Sinteza, procesarea, performanța și aplicarea materialelor TPU

TPU (poliuretan termoplastic)este un tip de poliuretan care poate fi plastifiat prin încălzire și poate fi dizolvat cu solvenți. Comparativ cu poliuretanul de tip amestecat și cel de tip turnat, poliuretanul termoplastic nu are sau are o structură chimică redusă de reticulare chimică, iar moleculele sale sunt practic liniare, dar există un anumit grad de schimb fizic.
Conceptul așa-numitului schimb fizic, propus pentru prima dată de Schollenberger CS în 1958, se referă la existența unor „puncte de conexiune” reversibile între lanțurile moleculare liniare de poliuretan atunci când sunt expuse la căldură sau solvenți. Nu este de fapt o legătură reticulată chimică. Ci acționează ca o legătură reticulată chimică. Ca urmare a acestei legături reticulate fizice, poliuretanul formează o structură morfologică eterogenă, iar legăturile de hidrogen ale poliuretanului îi întăresc morfologia și îl fac rezistent la umiditate ridicată.

Care este clasificarea TPU-urilor?

Acum că știm ce este un TPU, care sunt clasificările sale? Conform diferitelor standarde de clasificare, TPU poate avea multe clasificări diferite.

De exemplu, în funcție de structura segmentului moale, acesta poate fi împărțit în tip poliester, tip polieter și tip butadienă, care conțin respectiv o grupare ester, o grupare eter sau o grupare butenă. În funcție de structura segmentului dur, acesta poate fi împărțit în tip uretan și tip uretan-uree, care sunt obținute respectiv din agenți de extindere a lanțului diolic sau agenți de extindere a lanțului diaminic. Diviziunea comună este împărțită în tip poliester și tip polieter.
În funcție de prezența sau absența reticulării, acestea pot fi împărțite în termoplastice pure și semitermoplastice. Primele au o structură liniară pură, fără legături reticulate; cele din urmă conțin o cantitate mică de alofanat și alte legături reticulate. În funcție de utilizarea produselor finite, acestea pot fi împărțite în piese cu forme speciale (diverse piese mecanice), țevi (teci, profile de tije), filme (foi, foi), adezivi, acoperiri și fibre.

Cum se sintetizează TPU-ul

Deși există multe clasificări ale TPU-urilor, toate aparțin poliuretanului din punct de vedere al structurii moleculare. Așadar, cum a apărut acesta? Conform diferitelor procese de sinteză, acesta este împărțit în principal în polimerizare în vrac și polimerizare în soluție.

În polimerizarea în vrac, aceasta poate fi împărțită în metoda de pre-polimerizare și metoda într-o singură etapă, în funcție de existența unei pre-reacții: metoda de pre-polimerizare constă în reacția diizocianatului cu un diol macromolecular pentru o anumită perioadă de timp, apoi adăugarea unei extensii de lanț pentru a produce TPU; Diolii moleculari, diizoesterii și agenții de extindere a lanțului sunt amestecați simultan și reacționați pentru a forma TPU.
Polimerizarea în soluție constă în dizolvarea mai întâi a diizocianatului în solvent, apoi adăugarea de diol macromolecular pentru a-l face să reacționeze o anumită perioadă de timp și, în final, adăugarea unui agent de extindere a lanțului pentru a genera TPU.
Tipul segmentului moale, greutatea moleculară, conținutul segmentului dur sau moale și starea de agregare a TPU-ului vor afecta densitatea TPU-ului. Densitatea este cuprinsă între 1.10 și 1.25, ceea ce nu diferă semnificativ de alte cauciucuri și materiale plastice. La aceeași duritate, densitatea TPU-ului polieter este mai mică decât cea a TPU-ului poliester.

Cum este procesat TPU-ul

Rășina TPU trebuie procesată pentru a obține produse finite, iar TPU este prelucrat în principal prin metoda topirii și metoda soluției. Structura sa moleculară este un bloc rigid obținut prin reacția dintre difenilmetan diizocianat (MDI) sau toluen diizocianat (TDI) cu un agent de extindere a lanțului și diizocianat, cum ar fi difenilmetan diizocianat (MDI) sau toluen diizocianat (TDI). Moleculele și poliolii macromoleculari reacționează alternativ pentru a forma segmente flexibile.

Prelucrarea topiturii este un proces utilizat în mod obișnuit în industria materialelor plastice: cum ar fi amestecarea, calandrarea, extrudarea, turnarea prin suflare și turnarea prin turnare (inclusiv injecția, compresia, transferul și centrifugarea etc.). Prelucrarea în soluție este dizolvarea peletelor în solvenți sau polimerizarea directă în solvenți. După prepararea unei soluții, se efectuează acoperirea, filarea etc.
TPU este transformat în produsul finit, care, în general, nu necesită vulcanizare și reacție de reticulare, ceea ce poate scurta ciclul de producție, iar materialele reziduale pot fi reciclate și reutilizate.

