Kas ir termoplastiskais poliuretāna elastomērs?

Kas ir termoplastiskais poliuretāna elastomērs?

Poliuretāna elastomērs ir dažādi poliuretāna sintētiskie materiāli (citas šķirnes attiecas uz poliuretāna putām, poliuretāna līmi, poliuretāna pārklājumu un poliuretāna šķiedru), un termoplastiskais poliuretāna elastomērs ir viens no trim poliuretāna elastomēra veidiem, ko cilvēki parasti dēvē par TPU (pārējie divi galvenie poliuretāna elastomēru veidi ir lietie poliuretāna elastomēri, saīsināti kā CPU, un jauktie poliuretāna elastomēri, saīsināti kā MPU).

TPU ir poliuretāna elastomēra veids, ko var plastificēt karsējot un izšķīdināt šķīdinātājā. Salīdzinot ar CPU un MPU, TPU ķīmiskajā struktūrā ir maz vai nav ķīmisku šķērssaišu. Tā molekulārā ķēde būtībā ir lineāra, bet ir zināms daudzums fizisku šķērssaišu. Šis ir ļoti raksturīgs termoplastisks poliuretāna elastomērs pēc struktūras.

TPU struktūra un klasifikācija

Termoplastiskais poliuretāna elastomērs ir (AB) blokveida lineārs polimērs. A apzīmē polimēru poliolu (esteri vai poliēteri, molekulmasa 1000–6000) ar augstu molekulmasu, ko sauc par garo ķēdi; B apzīmē diolu, kas satur 2–12 taisnas ķēdes oglekļa atomus, ko sauc par īso ķēdi.

Termoplastiskā poliuretāna elastomēra struktūrā A segmentu sauc par mīksto segmentu, kam piemīt elastība un maigums, padarot TPU izstiepjamu; B segmenta un izocianāta reakcijas rezultātā radīto uretāna ķēdi sauc par cieto segmentu, kam piemīt gan stingras, gan cietas īpašības. Pielāgojot A un B segmentu attiecību, tiek iegūti TPU produkti ar atšķirīgām fizikālām un mehāniskām īpašībām.

Pēc mīkstā segmenta struktūras to var iedalīt poliestera, poliētera un butadiēna tipa segmentos, kas attiecīgi satur estera grupu, ētera grupu vai butēna grupu. Pēc cietā segmenta struktūras to var iedalīt uretāna un uretāna urīnvielas tipa segmentos, kas attiecīgi tiek iegūti no etilēnglikola ķēdes pagarinātājiem vai diamīna ķēdes pagarinātājiem. Vispārpieņemtā klasifikācija ir poliestera un poliētera tipa.

Kādas ir TPU sintēzes izejvielas?

(1) Polimērs Diols

TPU fizikālajās un ķīmiskajās īpašībās izšķiroša nozīme ir makromolekulārajam diolam ar molekulmasu no 500 līdz 4000 un bifunkcionālām grupām, kuru saturs TPU elastomērā ir no 50% līdz 80%.

TPU elastomēram piemēroto diola polimēru var iedalīt poliesterā un poliēterī: poliesters ietver politetrametilēna adipīnskābes glikolu (PBA) ε PCL, PHC; poliēteri ietver polioksipropilēnētera glikolu (PPG), tetrahidrofurāna poliētera glikolu (PTMG) utt.

(2) Diizocianāts

Molekulmasa ir maza, bet funkcija ir izcila, kas ne tikai savieno mīksto un cieto segmentu, bet arī piešķir TPU dažādas labas fizikālās un mehāniskās īpašības. TPU izmantojamie diizocianāti ir: metilēndifenildiizocianāts (MDI), metilēnbis(-4-cikloheksilizocianāts) (HMDI), p-fenildiizocianāts (PPDI), 1,5-naftalīndiizocianāts (NDI), p-fenildimetildiizocianāts (PXDI) u.c.

