Syntese, forarbejdning, ydeevne og anvendelse af TPU-materialer

TPU (termoplastisk polyurethan)er en type polyurethan, der kan blødgøres ved opvarmning og kan opløses med opløsningsmidler. Sammenlignet med polyurethan af blandings- og støbetypen har termoplastisk polyurethan ingen eller kun lidt kemisk tværbinding i den kemiske struktur, og dens molekyler er grundlæggende lineære, men der er en vis grad af fysisk udveksling.
Konceptet med såkaldt fysisk udveksling, som først blev foreslået af Schollenberger CS i 1958, refererer til eksistensen af ​​reversible "forbindelsespunkter" mellem lineære polyurethanmolekylkæder, når de udsættes for varme eller opløsningsmidler. Det er faktisk ikke en kemisk tværbinding. Men det fungerer som en kemisk tværbinding. Som et resultat af denne fysiske tværbinding danner polyurethanen en heterogen morfologisk strukturteori, og polyurethanens hydrogenbinding styrker dens morfologi og gør den modstandsdygtig over for højere luftfugtighed.

Hvad er klassificeringen af ​​TPU

Nu hvor vi ved, hvad TPU er, hvad er dets klassificeringer? Ifølge forskellige klassificeringsstandarder kan TPU have mange forskellige klassificeringer.

For eksempel kan det bløde segment, afhængigt af strukturen, opdeles i polyester, polyether og butadien, som indeholder henholdsvis en estergruppe, ethergruppe eller butengruppe. I henhold til strukturen af ​​det hårde segment kan det opdeles i urethan og urethan, som henholdsvis udvindes fra diolkædeforlængere eller diaminkædeforlængere. Den almindelige opdeling er polyester og polyether.
Afhængigt af tilstedeværelsen eller fraværet af tværbinding kan den opdeles i ren termoplast og semitermoplast. Førstnævnte er en ren lineær struktur uden tværbindinger; sidstnævnte indeholder en lille mængde allophanat og andre tværbindinger. Afhængigt af anvendelsen af ​​de færdige produkter kan den opdeles i specialformede dele (forskellige mekaniske dele), rør (kapper, stangprofiler), film (ark, plader), klæbemidler, belægninger og fibre.

Hvordan syntetiseres TPU

Selvom der findes mange klassificeringer af TPU, tilhører de alle polyurethan med hensyn til molekylær struktur. Så hvordan opstod det? Ifølge forskellige synteseprocesser er det hovedsageligt opdelt i bulkpolymerisation og opløsningspolymerisation.

Ved bulkpolymerisation kan den opdeles i præpolymerisationsmetode og et-trinsmetode afhængigt af om der er præreaktion: præpolymerisationsmetoden består i at reagere diisocyanat med makromolekylær diol i en vis periode og derefter tilsætte kædeforlængelse for at producere TPU; Molekylære dioler, diisoestere og kædeforlængere blandes og reageres samtidigt for at danne TPU.
Opløsningspolymerisation består i først at opløse diisocyanat i opløsningsmiddel, derefter tilsætte makromolekylær diol for at få det til at reagere i en vis periode, og til sidst tilsætte kædeforlænger for at danne TPU.
Typen af ​​blødt segment, molekylvægten, indholdet af hårdt segment eller blødt segment og TPU-aggregeringstilstanden af ​​TPU vil påvirke TPU's densitet. Densiteten er mellem 1.10 og 1.25, hvilket ikke adskiller sig signifikant fra andre gummityper og plasttyper. Ved samme hårdhed er densiteten af ​​polyether-TPU lavere end densiteten af ​​polyester-TPU.

Hvordan behandles TPU

TPU-harpiks skal forarbejdes for at fremstille færdige produkter, og TPU forarbejdes hovedsageligt ved smeltemetoden og opløsningsmetoden. Dens molekylære struktur er en stiv blok opnået ved at reagere diphenylmethandiisocyanat (MDI) eller toluendiisocyanat (TDI) med en kædeforlænger og diisocyanat, såsom diphenylmethandiisocyanat (MDI) eller toluendiisocyanat (TDI). Molekyler og makromolekylære polyoler reagerer skiftevis for at danne fleksible segmenter.

Smelteforarbejdning er en proces, der almindeligvis anvendes i plastindustrien: såsom blanding, kalandrering, ekstrudering, blæsestøbning og støbning (inklusive injektion, kompression, overførsel og centrifugering osv.). Opløsningsforarbejdning er opløsning af pellets i opløsningsmidler eller direkte polymerisering i opløsningsmidler. Efter fremstilling af en opløsning udføres coating, spinding osv.
TPU fremstilles i det endelige produkt, som generelt ikke kræver vulkanisering og tværbindingsreaktion, hvilket kan forkorte produktionscyklussen, og affaldsmaterialer kan genbruges.

