ТПУ материалдарын синтездеу, өңдеу, орындау және қолдану

TPU (термопластикалық полиуретанды)қыздыру арқылы пластиктендірілуге ​​және еріткіштермен ерітуге болатын полиуретан түрі. Араластыру түрімен және құю түрімен салыстырғанда, термопластикалық полиуретанның химиялық құрылымында химиялық көлденең байланыс жоқ немесе аз, ал оның молекулалары негізінен сызықтық, бірақ белгілі бір мөлшерде физикалық алмасу бар.
1958 жылы Шолленбергер КС алғаш рет ұсынған физикалық алмасу тұжырымдамасы жылуға немесе еріткіштерге ұшыраған кезде сызықтық полиуретан молекулалық тізбектері арасында қайтымды «байланыс нүктелерінің» болуын білдіреді. Бұл шын мәнінде химиялық көлденең байланыс емес. Бірақ ол химиялық көлденең байланыс ретінде әрекет етеді. Осы физикалық көлденең байланыстың нәтижесінде полиуретан гетерогенді морфологиялық құрылым теориясын құрайды, ал полиуретанның сутектік байланысы оның морфологиясын күшейтеді және оны жоғары ылғалдылыққа төзімді етеді.

TPU қандай жіктеледі

Енді TPU деген не екенін білгеннен кейін, оның жіктелулері қандай? Әртүрлі жіктеу стандарттарына сәйкес, TPU көптеген әртүрлі жіктелулерге ие болуы мүмкін.

Мысалы, жұмсақ сегменттің құрылымына сәйкес, оны полиэстер түріне, полиэфир түріне және бутадиен түріне бөлуге болады, олардың құрамында эфир тобы, эфир тобы немесе бутен тобы бар. Қатты сегменттің құрылымына сәйкес, оны уретан түріне және уретан мочевина түріне бөлуге болады, олар сәйкесінше диол тізбегін ұзартқыштардан немесе диамин тізбегін ұзартқыштардан алынады. Жалпы бөліну полиэстер түріне және полиэфир түріне бөлінеді.
Айқас байланыстың болуына немесе болмауына қарай оны таза термопластикалық және жартылай термопластикалық деп бөлуге болады. Біріншісі - айқас байланыстырушы байланыстары жоқ таза сызықтық құрылым; екіншісінде аз мөлшерде аллофанат және басқа да айқас байланыстырушы байланыстар бар. Дайын өнімдерді пайдалануына қарай оны арнайы пішінді бөлшектерге (әртүрлі механикалық бөлшектер), құбырларға (қабықтар, шыбық профильдері), пленкаларға (парақтар, парақтар), желімдерге, жабындарға және талшықтарға бөлуге болады.

TPU қалай синтезделеді

ТПУ-дың көптеген жіктемелері болғанымен, олардың барлығы молекулалық құрылымы бойынша полиуретанға жатады. Сонымен, ол қалай пайда болды? Әртүрлі синтез процестеріне сәйкес, ол негізінен көлемдік полимерлену және ерітінділік полимерлену болып бөлінеді.

Көлемді полимерлеу кезінде оны алдын ала реакцияның бар-жоғына байланысты алдын ала полимерлеу әдісі және бір сатылы әдіс деп бөлуге болады: алдын ала полимерлеу әдісі диизоцианатты белгілі бір уақыт аралығында макромолекулалық диолмен әрекеттестіріп, содан кейін ТПУ алу үшін тізбектің созылуын қосу болып табылады; Молекулалық диолдар, диизоэфирлер және тізбектің созылғыштары бір мезгілде араласып, ТПУ түзу үшін әрекеттеседі.
Ерітіндіні полимерлеу алдымен диизоцианатты еріткіште еріту, содан кейін белгілі бір уақыт аралығында реакцияға түсу үшін макромолекулалық диолды қосу және соңында TPU алу үшін тізбекті ұзартқышты қосу болып табылады.
Жұмсақ сегменттің түрі, молекулалық салмағы, қатты сегмент немесе жұмсақ сегменттің құрамы және TPU агрегация күйі TPU тығыздығына әсер етеді. Тығыздығы 1.10 және 1.25 аралығында, бұл басқа резеңкелер мен пластмассалардан айтарлықтай ерекшеленбейді. Сол қаттылықта полиэфирлі TPU тығыздығы полиэфирлі TPU тығыздығына қарағанда төмен.