(3) Ķēdes pagarinātājs

Ķēdes pagarinātāji ar molekulmasu 100–350, kas pieder pie mazmolekulārajiem dioliem, ar mazu molekulmasu, atvērtu ķēdes struktūru un bez aizvietotājgrupām, veicina TPU augstas cietības un augsta skalārā svara iegūšanu. TPU piemēroti ķēdes pagarinātāji ir 1,4-butāndiols (BDO), 1,4-bis(2-hidroksietoksi)benzols (HQEE), 1,4-cikloheksandimetanols (CHDM), p-fenildimetilglikols (PXG) utt.

TPU modifikācijas pielietojums kā rūdīšanas līdzeklis

Lai samazinātu produkta izmaksas un iegūtu papildu veiktspēju, poliuretāna termoplastiskos elastomērus var izmantot kā parasti lietojamus rūdīšanas līdzekļus dažādu termoplastisku un modificētu gumijas materiālu rūdīšanai.

Pateicoties augstajai polaritātei, poliuretāns var būt saderīgs ar polāriem sveķiem vai gumijām, piemēram, hlorētu polietilēnu (CPE), ko var izmantot medicīnas produktu ražošanā; sajaukšana ar ABS var aizstāt inženiertehniskos termoplastus; lietojot kombinācijā ar polikarbonātu (PC), tam piemīt tādas īpašības kā izturība pret eļļu, degvielas izturību un triecienizturību, un to var izmantot automašīnu virsbūvju ražošanā; apvienojumā ar poliesteru var uzlabot tā izturību; turklāt tas var būt labi saderīgs ar PVC, polioksimetilēnu vai PVDC; poliestera poliuretāns var būt labi saderīgs ar 15% nitrila gumiju vai 40% nitrila gumijas/PVC maisījumu; poliētera poliuretāns var būt arī labi saderīgs ar 40% nitrila gumijas/polivinilhlorīda maisījuma līmi; tas var būt arī saderīgs ar akrilnitrila stirola (SAN) kopolimēriem; tas var veidot savstarpēji caurlaidīgas tīkla (IPN) struktūras ar reaktīviem polisiloksāniem. Lielākā daļa iepriekš minēto jaukto līmju jau ir oficiāli ražotas.

Pēdējos gados Ķīnā arvien vairāk tiek pētīta POM rūdīšana ar TPU. TPU un POM sajaukšana ne tikai uzlabo TPU izturību pret augstām temperatūrām un mehāniskās īpašības, bet arī ievērojami palielina POM rūdīšanu. Daži pētnieki ir pierādījuši, ka stiepes lūzuma testos, salīdzinot ar POM matricu, POM sakausējums ar TPU ir mainījies no trausla lūzuma uz elastīgu lūzumu. TPU pievienošana arī piešķir POM formas atmiņas īpašības. POM kristāliskais apgabals kalpo kā formas atmiņas sakausējuma fiksētā fāze, savukārt amorfā TPU un POM amorfais apgabals kalpo kā atgriezeniskā fāze. Kad atjaunošanās reakcijas temperatūra ir 165 ℃ un atjaunošanās laiks ir 120 sekundes, sakausējuma atjaunošanās ātrums sasniedz vairāk nekā 95%, un atjaunošanās efekts ir vislabākais.

TPU ir grūti saderīgs ar nepolāriem polimēru materiāliem, piemēram, polietilēnu, polipropilēnu, etilēna propilēna gumiju, butadiēna gumiju, izoprēna gumiju vai gumijas atkritumu pulveri, un to nevar izmantot, lai ražotu kompozītmateriālus ar labu veiktspēju. Tāpēc pēdējo gadījumā bieži tiek izmantotas tādas virsmas apstrādes metodes kā plazma, korona, mitrā ķīmija, grunts, liesma vai reaktīvā gāze. Piemēram, American Air Products and Chemicals Company ir veicis F2/O2 aktīvās gāzes virsmas apstrādi ar īpaši augstas molekulmasas polietilēna smalko pulveri ar molekulmasu 3–5 miljoni un pievienojis to poliuretāna elastomēram 10% proporcijā, kas var ievērojami uzlabot tā lieces moduli, stiepes izturību un nodilumizturību. F2/O2 aktīvās gāzes virsmas apstrādi var pielietot arī virzīti pagarinātām īsām šķiedrām ar garumu 6–35 mm, kas var uzlabot kompozītmateriāla stingrību un plīstošo izturību.

