Syntes, bearbetning, prestanda och tillämpning av TPU-material

TPU (termoplastisk polyuretan)är en typ av polyuretan som kan mjukgöras genom uppvärmning och kan lösas upp med lösningsmedel. Jämfört med polyuretan av blandningstyp och gjutningstyp har termoplastisk polyuretan ingen eller liten kemisk tvärbindning i kemisk struktur, och dess molekyler är i princip linjära, men det finns en viss mängd fysiskt utbyte.
Konceptet med så kallat fysiskt utbyte, som först föreslogs av Schollenberger CS år 1958, hänvisar till förekomsten av reversibla "kopplingspunkter" mellan linjära polyuretanmolekylkedjor när de utsätts för värme eller lösningsmedel. Det är egentligen inte en kemisk tvärbindning. Men det fungerar som en kemisk tvärbindning. Som ett resultat av denna fysiska tvärbindning bildar polyuretanen en heterogen morfologisk strukturteori, och polyuretanens vätebindning stärker dess morfologi och gör den motståndskraftig mot högre luftfuktighet.

Vad är klassificeringen av TPU?

Nu när vi vet vad TPU är, vilka är dess klassificeringar? Enligt olika klassificeringsstandarder kan TPU ha många olika klassificeringar.

Till exempel, enligt strukturen hos det mjuka segmentet, kan det delas in i polyestertyp, polyetertyp och butadientyp, som innehåller estergrupp, etergrupp respektive butengrupp. Enligt strukturen hos det hårda segmentet kan det delas in i uretantyp och uretanureatyp, som erhålls från diolkedjeförlängare respektive diaminkedjeförlängare. Den vanliga indelningen är polyestertyp och polyetertyp.
Beroende på om det finns tvärbindning eller inte kan det delas in i ren termoplast och semitermoplast. Den förra är en ren linjär struktur utan tvärbindningar; den senare innehåller en liten mängd allofanat och andra tvärbindningar. Beroende på användningen av de färdiga produkterna kan det delas in i specialformade delar (olika mekaniska delar), rör (mantlar, stångprofiler), filmer (ark, ark), lim, beläggningar och fibrer.

Hur syntetiseras TPU

Även om det finns många klassificeringar av TPU, tillhör de alla polyuretan vad gäller molekylstruktur. Så hur kom det fram? Enligt olika syntesprocesser delas det huvudsakligen in i bulkpolymerisation och lösningspolymerisation.

Vid bulkpolymerisation kan den delas in i förpolymerisationsmetod och enstegsmetod beroende på om det finns en förreaktion: förpolymerisationsmetoden innebär att diisocyanat reagerar med makromolekylär diol under en viss tidsperiod och sedan tillsätter kedjeförlängning för att producera TPU; Molekylära dioler, diisoestrar och kedjeförlängare blandas samtidigt och reagerar för att bilda TPU.
Lösningspolymerisation innebär att man först löser upp diisocyanat i lösningsmedlet, sedan tillsätter makromolekylär diol för att få det att reagera under en viss tidsperiod och slutligen tillsätter kedjeförlängare för att generera TPU.
Typen av mjukt segment, molekylvikten, innehållet av hårda segment eller mjuka segment och TPU:s aggregeringstillstånd påverkar TPU:s densitet. Densiteten ligger mellan 1.10 och 1.25, vilket inte skiljer sig signifikant från andra gummin och plasterna. Vid samma hårdhet är densiteten för polyeter-TPU lägre än för polyester-TPU.

Hur bearbetas TPU

TPU-harts behöver bearbetas för att tillverka färdiga produkter, och TPU bearbetas huvudsakligen med smältmetoden och lösningsmetoden. Dess molekylära struktur är ett styvt block som erhålls genom att reagera difenylmetandiisocyanat (MDI) eller toluendiisocyanat (TDI) med en kedjeförlängare och diisocyanat såsom difenylmetandiisocyanat (MDI) eller toluendiisocyanat (TDI). Molekyler och makromolekylära polyoler reagerar växelvis för att bilda flexibla segment.

Smältbearbetning är en process som vanligtvis används inom plastindustrin: såsom blandning, kalandrering, extrudering, blåsgjutning och formsprutning (inklusive injektion, kompression, överföring och centrifugering etc.). Lösningsbearbetning är upplösning av pellets i lösningsmedel eller direkt polymerisation i lösningsmedel. Efter att en lösning har framställts utförs beläggning, spinning etc.
TPU tillverkas i slutprodukten, vilket i allmänhet inte kräver vulkanisering och tvärbindningsreaktion, vilket kan förkorta produktionscykeln och avfallsmaterial kan återvinnas och återanvändas.

