Mi a termoplasztikus poliuretán elasztomer?

Mi a termoplasztikus poliuretán elasztomer?

A poliuretán elasztomer a poliuretán szintetikus anyagok széles skálája (más fajták a poliuretán hab, a poliuretán ragasztó, a poliuretán bevonat és a poliuretán szál), a termoplasztikus poliuretán elasztomer pedig a poliuretán elasztomer három típusának egyike. Az emberek általában TPU-nak nevezik (a poliuretán elasztomer másik két fő típusa az öntött poliuretán elasztomerek, rövidítve CPU, és a kevert poliuretán elasztomerek, rövidítve MPU).

A TPU egyfajta poliuretán elasztomer, amely hővel lágyítható és oldószerrel oldható. A CPU-val és az MPU-val összehasonlítva a TPU kémiai szerkezetében kevés vagy egyáltalán nincs kémiai térhálósodás. Molekuláris lánca alapvetően lineáris, de bizonyos mértékű fizikai térhálósodás van. Ez a hőre lágyuló poliuretán elasztomer, amelynek nagyon jellegzetes a szerkezete.

A TPU szerkezete és osztályozása

A termoplasztikus poliuretán elasztomer egy (AB) blokk lineáris polimer. Az A egy nagy molekulatömegű polimer poliolt (észter vagy poliéter, molekulatömeg 1000~6000) jelent, amelyet hosszú szénláncnak neveznek; a B egy 2-12 egyenes szénláncú diolt jelent, amelyet rövid szénláncnak neveznek.

A termoplasztikus poliuretán elasztomer szerkezetében az A szegmenst lágy szegmensnek nevezik, amely rugalmassággal és puhasággal rendelkezik, így a TPU nyújtható; a B szegmens és az izocianát közötti reakció által létrehozott uretánláncot kemény szegmensnek nevezik, amely merev és kemény tulajdonságokkal is rendelkezik. Az A és B szegmensek arányának beállításával különböző fizikai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkező TPU termékek állíthatók elő.

A lágy szegmens szerkezete szerint poliészter, poliéter és butadién típusra osztható, amelyek rendre észtercsoportot, étercsoportot vagy buténcsoportot tartalmaznak. A kemény szegmens szerkezete szerint uretán és uretán-karbamid típusra osztható, amelyeket rendre etilénglikol lánchosszabbítókból vagy diamin lánchosszabbítókból nyernek. Az általános osztályozás poliészter és poliéter típusra oszlik.

Milyen alapanyagok szükségesek a TPU szintéziséhez?

(1) Polimer diol

A TPU elasztomerben az 500 és 4000 közötti molekulatömegű makromolekuláris diol és a bifunkciós csoportok 50% és 80% közötti arányban döntő szerepet játszanak a TPU fizikai és kémiai tulajdonságaiban.

A TPU elasztomerhez alkalmas Diol polimer poliészterre és poliéterre osztható: a poliészterek közé tartozik a politetrametilén-adipinsav-glikol (PBA) ε PCL, PHC; a poliéterek közé tartozik a polioxipropilén-éter-glikol (PPG), a tetrahidrofurán-poliéter-glikol (PTMG) stb.

(2) Diizocianát

A molekulatömeg kicsi, de a funkció kiemelkedő, amely nemcsak a lágy és a kemény szegmens összekapcsolásában játszik szerepet, hanem a TPU-t számos jó fizikai és mechanikai tulajdonsággal is felruházza. A TPU-hoz alkalmazható diizocianátok a következők: metilén-difenil-diizocianát (MDI), metilén-bisz(-4-ciklohexil-izocianát) (HMDI), p-fenil-diizocianát (PPDI), 1,5-naftalin-diizocianát (NDI), p-fenil-dimetil-diizocianát (PXDI) stb.

(3) Lánchosszabbító

A 100~350 molekulatömegű, kis molekulatömegű, nyitott láncszerkezetű és szubsztituenscsoport nélküli lánchosszabbító elősegíti a TPU nagy keménységének és nagy skaláris tömegének elérését. A TPU-hoz alkalmas lánchosszabbítók közé tartozik az 1,4-butándiol (BDO), az 1,4-bisz(2-hidroxi-etoxi)-benzol (HQEE), az 1,4-ciklohexándimetanol (CHDM), a p-fenildimetilglikol (PXG) stb.

A TPU módosítása keményítőszerként

A termékköltségek csökkentése és a további teljesítmény elérése érdekében a poliuretán hőre lágyuló elasztomereket általánosan használt edzőanyagként lehet használni különféle hőre lágyuló és módosított gumi anyagok edzésére.

Magas polaritása miatt a poliuretán kompatibilis lehet poláris gyantákkal vagy gumikkal, például klórozott polietilénnel (CPE), amely orvosi termékek gyártásához használható; ABS-sel keverve helyettesítheti a műszaki hőre lágyuló műanyagokat; Polikarbonáttal (PC) kombinálva olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint az olajállóság, az üzemanyag-állóság és az ütésállóság, és autó karosszériák gyártásához használható; Poliészterrel kombinálva szívóssága javítható; Ezenkívül jól kompatibilis PVC-vel, polioximetilénnel vagy PVDC-vel; A poliészter poliuretán jól kompatibilis 15%-os nitrilkaucsuk vagy 40%-os nitrilkaucsuk/PVC keverékkel; A poliéter-poliuretán szintén jól kompatibilis 40%-os nitrilkaucsuk/polivinil-klorid keverék ragasztóval; Akrilnitril-sztirol (SAN) kopolimerekkel is együtt kompatibilis; Reaktív polisziloxánokkal egymásba hatoló hálózatot (IPN) képezhet. A fent említett kevert ragasztók túlnyomó többségét már hivatalosan is gyártották.