TPU қалай өңделеді

ТПУ шайырын дайын өнім жасау үшін өңдеу қажет, ал ТПУ негізінен балқыту әдісімен және ерітінді әдісімен өңделеді. Оның молекулалық құрылымы - дифенилметан диизоцианатын (MDI) немесе толуол диизоцианатын (TDI) тізбекті ұзартқышпен және дифенилметан диизоцианатын (MDI) немесе толуол диизоцианатын (TDI) тізбекті ұзартқышпен әрекеттесу арқылы алынған қатты блок. Молекулалар мен макромолекулалық полиолдар кезектесіп икемді сегменттер түзу үшін әрекеттеседі.

Балқымаларды өңдеу - пластмасса өнеркәсібінде кеңінен қолданылатын процесс: араластыру, каландрлеу, экструзия, үрлеу және қалыптау (инъекция, сығымдау, тасымалдау және центрифугалауды қоса алғанда), ерітіндіні өңдеу - түйіршіктерді еріткіштерде еріту немесе еріткіштерде тікелей полимерлеу. Ерітінді жасағаннан кейін, жабу, айналдыру және т.б. орындалады.
TPU соңғы өнімге айналады, ол әдетте вулканизацияны және көлденең байланыстыру реакциясын қажет етпейді, бұл өндіріс циклін қысқартуы мүмкін, ал қалдықтарды қайта өңдеуге және қайта пайдалануға болады.

TPU өнімділігі

Құйылған полиуретан (сұйық) және араластырылған полиуретан (қатты) сияқты, TPU жоғары модульге, жоғары беріктікке, жоғары созылуға және жоғары серпімділікке, тамаша тозуға төзімділікке, майға төзімділікке, төмен температураға төзімділікке және қартаюға төзімділікке ие. Олардың ішінде жоғары созылу беріктігі, жоғары созылу және төмен ұзақ мерзімді қысу жиынтығы TPU-ның маңызды артықшылықтары болып табылады.

1. Жоғары созылу беріктігі және жоғары созылу
ТПУ созылу беріктігі мен созылуының тамаша деңгейіне ие. Төмендегі суреттегі мәліметтерден полиэфирлі ТПУ-дың созылу беріктігі мен созылуы поливинилхлоридті пластик пен резеңкеге қарағанда әлдеқайда жақсы екенін көруге болады.

Сонымен қатар, TPU өңдеу процесінде аз қоспалар қоспай немесе қоспай тамақ өнеркәсібінің талаптарын қанағаттандыра алады, бұл ПВХ және резеңке сияқты басқа материалдар үшін қиын.

2. Төзімділік температураға өте сезімтал
TPU серпімділігі деформация кернеуі босатылғаннан кейін бастапқы пішініне тез қалпына келу дәрежесін білдіреді, ол қалпына келу энергиясымен, яғни деформацияны тарту жұмысының деформация үшін қажетті жұмысқа қатынасымен көрінеді. Бұл эластомердің динамикалық модулі мен ішкі үйкелісіне байланысты және температураға өте сезімтал.

Температураның төмендеуімен серпімділік төмендейді, белгілі бір температураға жеткенше серпімділік қайтадан тез артады. Бұл температура - жұмсақ сегменттің кристалдану температурасы, ол макромолекулалық диолдың құрылымына байланысты, ал полиэфирлі TPU полиэстерлі TPU-дан төмен. Кристалдану температурасынан төмен температурада эластомер өте қатты болып, серпімділігін жоғалтады, сондықтан кері серпіліс қатты металл бетінен кері серпілуге ​​​​ұқсайды.

