Ce este elastomerul poliuretanic termoplastic?

Ce este elastomerul poliuretanic termoplastic?

Elastomerul poliuretanic este o varietate de materiale sintetice poliuretanice (alte varietăți se referă la spumă poliuretanică, adeziv poliuretanic, acoperire poliuretanică și fibră poliuretanică), iar elastomerul poliuretanic termoplastic este unul dintre cele trei tipuri de elastomer poliuretanic. Oamenii îl numesc în mod obișnuit TPU (celelalte două tipuri principale de elastomeri poliuretanici sunt elastomerii poliuretanici turnați, prescurtați CPU, și elastomerii poliuretanici mixți, prescurtați MPU).

TPU este un tip de elastomer poliuretanic care poate fi plastifiat prin încălzire și dizolvat cu solvent. Comparativ cu CPU și MPU, TPU are o structură chimică puțină sau deloc reticulare chimică. Lanțul său molecular este practic liniar, dar există un anumit grad de reticulare fizică. Acesta este elastomerul poliuretanic termoplastic cu o structură foarte caracteristică.

Structura și clasificarea TPU

Elastomerul poliuretanic termoplastic este un polimer liniar bloc (AB). A reprezintă un polimer poliol (ester sau polieter, greutate moleculară de 1000~6000) cu greutate moleculară mare, numit catenă lungă; B reprezintă un diol care conține 2-12 atomi de carbon cu catenă liniară, numit catenă scurtă.

În structura elastomerului poliuretanic termoplastic, segmentul A se numește segment moale, care are caracteristicile de flexibilitate și moliciune, ceea ce face ca TPU să aibă extensibilitate; Lanțul de uretan generat prin reacția dintre segmentul B și izocianat se numește segment dur, care are atât proprietăți rigide, cât și dure. Prin ajustarea raportului dintre segmentele A și B, se obțin produse TPU cu proprietăți fizice și mecanice diferite.

Conform structurii 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. Conform structurii segmentului dur, acesta poate fi împărțit în tip uretan și tip uretan-uree, care sunt obținute respectiv din agenți de extindere a lanțului de etilen glicol sau agenți de extindere a lanțului de diamină. Clasificarea comună este împărțită în tip poliester și tip polieter.

Care sunt materiile prime pentru sinteza TPU?

(1) Diol polimeric

Diolul macromolecular cu o greutate moleculară cuprinsă între 500 și 4000 și grupări bifuncționale, cu un conținut de 50% până la 80% în elastomerul TPU, joacă un rol decisiv în proprietățile fizice și chimice ale TPU.

Polimerul diol potrivit pentru elastomerul TPU poate fi împărțit în poliester și polieter: poliesterul include politetrametilen glicolul acidului adipic (PBA) ε PCL, PHC; Polieterii includ polioxipropilene eter glicol (PPG), tetrahidrofuran polieter glicol (PTMG) etc.

(2) Diizocianat

Greutatea moleculară este mică, dar funcția este remarcabilă, jucând nu numai rolul de a conecta segmentul moale cu segmentul dur, ci și conferă TPU-ului diverse proprietăți fizice și mecanice bune. Diizocianații aplicabili TPU sunt: ​​diizocianat de metilen difenil (MDI), bis(-4-ciclohexil izocianat) de metilen (HMDI), p-fenildiizocianat (PPDI), 1,5-naftalen diizocianat (NDI), p-fenildimetil diizocianat (PXDI) etc.

(3) Prelungitor de lanț

Agenții de extindere a lanțului cu o greutate moleculară de 100~350, aparținând diolului cu greutate moleculară mică, structură cu lanț deschis și fără grup substituent, permit obținerea unei durități ridicate și a unei greutăți scalare mari a TPU. Agenții de extindere a lanțului potriviți pentru TPU includ 1,4-butanediol (BDO), 1,4-bis(2-hidroxietoxi)benzen (HQEE), 1,4-ciclohexandimetanol (CHDM), p-fenildimetilglicol (PXG) etc.

Aplicarea modificărilor TPU ca agent de întărire

Pentru a reduce costurile produsului și a obține performanțe suplimentare, elastomerii termoplastici poliuretanici pot fi utilizați ca agenți de întărire utilizați în mod obișnuit pentru a întări diverse materiale termoplastice și din cauciuc modificat.

Datorită polarității sale ridicate, poliuretanul poate fi compatibil cu rășini polare sau cauciucuri, cum ar fi polietilena clorurată (CPE), care poate fi utilizată pentru fabricarea de produse medicale; Amestecarea cu ABS poate înlocui termoplasticele inginerești; Atunci când este utilizat în combinație cu policarbonatul (PC), are proprietăți precum rezistența la ulei, rezistența la combustibil și rezistența la impact și poate fi utilizat pentru fabricarea caroseriilor auto; Atunci când este combinat cu poliesterul, rezistența sa poate fi îmbunătățită; În plus, poate fi compatibil cu PVC, polioximetilen sau PVDC; Poliuretanul poliesteric poate fi compatibil cu cauciuc nitril 15% sau amestec de cauciuc nitril/PVC 40%; Poliuretanul polieter poate fi, de asemenea, compatibil cu adezivi amestec de cauciuc nitril/clorură de polivinil 40%; De asemenea, poate fi co-compatibil cu copolimerii acrilonitril stiren (SAN); Poate forma structuri de rețea interpenetrantă (IPN) cu polisiloxani reactivi. Marea majoritate a adezivilor amestecați menționați mai sus au fost deja produși oficial.