TPU-ydeevne

Ligesom støbt polyurethan (flydende) og blandet polyurethan (fast) har TPU et højt modul, høj styrke, høj forlængelse og høj elasticitet, fremragende slidstyrke, oliebestandighed, lav temperaturbestandighed og ældningsbestandighed. Blandt disse er høj trækstyrke, høj forlængelse og lav langtidskompression alle betydelige fordele ved TPU.

1. Høj trækstyrke og høj forlængelse
TPU har fremragende trækstyrke og forlængelse. Ud fra dataene i figuren nedenfor kan vi se, at trækstyrken og forlængelsen af ​​polyether-TPU er meget bedre end for polyvinylchloridplast og -gummi.

Derudover kan TPU opfylde fødevareindustriens krav uden at tilsætte eller kun få tilsætningsstoffer i forarbejdningsprocessen, hvilket er vanskeligt for andre materialer som PVC og gummi.

2. Modstandsdygtighed er meget følsom over for temperatur
TPU's modstandsdygtighed refererer til graden af ​​hurtig gendannelse til sin oprindelige form efter at deformationsspændingen er frigivet, hvilket udtrykkes ved gendannelsesenergi, det vil sige forholdet mellem deformationsretraktionsarbejdet og det arbejde, der kræves til deformation. Det er en funktion af elastomerens dynamiske modul og indre friktion og er meget følsom over for temperatur.

Tilbageslagsevnen aftager med temperaturfaldet, indtil en vis temperatur opnås, hvor elasticiteten igen stiger hurtigt. Denne temperatur er krystallisationstemperaturen for det bløde segment, som afhænger af strukturen af ​​den makromolekylære diol, og polyether-TPU er lavere end polyester-TPU. Ved temperaturer under krystallisationstemperaturen bliver elastomeren meget hård og mister sin elasticitet, derfor svarer tilbagespring til at spænde tilbage fra en hård metaloverflade.

3. Hårdhedsområdet er Shore A60~D80
Hårdhed er en indikator for et materiales evne til at modstå deformation, ridser og skrammer.
TPU's hårdhed kan justeres ved at justere forholdet mellem bløde og hårde kædesegmenter. Derfor har TPU et relativt bredt hårdhedsområde. Dets hårdhed spænder fra Shore A60 til D80, dækker hårdheden af ​​gummi og plastik, og har et bredt hårdhedsområde i hele hårdhedsområdet. Høj elasticitet.
Med ændringen i hårdhed vil nogle egenskaber ved TPU ændre sig. Hvis TPU's hårdhed for eksempel øges, vil der være ændringer i ydeevnen, såsom øget trækmodul og rivestyrke, øget stivhed og trykspænding (belastningskapacitet), nedsat forlængelse, øget densitet og dynamisk varmeudvikling samt øget miljømodstand.

Anvendelsesområde for TPU

TPU blev først med succes kommercialiseret af American Goodrich Chemical Company (nu Lubrizol) i 1958, og er siden blevet forsket i og udvidet over hele verden. I øjeblikket omfatter producenter af TPU-råmaterialer primært BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical og så videre.
Som en elastomer med fremragende ydeevne findes TPU i en bred vifte af downstream-produkter og anvendes i vid udstrækning i daglige fornødenheder, sportsartikler, legetøj, dekorative materialer og andre områder. Her er et par eksempler.
1. Skomateriale
TPU bruges primært i skomaterialer på grund af dets fremragende elasticitet og slidstyrke. Fodtøjsprodukter, der indeholder TPU, har en langt bedre komfort end almindelige fodtøjsprodukter, så de bruges i vid udstrækning i eksklusive fodtøjsprodukter, især nogle sportssko og fritidssko.


2. Slange
Fordi TPU-slanger har blødhed, god trækstyrke, slagstyrke og høj- og lavtemperaturbestandighed, er TPU-slanger meget udbredt i Kina til gas- og olietransport af fly, tanke, biler, motorcykler, maskinværktøj og andre mekaniske slanger.



3. Kabel
TPU giver rivestyrke, slidstyrke og bøjningsegenskaber, og modstandsdygtighed over for høje og lave temperaturer er nøglen til kabelydelse. Derfor bruges TPU på det kinesiske marked til high-end kabler, såsom styrekabler og strømkabler, til at beskytte belægningsmaterialerne på kabler med komplekse designs, og dets anvendelser bliver mere og mere omfattende.



4. Medicinsk udstyr
TPU er et sikkert, stabilt og højkvalitetsalternativ til PVC. Det indeholder ikke skadelige kemiske stoffer såsom ftalater og vil migrere til blod eller andre væsker i medicinske katetre eller medicinske poser og forårsage bivirkninger. TPU i ekstruderings- og injektionskvalitet kan nemt bruges med en lille justering i eksisterende PVC-udstyr.