Kas yra termoplastinis poliuretano elastomeras?

Kas yra termoplastinis poliuretano elastomeras?

Poliuretano elastomeras yra įvairių poliuretano sintetinių medžiagų (kitos rūšys reiškia poliuretano putas, poliuretano klijus, poliuretano dangą ir poliuretano pluoštą), o termoplastinis poliuretano elastomeras yra vienas iš trijų poliuretano elastomero tipų. Žmonės jį dažniausiai vadina TPU (kiti du pagrindiniai poliuretano elastomerų tipai yra liejami poliuretano elastomerai, sutrumpinami kaip CPU, ir mišrūs poliuretano elastomerai, sutrumpinami kaip MPU).

TPU yra poliuretano elastomero rūšis, kurią galima plastifikuoti kaitinant ir ištirpinti tirpiklyje. Palyginti su CPU ir MPU, TPU cheminėje struktūroje yra mažai arba visai nėra cheminių skersinių jungčių. Jo molekulinė grandinė iš esmės yra linijinė, tačiau yra tam tikras fizinių skersinių jungčių kiekis. Tai labai būdingos struktūros termoplastinis poliuretano elastomeras.

TPU struktūra ir klasifikacija

Termoplastinis poliuretano elastomeras yra (AB) blokinis linijinis polimeras. A žymi didelės molekulinės masės polimerinį poliolį (esterį arba polieterį, kurio molekulinė masė 1000–6000), vadinamą ilga grandine; B žymi diolį, turintį 2–12 tiesios grandinės anglies atomų, vadinamą trumpa grandine.

Termoplastinio poliuretano elastomero struktūroje A segmentas vadinamas minkštuoju segmentu, pasižyminčiu lankstumu ir minkštumu, todėl TPU yra tempiamas; B segmento ir izocianato reakcijos metu susidariusi uretano grandinė vadinama kietuoju segmentu, pasižyminčiu ir standumo, ir kietumo savybėmis. Reguliuojant A ir B segmentų santykį, gaminami TPU produktai, pasižymintys skirtingomis fizinėmis ir mechaninėmis savybėmis.

Pagal minkštojo segmento struktūrą jį galima suskirstyti į poliesterio, polieterio ir butadieno tipus, kurie atitinkamai turi esterio grupę, eterio grupę arba buteno grupę. Pagal kietojo segmento struktūrą jį galima suskirstyti į uretano ir uretano karbamido tipus, kurie atitinkamai gaunami iš etilenglikolio grandinės ilgintuvų arba diamino grandinės ilgintuvų. Įprasta klasifikacija skirstoma į poliesterio ir polieterio tipus.

Kokios yra TPU sintezės žaliavos?

(1) Polimeras Diolis

Makromolekulinis diolis, kurio molekulinė masė svyruoja nuo 500 iki 4000, ir bifunkcinės grupės, kurių kiekis TPU elastomere yra nuo 50 % iki 80 %, vaidina lemiamą vaidmenį TPU fizinėse ir cheminėse savybėse.

TPU elastomerui tinkantis polimeras Diolis gali būti suskirstytas į poliesterį ir polieterį: poliesteris apima politetrametileno adipo rūgšties glikolį (PBA) ε PCL, PHC; polieteriai apima polioksipropileno eterio glikolį (PPG), tetrahidrofurano polieterio glikolį (PTMG) ir kt.

(2) Diizocianatas

Molekulinė masė maža, tačiau funkcija išskirtinė – ji ne tik jungia minkštąjį ir kietąjį segmentus, bet ir suteikia TPU įvairių gerų fizikinių ir mechaninių savybių. TPU gamybai tinkami diizocianatai yra: metileno difenilo diizocianatas (MDI), metileno bis(-4-cikloheksilo izocianatas) (HMDI), p-fenildiizocianatas (PPDI), 1,5-naftaleno diizocianatas (NDI), p-fenildimetilo diizocianatas (PXDI) ir kt.

