaanidi-isosyanaatti (MDI) tai tolueenidi-isosyanaatti (TDI) reagoimaan ketjunjatkeen ja di-isosyanaatin, kuten difenyylimetaanidi-isosyanaatin (MDI) tai tolueenidi-isosyanaatin (TDI), kanssa. Molekyylit ja makromolekyyliset polyolit reagoivat vuorotellen muodostaen joustavia segmenttejä.

Sulatusprosessi on yleisesti muoviteollisuudessa käytetty prosessi, kuten sekoittaminen, kalanterointi, ekstruusio, puhallusmuovaus ja muovaus (mukaan lukien ruiskutus, puristus, siirto ja sentrifugointi jne.). Liuosprosessi tarkoittaa pellettien liuottamista liuottimiin tai suoraa polymerointia liuottimissa. Liuoksen valmistuksen jälkeen suoritetaan päällystys, kehruu jne.
TPU valmistetaan lopputuotteeksi, joka ei yleensä vaadi vulkanointia ja silloitusreaktiota, mikä voi lyhentää tuotantosykliä, ja jätemateriaalit voidaan kierrättää ja käyttää uudelleen.

TPU-suorituskyky

Kuten valettu polyuretaani (nestemäinen) ja sekoitettu polyuretaani (kiinteä), TPU:lla on korkea moduuli, korkea lujuus, korkea venymä ja korkea elastisuus, erinomainen kulutuskestävyys, öljynkestävyys, alhaisen lämpötilan kestävyys ja ikääntymisen kestävyys. Näistä korkea vetolujuus, korkea venymä ja pieni pitkäaikainen puristuspainuma ovat kaikki TPU:n merkittäviä etuja.

1. Suuri vetolujuus ja suuri venymä
TPU:lla on erinomainen vetolujuus ja venymä. Alla olevan kuvan tiedoista voidaan nähdä, että polyeetteri-TPU:n vetolujuus ja venymä ovat paljon paremmat kuin polyvinyylikloridimuovin ja -kumin.

Lisäksi TPU voi täyttää elintarviketeollisuuden vaatimukset lisäämättä tai lisäämättä vain vähän lisäaineita prosessointiprosessissa, mikä on vaikeaa muille materiaaleille, kuten PVC:lle ja kumille.

2. Resilienssi on erittäin herkkä lämpötilalle
TPU:n kimmoisuus viittaa nopeaan palautumiseen alkuperäiseen muotoonsa muodonmuutosjännityksen vapautumisen jälkeen. Palautumisenergia on muodonmuutoksen vetäytymistyön suhde muodonmuutokseen tarvittavaan työhön. Se on elastomeerin dynaamisen moduulin ja sisäisen kitkan funktio ja erittäin herkkä lämpötilalle.

Kiihtyvyys pienenee lämpötilan laskiessa, kunnes tiettyyn lämpötilaan asti elastisuus kasvaa jälleen nopeasti. Tämä lämpötila on pehmeän segmentin kiteytymislämpötila, joka riippuu makromolekyylisen diolin rakenteesta, ja polyeetteri-TPU on alhaisempi kuin polyesteri-TPU. Kiteytymislämpötilan alapuolella elastomeeristä tulee erittäin kova ja se menettää elastisuutensa, joten palautuminen on samanlaista kuin palautuminen kovasta metallipinnasta.

3. Kovuusalue on Shore A60~D80
Kovuus on osoitus materiaalin kyvystä vastustaa muodonmuutoksia, kolhuja ja naarmuja.
TPU:n kovuutta voidaan säätää muuttamalla pehmeiden ja kovien ketjusegmenttien suhdetta. Siksi TPU:lla on suhteellisen laaja kovuusalue. Sen kovuus vaihtelee Shore A60:stä D80:een, kattaen kumin ja muovin kovuuden, ja sen kovuusalue on laaja koko kovuusalueella. Korkea elastisuus.
Kovuuden muuttuessa jotkin TPU:n ominaisuudet muuttuvat. Esimerkiksi jos TPU:n kovuutta lisätään, suorituskykyyn tulee muutoksia, kuten vetolujuusmoduulin ja repäisylujuuden kasvu, jäykkyyden ja puristusjännityksen (kuormituskyvyn) kasvu, venymän väheneminen, tiheyden ja dynaamisen lämmöntuotannon kasvu sekä ympäristön kestävyyden lisääntyminen.

TPU:n sovellusalue

TPU:n kaupallisti ensimmäisen kerran onnistuneesti amerikkalainen Goodrich Chemical Company (nykyisin Lubrizol) vuonna 1958, ja sitä on sittemmin tutkittu ja laajennettu ympäri maailmaa. Tällä hetkellä TPU-raaka-aineiden valmistajia ovat pääasiassa BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical ja niin edelleen.
Erinomaisen suorituskykyisenä elastomeerina TPU:lla on laaja valikoima jatkotuotteita, ja sitä käytetään laajalti päivittäistavaroissa, urheiluvälineissä, leluissa, koriste-materiaaleissa ja muilla aloilla. Tässä on muutamia esimerkkejä.
1. Kengän materiaali
TPU:ta käytetään kenkämateriaaleissa pääasiassa sen erinomaisen elastisuuden ja kulutuskestävyyden vuoksi. TPU:ta sisältävät jalkineet ovat huomattavasti mukavampia kuin tavalliset jalkineet, joten niitä käytetään laajalti kalliissa jalkinetuotteissa, erityisesti joissakin urheilukengissä ja vapaa-ajan kengissä.


2. Letku
Koska TPU-letkulla on pehmeyttä, hyvä vetolujuus, iskunkestävyys sekä korkean ja matalan lämpötilan kestävyys, sitä käytetään laajalti Kiinassa lentokoneiden, säiliöiden, autojen, moottoripyörien, työstökoneiden ja muiden mekaanisten laitteiden kaasu- ja öljykuljetuksiin.



3. Kaapeli
TPU tarjoaa repäisylujuutta, kulutuskestävyyttä ja taivutusominaisuuksia, ja korkean ja matalan lämpötilan kestävyys on kaapelin suorituskyvyn avain. Siksi Kiinan markkinoilla TPU:ta käytetään monimutkaisten kaapeleiden pinnoitusmateriaalien suojaamiseen huippuluokan kaapeleissa, kuten ohjauskaapeleissa ja tehokaapeleissa, ja sen käyttötarkoitukset laajenevat yhä laajemmiksi.



4. Lääketieteelliset laitteet
TPU on turvallinen, vakaa ja korkealaatuinen vaihtoehto PVC:lle. Se ei sisällä haitallisia kemikaaleja, kuten ftalaattia, ja se voi siirtyä vereen tai muihin nesteisiin lääketieteellisissä katetreissa tai lääkepusseissa aiheuttaen sivuvaikutuksia. Ekstruusio- ja ruiskutuslaatuista TPU:ta voidaan helposti käyttää pienillä säädöillä olemassa olevissa PVC-laitteissa.