Az utóbbi években Kínában egyre több kutatás folyik a POM TPU-val történő szívósságának növelésére. A TPU és a POM keverése nemcsak a TPU magas hőmérsékleti ellenállását és mechanikai tulajdonságait javítja, hanem jelentősen megnöveli a POM szilárdságát is. Egyes kutatók kimutatták, hogy a szakítószilárdsági vizsgálatok során a POM mátrixhoz képest a POM ötvözet TPU-val rideg törésből képlékeny törésbe ment át. A TPU hozzáadása a POM-ot alakmemóriával is felruházza. A POM kristályos régiója az alakmemóriás ötvözet fix fázisaként szolgál, míg az amorf TPU és a POM amorf régiója a reverzibilis fázisként szolgál. Amikor a visszaalakulási hőmérséklet 165 ℃, a visszaalakulási idő pedig 120 másodperc, az ötvözet visszaalakulási aránya eléri a 95%-ot, és a visszaalakulási hatás a legjobb.

A TPU nehezen kompatibilis a nem poláris polimer anyagokkal, mint például a polietilén, polipropilén, etilén-propilén gumi, butadién gumi, izoprén gumi vagy hulladék gumipor, és nem használható jó teljesítményű kompozitok előállítására. Ezért gyakran alkalmaznak felületkezelési módszereket, mint például a plazma, korona, nedves kémia, alapozó, láng vagy reaktív gáz. Például az American Air Products and Chemicals Company F2/O2 aktív gázos felületkezelést végzett 3-5 millió molekulatömegű ultra nagy molekulatömegű polietilén finom poron, és 10%-os arányban adta azt poliuretán elasztomerhez, ami jelentősen javíthatja annak hajlítási modulusát, szakítószilárdságát és kopásállóságát. Az F2/O2 aktív gázos felületkezelés alkalmazható a 6-35 mm hosszú, irányítottan nyújtott rövid szálakon is, ami javíthatja a kompozit anyag merevségét és szakítószilárdságát.

Milyen alkalmazási területei vannak a TPU-nak?

1958-ban a Goodrich Chemical Company (ma Lubrizolra átnevezve) regisztrálta először az Estane TPU márkát. Az elmúlt 40 évben több mint 20 márkanév létezett világszerte, és mindegyik márkának több terméksorozata van. Jelenleg a világ fő TPU alapanyaggyártói a BASF, a Covestro, a Lubrizol, a Huntsman Corporation, a McKinsey, a Golding stb.

Kiváló elasztomerként a TPU széleskörű felhasználási területtel rendelkezik a mindennapi szükségleti cikkekben, sportfelszerelésekben, játékokban, dekorációs anyagokban és más területeken. Az alábbiakban néhány példát láthatunk.

① Cipőanyagok

A TPU-t főként cipőanyagokhoz használják kiváló rugalmassága és kopásállósága miatt. A TPU-t tartalmazó lábbelik sokkal kényelmesebbek, mint a hagyományos lábbelik, ezért szélesebb körben használják őket a luxuscipőkben, különösen egyes sportcipőkben és hétköznapi cipőkben.

② Tömlők

Lágysága, jó szakítószilárdsága, ütésállósága, valamint magas és alacsony hőmérséklettel szembeni ellenállása miatt a TPU tömlőket széles körben használják Kínában gáz- és olajtömlőként olyan mechanikus berendezésekhez, mint a repülőgépek, tartályok, autók, motorkerékpárok és szerszámgépek.

③ Kábel

A TPU szakítószilárdságot, kopásállóságot és hajlítási tulajdonságokat biztosít, a magas és alacsony hőmérséklettel szembeni ellenállás pedig kulcsfontosságú a kábel teljesítményéhez. Így a kínai piacon a fejlett kábelek, például a vezérlőkábelek és az erősáramú kábelek TPU-kat használnak a komplex kábelkialakítások bevonóanyagainak védelmére, és alkalmazásaik egyre szélesebb körben elterjedtek.

④ Orvostechnikai eszközök

A TPU egy biztonságos, stabil és kiváló minőségű PVC-helyettesítő anyag, amely nem tartalmaz ftalátokat és más káros kémiai anyagokat, és az orvosi katéterben vagy zacskóban lévő vérbe vagy más folyadékokba kerülve mellékhatásokat okozhat. Ezenkívül a speciálisan kifejlesztett extrudálási és fröccsöntési minőségű TPU könnyen használható kis hibakereséssel a meglévő PVC-berendezésekben.

⑤ Járművek és egyéb közlekedési eszközök

A nejlonszövet mindkét oldalának poliuretán hőre lágyuló elasztomerrel történő extrudálásával és bevonásával 3-15 fő szállítására alkalmas felfújható harci támadó tutajok és felderítő tutajok készíthetők, amelyek sokkal jobb teljesítményt nyújtanak, mint a vulkanizált gumi felfújható tutajok; Az üvegszállal erősített poliuretán hőre lágyuló elasztomer felhasználható karosszériaelemek, például az autó mindkét oldalán öntött alkatrészek, ajtóborítások, lökhárítók, súrlódásgátló csíkok és rácsok gyártására.