TPU-prestanda

Precis som gjuten polyuretan (flytande) och blandad polyuretan (fast) har TPU hög modul, hög hållfasthet, hög töjning och hög elasticitet, utmärkt slitstyrka, oljebeständighet, låg temperaturbeständighet och åldringsbeständighet. Bland dessa är hög draghållfasthet, hög töjning och låg långvarig kompressionsdeformation alla betydande fördelar med TPU.

1. Hög draghållfasthet och hög töjning
TPU har utmärkt draghållfasthet och töjning. Från data i figuren nedan kan vi se att draghållfastheten och töjningen hos polyeter-TPU är mycket bättre än hos polyvinylkloridplast och -gummi.

Dessutom kan TPU uppfylla livsmedelsindustrins krav utan att tillsätta eller tillsätta få tillsatser i bearbetningsprocessen, vilket är svårt för andra material som PVC och gummi.

2. Motståndskraft är mycket känslig för temperatur
TPU:s motståndskraft avser graden av snabb återhämtning till sin ursprungliga form efter att deformationsspänningen har släppts, vilket uttrycks som återhämtningsenergi, det vill säga förhållandet mellan deformationsåterdragningsarbetet och det arbete som krävs för deformation. Det är en funktion av elastomerens dynamiska modul och inre friktion och är mycket temperaturkänslig.

Återfjädringen minskar med temperatursänkningen, tills en viss temperatur uppnås, ökar elasticiteten snabbt igen. Denna temperatur är kristallisationstemperaturen för det mjuka segmentet, vilket beror på strukturen hos den makromolekylära diolen, och polyeter-TPU är lägre än polyester-TPU. Vid temperaturer under kristallisationstemperaturen blir elastomeren mycket hård och förlorar sin elasticitet, därför liknar återfjädringen den som återfjädras från en hård metallyta.

3. Hårdhetsintervallet är Shore A60~D80
Hårdhet är en indikator på ett materials förmåga att motstå deformation, hack och repor.
Hårdheten hos TPU kan justeras genom att justera förhållandet mellan mjuka och hårda kedjesegment. Därför har TPU ett relativt brett hårdhetsområde. Dess hårdhet sträcker sig från Shore A60 till D80, vilket omfattar hårdheten hos gummi och plast, och har ett brett hårdhetsområde inom hela hårdhetsområdet. Hög elasticitet.
Med förändringen av hårdhet kommer vissa egenskaper hos TPU att förändras. Om till exempel TPU:s hårdhet ökas kommer det att ske prestandaförändringar såsom ökad dragmodul och rivhållfasthet, ökad styvhet och tryckspänning (lastkapacitet), minskad töjning, ökad densitet och dynamisk värmeutveckling samt ökad miljöbeständighet.

Användningsområde för TPU

TPU kommersialiserades först framgångsrikt av American Goodrich Chemical Company (numera Lubrizol) 1958, och har sedan dess forskats på och expanderat runt om i världen. För närvarande inkluderar tillverkare av TPU-råvaror främst BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical och så vidare.
Som en elastomer med utmärkta prestanda har TPU ett brett utbud av nedströmsprodukter och används ofta inom dagligvaror, sportartiklar, leksaker, dekorativa material och andra områden. Här är några exempel.
1. Skomaterial
TPU används i skomaterial främst på grund av dess utmärkta elasticitet och slitstyrka. Skor som innehåller TPU är mycket bättre i bärkomfort än vanliga skor, så de används ofta i exklusiva skoprodukter, särskilt vissa sportskor och vardagsskor.


2. Slang
Eftersom TPU-slangen har mjukhet, god draghållfasthet, slaghållfasthet och hög- och lågtemperaturbeständighet används TPU-slangen ofta i Kina för gas- och oljetransport av flygplan, tankar, bilar, motorcyklar, maskinverktyg och annan mekanisk utrustning.



3. Kabel
TPU ger rivmotstånd, slitstyrka och böjningsegenskaper, och hög- och lågtemperaturbeständighet är nyckeln till kabelns prestanda. Därför används TPU på den kinesiska marknaden för avancerade kablar, såsom styrkablar och kraftkablar, för att skydda beläggningsmaterialen i kablar med komplexa konstruktioner, och dess användningsområden blir alltmer omfattande.



4. Medicinsk utrustning
TPU är ett säkert, stabilt och högkvalitativt alternativ till PVC. Det innehåller inte skadliga kemiska ämnen som ftalater och migrerar till blod eller andra vätskor i medicinska katetrar eller medicinska påsar och orsakar biverkningar. TPU av extruderings- och injektionskvalitet kan enkelt användas med lite justering i befintlig PVC-utrustning.