3. Қаттылық диапазоны Shore A60~D80
Қаттылық - материалдың деформацияға, сызаттарға және сынуларға төтеп беру қабілетінің көрсеткіші.
TPU қаттылығын жұмсақ және қатты тізбек сегменттерінің қатынасын реттеу арқылы реттеуге болады. Сондықтан TPU салыстырмалы түрде кең қаттылық диапазонына ие. Оның қаттылығы Shore A60-тан D80-ге дейін, резеңке мен пластиктің қаттылығын қамтиды және барлық қаттылық диапазонында кең қаттылық диапазонына ие. Жоғары серпімділік.
Қаттылықтың өзгеруімен TPU-ның кейбір қасиеттері өзгереді. Мысалы, егер TPU қаттылығы артса, созылу модулі мен жыртылу беріктігінің жоғарылауы, қаттылық пен сығылу кернеуінің (жүк көтергіштігінің) жоғарылауы, созылудың төмендеуі, тығыздықтың және динамикалық жылу түзілуінің жоғарылауы және қоршаған ортаға төзімділіктің жоғарылауы сияқты өнімділік өзгерістері болады.

TPU қолдану саласы

ТПУ алғаш рет 1958 жылы American Goodrich Chemical Company (қазіргі Lubrizol) компаниясымен сәтті коммерцияландырылды және содан бері бүкіл әлем бойынша зерттеліп, кеңейтілді. Қазіргі уақытта ТПУ шикізатын өндірушілердің қатарына негізінен BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical және т.б. кіреді.
Тамаша өнімділікке ие эластомер ретінде TPU кең ауқымды өнімдерге ие және күнделікті қажетті заттарда, спорт тауарларында, ойыншықтарда, сәндік материалдарда және басқа да салаларда кеңінен қолданылады. Міне, бірнеше мысал.
1. Аяқ киім материалы
TPU аяқ киім материалдарында негізінен тамаша серпімділігі мен тозуға төзімділігіне байланысты қолданылады. TPU құрамындағы аяқ киім өнімдері киюге ыңғайлылығы жағынан қарапайым аяқ киім өнімдеріне қарағанда әлдеқайда жоғары, сондықтан олар жоғары сапалы аяқ киім өнімдерінде, әсіресе кейбір спорттық аяқ киімдер мен күнделікті аяқ киімдерде кеңінен қолданылады.


2. Шланг
TPU шлангісінің жұмсақтығы, жақсы созылу беріктігі, соққы беріктігі және жоғары және төмен температураға төзімділігі жоғары болғандықтан, TPU шлангі Қытайда ұшақтарды, цистерналарды, автомобильдерді, мотоциклдерді, станоктарды және басқа да механикалық жабдықтарды газ бен мұнаймен тасымалдау үшін кеңінен қолданылады.



3. Кабель
TPU жыртылуға, тозуға және иілуге ​​төзімділік сипаттамаларын қамтамасыз етеді, ал жоғары және төмен температураға төзімділік кабельдің жұмысының кілті болып табылады. Сондықтан, Қытай нарығында басқару кабельдері және қуат кабельдері сияқты жоғары сапалы кабельдерге арналған TPU күрделі конструкциялы кабельдердің жабын материалдарын қорғау үшін қолданылады және оны қолдану аясы кеңейіп келеді.



4. Медициналық жабдықтар
TPU - ПВХ-ға қауіпсіз, тұрақты және жоғары сапалы балама. Оның құрамында фталат сияқты зиянды химиялық заттар болмайды және жанама әсерлер тудыру үшін медициналық катетерлерде немесе медициналық пакеттерде қанға немесе басқа сұйықтықтарға ауысады. Экструзиялық және инъекциялық TPU қолданыстағы ПВХ жабдықтарында аздап реттеу арқылы оңай пайдаланылуы мүмкін.