(3) Grandinės ilgintuvas

Grandinės ilgintuvas, kurio molekulinė masė yra 100–350, priklausantis mažos molekulinės masės dioliams, mažos molekulinės masės, atviros grandinės struktūros ir be pakaitų grupių, padeda gauti didelį TPU kietumą ir didelį skaliarinį svorį. TPU tinkami grandinės ilgintuvai yra 1,4-butandiolis (BDO), 1,4-bis(2-hidroksietoksi)benzenas (HQEE), 1,4-cikloheksandimetanolis (CHDM), p-fenildimetilglikolis (PXG) ir kt.

TPU modifikavimas kaip grūdinimo agentas

Siekiant sumažinti produkto sąnaudas ir gauti papildomas eksploatacines savybes, poliuretano termoplastiniai elastomerai gali būti naudojami kaip įprastai naudojami grūdinimo agentai, skirti grūdinti įvairias termoplastines ir modifikuotas gumines medžiagas.

Dėl didelio poliškumo poliuretanas gali būti suderinamas su polinėmis dervomis arba kaučiukais, tokiais kaip chlorintas polietilenas (CPE), kurie gali būti naudojami medicinos gaminiams gaminti; maišymas su ABS gali pakeisti inžinerinius termoplastus; naudojant kartu su polikarbonatu (PC), jis pasižymi tokiomis savybėmis kaip atsparumas alyvai, degalams ir smūgiams, todėl gali būti naudojamas automobilių kėbulams gaminti; derinant su poliesteriu, galima pagerinti jo tvirtumą; be to, jis gali būti gerai suderinamas su PVC, polioksimetilenu arba PVDC; poliesterio poliuretanas gali būti gerai suderinamas su 15 % nitrilo kaučiuko arba 40 % nitrilo kaučiuko/PVC mišiniu; polieterio poliuretanas taip pat gali būti gerai suderinamas su 40 % nitrilo kaučiuko/polivinilchlorido mišinio klijais; jis taip pat gali būti suderinamas su akrilnitrilo stireno (SAN) kopolimerais; jis gali sudaryti įsiskverbiančias tinklo (IPN) struktūras su reaktyviais polisiloksanais. Didžioji dauguma minėtų mišrių klijų jau buvo oficialiai pagaminti.

Pastaraisiais metais Kinijoje vis daugiau tyrimų atliekama apie POM grūdinimą naudojant TPU. TPU ir POM maišymas ne tik pagerina TPU atsparumą aukštai temperatūrai ir mechanines savybes, bet ir žymiai sustiprina POM. Kai kurie tyrėjai parodė, kad tempiamojo lūžio bandymų metu, palyginti su POM matrica, POM lydinys su TPU pasikeitė iš trapaus lūžio į kalimo būseną. TPU pridėjimas taip pat suteikia POM formos atminties savybes. Kristalinė POM sritis yra fiksuota formos atminties lydinio fazė, o amorfinė amorfinio TPU ir POM sritis yra grįžtamoji fazė. Kai atsigavimo temperatūra yra 165 ℃, o atsigavimo laikas yra 120 sekundžių, lydinio atsigavimo greitis siekia daugiau nei 95 %, o atsigavimo efektas yra geriausias.

TPU sunku suderinti su nepolinėmis polimerinėmis medžiagomis, tokiomis kaip polietilenas, polipropilenas, etileno propileno kaučiukas, butadieno kaučiukas, izopreno kaučiukas arba atliekų kaučiuko milteliai, ir negali būti naudojamas gerų eksploatacinių savybių kompozitams gaminti. Todėl pastariesiems dažnai naudojami paviršiaus apdorojimo metodai, tokie kaip plazma, korona, šlapioji chemija, gruntavimas, liepsna arba reaktyviosios dujos. Pavyzdžiui, „American Air Products and Chemicals Company“ atliko F2/O2 aktyviųjų dujų paviršiaus apdorojimą itin didelės molekulinės masės polietileno smulkių miltelių, kurių molekulinė masė yra 3–5 milijonai, ir įmaišė juos į poliuretano elastomerą 10 % santykiu, kas gali žymiai pagerinti jo lenkimo modulį, tempimo stiprumą ir atsparumą dilimui. F2/O2 aktyviųjų dujų paviršiaus apdorojimas taip pat gali būti taikomas kryptingai pailgintiems trumpiems pluoštams, kurių ilgis yra 6–35 mm, o tai gali pagerinti kompozicinės medžiagos standumą ir atsparumą plyšimui.