Kādas ir TPU pielietojuma jomas?

1958. gadā uzņēmums Goodrich Chemical Company (tagad pārdēvēts par Lubrizol) pirmo reizi reģistrēja TPU zīmolu Estane. Pēdējo 40 gadu laikā visā pasaulē ir bijuši vairāk nekā 20 zīmolu nosaukumi, un katram zīmolam ir vairākas produktu sērijas. Pašlaik galvenie TPU izejvielu ražotāji pasaulē ir: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding u.c.

Kā lielisks elastomērs, TPU ir plašs pakārtoto produktu klāsts, ko plaši izmanto ikdienas vajadzībās, sporta precēs, rotaļlietās, dekoratīvos materiālos un citās jomās. Zemāk ir sniegti daži piemēri.

① Apavu materiāli

TPU galvenokārt izmanto apavu materiālos, pateicoties tā lieliskajai elastībai un nodilumizturībai. Apavu izstrādājumi, kas satur TPU, ir daudz ērtāk valkājami nekā parastie apavu izstrādājumi, tāpēc tos plašāk izmanto augstas klases apavu izstrādājumos, īpaši dažos sporta apavos un ikdienas apavos.

② Šļūtenes

Pateicoties tā maigumam, labai stiepes izturībai, triecienizturībai un izturībai pret augstu un zemu temperatūru, TPU šļūtenes Ķīnā tiek plaši izmantotas kā gāzes un naftas šļūtenes mehāniskām iekārtām, piemēram, lidmašīnām, tvertnēm, automašīnām, motocikliem un darbgaldiem.

③ Kabelis

TPU nodrošina izturību pret plīsumiem, nodilumizturību un lieces īpašības, un augstas un zemas temperatūras izturība ir kabeļu veiktspējas atslēga. Tāpēc Ķīnas tirgū progresīvi kabeļi, piemēram, vadības kabeļi un barošanas kabeļi, izmanto TPU, lai aizsargātu sarežģītu kabeļu konstrukciju pārklājuma materiālus, un to pielietojums kļūst arvien plašāks.

④ Medicīnas ierīces

TPU ir drošs, stabils un augstas kvalitātes PVC aizstājējmateriāls, kas nesaturēs ftalātus un citas ķīmiski kaitīgas vielas un migrēs uz asinīm vai citiem šķidrumiem medicīniskajā katetrā vai medicīniskajā somā, izraisot blakusparādības. Turklāt speciāli izstrādāto ekstrūzijas un iesmidzināšanas pakāpes TPU var viegli izmantot esošajās PVC iekārtās ar nelielu atkļūdošanu.

⑤ Transportlīdzekļi un citi pārvietošanās līdzekļi

Izspiežot un pārklājot neilona auduma abas puses ar poliuretāna termoplastisko elastomēru, var izgatavot piepūšamus kaujas uzbrukuma plostus un izlūkošanas plostus, kas pārvadā 3–15 cilvēkus, ar daudz labāku veiktspēju nekā vulkanizētas gumijas piepūšamie plosti; Ar stikla šķiedru pastiprinātu poliuretāna termoplastisko elastomēru var izmantot, lai izgatavotu virsbūves detaļas, piemēram, liešanas detaļas abās automašīnas pusēs, durvju apšuvumu, bamperus, pretberzes sloksnes un restes.