Performanța TPU

La fel ca poliuretanul turnat (lichid) și poliuretanul în amestec (solid), TPU are un modul ridicat de elasticitate, rezistență ridicată, alungire și elasticitate ridicate, rezistență excelentă la uzură, rezistență la ulei, rezistență la temperaturi scăzute și rezistență la îmbătrânire. Printre acestea, rezistența ridicată la tracțiune, alungirea ridicată și deformarea la compresie pe termen lung redusă sunt toate avantaje semnificative ale TPU.

1. Rezistență ridicată la tracțiune și alungire mare
TPU are o rezistență la tracțiune și o alungire excelente. Din datele din figura de mai jos, putem observa că rezistența la tracțiune și alungirea polieterului TPU sunt mult mai bune decât cele ale plasticului și cauciucului din clorură de polivinil.

În plus, TPU poate îndeplini cerințele industriei alimentare fără a adăuga sau a adăuga puțini aditivi în procesul de procesare, ceea ce este dificil pentru alte materiale precum PVC-ul și cauciucul.

2. Reziliența este foarte sensibilă la temperatură
Reziliența TPU se referă la gradul de recuperare rapidă a formei sale inițiale după eliberarea tensiunii de deformare, exprimată prin energia de recuperare, adică raportul dintre lucrul mecanic de retragere a deformării și lucrul mecanic necesar pentru deformare. Aceasta este o funcție a modulului dinamic și a frecării interne a elastomerului și este foarte sensibilă la temperatură.

Revenirea elastică scade odată cu scăderea temperaturii, până la o anumită temperatură, elasticitatea crește din nou rapid. Această temperatură este temperatura de cristalizare a segmentului moale, care depinde de structura diolului macromolecular, iar polieterul TPU este mai mic decât poliesterul TPU. La temperaturi sub temperatura de cristalizare, elastomerul devine foarte dur și își pierde elasticitatea, prin urmare, revenirea este similară cu revenirea de pe o suprafață metalică dură.

3. Intervalul de duritate este Shore A60~D80
Duritatea este un indicator al capacității unui material de a rezista la deformare, crestături și zgârieturi.
Duritatea TPU poate fi ajustată prin ajustarea raportului dintre segmentele de lanț moi și dure. Prin urmare, TPU are o gamă de duritate relativ largă. Duritatea sa variază de la Shore A60 la D80, acoperind duritatea cauciucului și a plasticului și are o gamă largă de durități în întregul interval de duritate. Elasticitate ridicată.
Odată cu schimbarea durității, unele proprietăți ale TPU se vor schimba. De exemplu, dacă duritatea TPU este crescută, vor exista modificări de performanță, cum ar fi creșterea modulului de tracțiune și a rezistenței la rupere, creșterea rigidității și a stresului de compresiune (capacitate de încărcare), scăderea alungirii, creșterea densității și a generării dinamice de căldură și creșterea rezistenței la factorii de mediu.

Domeniul de aplicare al TPU

TPU a fost comercializat cu succes pentru prima dată de către American Goodrich Chemical Company (acum Lubrizol) în 1958 și de atunci a fost cercetat și extins în întreaga lume. În prezent, producătorii de materii prime TPU includ în principal BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical și așa mai departe.
Fiind un elastomer cu performanțe excelente, TPU are o gamă largă de produse din aval și este utilizat pe scară largă în articole de necesitate zilnică, articole sportive, jucării, materiale decorative și alte domenii. Iată câteva exemple.
1. Materialul încălțămintei
TPU este utilizat în materialele pentru încălțăminte în principal datorită elasticității sale excelente și rezistenței la uzură. Produsele de încălțăminte care conțin TPU sunt mult superioare în ceea ce privește confortul la purtare față de produsele de încălțăminte obișnuite, așa că sunt utilizate pe scară largă în produsele de încălțăminte de lux, în special în unele încălțăminte sport și casual.


2. Furtun
Deoarece furtunul TPU are moliciune, rezistență bună la tracțiune, rezistență la impact și rezistență la temperaturi ridicate și scăzute, furtunul TPU este utilizat pe scară largă în China pentru transportul de gaze și petrol pentru aeronave, tancuri, automobile, motociclete, mașini-unelte și alte echipamente mecanice.



3. Cablu
TPU oferă rezistență la rupere, rezistență la uzură și caracteristici de îndoire, iar rezistența la temperaturi ridicate și scăzute este cheia performanței cablurilor. Prin urmare, pe piața chineză, TPU pentru cabluri de înaltă calitate, cum ar fi cablurile de control și cablurile de alimentare, este utilizat pentru a proteja materialele de acoperire ale cablurilor cu designuri complexe, iar utilizările sale devin din ce în ce mai extinse.



4. Echipament medical
TPU este o alternativă sigură, stabilă și de înaltă calitate la PVC. Nu conține substanțe chimice nocive, cum ar fi ftalatul, și va migra în sânge sau alte lichide din catetere medicale sau pungi medicale, provocând efecte secundare. TPU de grad extrudare și injecție poate fi utilizat cu ușurință cu câteva ajustări în echipamentele PVC existente.