Kokios yra TPU taikymo sritys?

1958 m. „Goodrich Chemical Company“ (dabar pervadinta į „Lubrizol“) pirmą kartą užregistravo TPU prekės ženklą „Estane“. Per pastaruosius 40 metų visame pasaulyje buvo daugiau nei 20 prekės ženklų, ir kiekvienas prekės ženklas turi kelias produktų serijas. Šiuo metu pagrindiniai TPU žaliavų gamintojai pasaulyje yra: BASF, „Covestro“, „Lubrizol“, „Huntsman Corporation“, „McKinsey“, „Golding“ ir kt.

TPU, kaip puikus elastomeras, turi platų asortimentą produktų, kurie plačiai naudojami kasdienių reikmenų, sporto prekių, žaislų, dekoratyvinių medžiagų ir kitose srityse. Žemiau pateikiami keli pavyzdžiai.

① Batų medžiagos

TPU daugiausia naudojamas avalynės medžiagoms dėl puikaus elastingumo ir atsparumo dilimui. Avalynė, kurios sudėtyje yra TPU, yra daug patogesnė avėti nei įprasta avalynė, todėl ji plačiau naudojama aukštos klasės avalynės gaminiuose, ypač kai kuriuose sportiniuose ir laisvalaikio batuose.

② Žarnos

Dėl savo minkštumo, gero tempiamojo stiprumo, smūgio stiprumo ir atsparumo aukštai ir žemai temperatūrai, TPU žarnos Kinijoje plačiai naudojamos kaip dujų ir naftos žarnos mechaninei įrangai, tokiai kaip orlaiviai, cisternos, automobiliai, motociklai ir staklės.

③ Kabelis

TPU pasižymi atsparumu plyšimui, dilimui ir lenkimui, o atsparumas aukštai ir žemai temperatūrai yra pagrindinis kabelio našumo veiksnys. Todėl Kinijos rinkoje pažangūs kabeliai, tokie kaip valdymo ir maitinimo kabeliai, naudoja TPU, kad apsaugotų sudėtingų kabelių konstrukcijų dangų medžiagas, ir jų pritaikymas tampa vis plačiau paplitęs.

④ Medicinos prietaisai

TPU yra saugi, stabili ir aukštos kokybės PVC pakaitalas, kuriame nėra ftalatų ir kitų kenksmingų cheminių medžiagų, kurios gali patekti į kraują ar kitus skysčius medicininiame kateteryje ar medicininiame maišelyje ir sukelti šalutinį poveikį. Be to, specialiai sukurtas ekstruzijos ir įpurškimo klasės TPU gali būti lengvai naudojamas su nedideliu derinimu esamoje PVC įrangoje.

⑤ Transporto priemonės ir kitos transporto priemonės

Išspaudžiant ir padengiant abi nailono audinio puses poliuretano termoplastiniu elastomeru, galima pagaminti pripučiamus kovinius atakos plaustus ir žvalgybinius plaustus, kuriuose telpa 3–15 žmonių, o jų našumas yra daug geresnis nei vulkanizuotų guminių pripučiamų plaustų; Stiklo pluoštu sutvirtintas poliuretano termoplastinis elastomeras gali būti naudojamas kėbulo komponentams, tokiems kaip liejimo formos dalys abiejose automobilio pusėse, durų apmušalai, bamperiai, antifrikcinės juostelės ir grotelės, gaminti.