În ultimii ani, în China s-au desfășurat cercetări tot mai intense privind durificarea POM cu TPU. Amestecarea TPU și POM nu numai că îmbunătățește rezistența la temperaturi ridicate și proprietățile mecanice ale TPU, dar și durifică semnificativ POM-ul. Unii cercetători au arătat că, în testele de rupere la tracțiune, în comparație cu matricea POM, aliajul POM cu TPU a trecut de la o fractură fragilă la o fractură ductilă. Adăugarea de TPU conferă, de asemenea, POM-ului performanțe de memorie a formei. Regiunea cristalină a POM servește ca fază fixă ​​a aliajului cu memorie a formei, în timp ce regiunea amorfă a TPU amorf și POM servește ca fază reversibilă. Când temperatura de răspuns la recuperare este de 165 ℃ și timpul de recuperare este de 120 de secunde, rata de recuperare a aliajului atinge peste 95%, iar efectul de recuperare este cel mai bun.

TPU este dificil de compatibilizat cu materiale polimerice nepolare, cum ar fi polietilena, polipropilena, cauciucul etilen-propilenic, cauciucul butadienic, cauciucul izopren sau pulberea de cauciuc rezidual și nu poate fi utilizat pentru a produce compozite cu performanțe bune. Prin urmare, pentru acestea din urmă se utilizează adesea metode de tratare a suprafeței, cum ar fi plasma, corona, chimia umedă, grundul, flacăra sau gazul reactiv. De exemplu, compania American Air Products and Chemicals a efectuat un tratament de suprafață cu gaz activ F2/O2 pe o pulbere fină de polietilenă cu greutate moleculară ultra-mare, cu o greutate moleculară de 3-5 milioane, adăugând-o la un elastomer poliuretanic într-un raport de 10%, ceea ce poate îmbunătăți semnificativ modulul de încovoiere, rezistența la tracțiune și rezistența la uzură. Tratamentul de suprafață cu gaz activ F2/O2 poate fi aplicat și fibrelor scurte alungite direcțional cu o lungime de 6-35 mm, ceea ce poate îmbunătăți rigiditatea și rezistența la rupere a materialului compozit.

Care sunt domeniile de aplicare ale TPU?

În 1958, Goodrich Chemical Company (acum redenumită Lubrizol) a înregistrat pentru prima dată marca TPU Estane. În ultimii 40 de ani, au existat peste 20 de nume de marcă în întreaga lume, iar fiecare marcă are mai multe serii de produse. În prezent, principalii producători de materii prime TPU din lume sunt: ​​BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding etc.

Fiind un elastomer excelent, TPU are o gamă largă de produse derivate, care sunt utilizate pe scară largă în articole de uz zilnic, articole sportive, jucării, materiale decorative și alte domenii. Mai jos sunt câteva exemple.

① Materiale pentru încălțăminte

TPU este utilizat în principal pentru materiale de încălțăminte datorită elasticității sale excelente și rezistenței la uzură. Produsele de încălțăminte care conțin TPU sunt mult mai confortabile de purtat decât 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 Furtunuri

Datorită moliciunii, rezistenței bune la tracțiune, rezistenței la impact și rezistenței la temperaturi ridicate și scăzute, furtunurile TPU sunt utilizate pe scară largă în China ca furtunuri de gaz și petrol pentru echipamente mecanice, cum ar fi aeronave, tancuri, automobile, motociclete și mașini-unelte.

③ Cablu

TPU-ul oferă rezistență la rupere, rezistență la uzură și caracteristici de îndoire, rezistența la temperaturi ridicate și scăzute fiind cheia performanței cablurilor. Așadar, pe piața chineză, cablurile avansate, cum ar fi cablurile de control și cablurile de alimentare, utilizează TPU-uri pentru a proteja materialele de acoperire ale cablurilor complexe, iar aplicațiile lor devin din ce în ce mai răspândite.

④ Dispozitive medicale

TPU este un material de înlocuire a PVC-ului sigur, stabil și de înaltă calitate, care nu conține ftalați și alte substanțe chimice nocive și care va migra în sânge sau în alte lichide din cateterul medical sau din punga medicală, provocând efecte secundare. În plus, TPU-ul special dezvoltat pentru extrudare și injecție poate fi ușor utilizat cu puțină depanare în echipamentele PVC existente.

⑤ Vehicule și alte mijloace de transport

Prin extrudarea și acoperirea ambelor părți ale țesăturii de nailon cu elastomer termoplastic poliuretanic, se pot realiza plute gonflabile de atac și de recunoaștere pentru 3-15 persoane, cu performanțe mult mai bune decât plutele gonflabile din cauciuc vulcanizat; Elastomerul termoplastic poliuretanic armat cu fibră de sticlă poate fi utilizat pentru a realiza componente ale caroseriei, cum ar fi piese turnate pe ambele părți ale mașinii, carcasele ușilor, barele de protecție, benzile antifricțiune și grilele.