Syntéza, zpracování, vlastnosti a aplikace TPU materiálů

TPU (termoplastický polyuretan)Je to typ polyuretanu, který lze změkčit zahříváním a rozpustit v rozpouštědlech. Ve srovnání s polyuretanem mísicího a licího typu nemá termoplastický polyuretan žádné nebo jen malé chemické zesítění v chemické struktuře a jeho molekuly jsou v podstatě lineární, ale dochází k určité fyzické výměně.
Koncept tzv. fyzikální výměny, který poprvé navrhl Schollenberger CS v roce 1958, se vztahuje k existenci reverzibilních „spojovacích bodů“ mezi lineárními molekulárními řetězci polyuretanu při vystavení teplu nebo rozpouštědlům. Ve skutečnosti se nejedná o chemické zesítění. Ale funguje jako chemické zesítění. V důsledku tohoto fyzikálního zesítění polyuretan vytváří heterogenní morfologickou strukturu a vodíkové vazby polyuretanu posilují jeho morfologii a činí ho odolným vůči vyšší vlhkosti.

Jaká je klasifikace TPU

Nyní, když víme, co je TPU, jaké jsou jeho klasifikace? Podle různých klasifikačních standardů může mít TPU mnoho různých klasifikací.

Například podle struktury měkkého segmentu jej lze rozdělit na polyesterový typ, polyetherový typ a butadienový typ, které obsahují esterovou skupinu, etherovou skupinu nebo butenovou skupinu. Podle struktury tvrdého segmentu jej lze rozdělit na urethanový typ a urethan-močovinový typ, které se získávají z diolových nebo diaminových prodlužovačů řetězce. Běžné rozdělení je na polyesterový typ a polyetherový typ.
Podle přítomnosti nebo nepřítomnosti síťování se dělí na čistý termoplast a polotermoplast. První z nich má čistě lineární strukturu bez síťovacích vazeb; druhý obsahuje malé množství allofanátu a dalších síťovacích vazeb. Podle použití hotových výrobků se dělí na speciální tvarované díly (různé mechanické díly), trubky (pláště, tyčové profily), fólie (plechy, desky), lepidla, povlaky a vlákna.

Jak se syntetizuje TPU

Ačkoli existuje mnoho klasifikací TPU, všechny patří z hlediska molekulární struktury k polyuretanu. Jak tedy vznikly? Podle různých syntetických procesů se dělí hlavně na polymeraci v hmotě a polymeraci v roztoku.

Při polymeraci v objemu lze rozdělit metodu předpolymerace a jednostupňovou metodu podle toho, zda probíhá předreakce: metoda předpolymerace spočívá v reakci diisokyanátu s makromolekulárním diolem po určitou dobu a následném přidání prodloužení řetězce za vzniku TPU; molekulární dioly, diisoestery a prodlužovače řetězce se současně smísí a reagují za vzniku TPU.
Roztoková polymerace spočívá v rozpuštění diisokyanátu v rozpouštědle, následném přidání makromolekulárního diolu, aby reagoval po určitou dobu, a nakonec přidání prodlužovače řetězce za vzniku TPU.
Typ měkkého segmentu, molekulová hmotnost, obsah tvrdého nebo měkkého segmentu a stav agregace TPU ovlivňují hustotu TPU. Hustota se pohybuje mezi 1.10 a 1.25, což se významně neliší od jiných pryží a plastů. Při stejné tvrdosti je hustota polyetherového TPU nižší než hustota polyesterového TPU.

Jak se zpracovává TPU

Pryskyřice TPU musí být zpracována pro výrobu hotových výrobků a TPU se zpracovává hlavně metodou tavení a rozpouštění. Jeho molekulární struktura je tuhý blok získaný reakcí difenylmetandiisokyanátu (MDI) nebo toluendiisokyanátu (TDI) s prodlužovačem řetězce a diisokyanátem, jako je difenylmetandiisokyanát (MDI) nebo toluendiisokyanát (TDI). Molekuly a makromolekulární polyoly reagují střídavě za vzniku flexibilních segmentů.

Zpracování tavením je proces běžně používaný v plastikářském průmyslu: jako je míchání, kalandrování, extruze, vyfukování a lisování (včetně vstřikování, komprese, přenosu a centrifugace atd.). Zpracování roztokem je rozpouštění pelet v rozpouštědlech nebo přímá polymerace v rozpouštědlech. Po přípravě roztoku se provádí potahování, zvlákňování atd.
TPU se vyrábí do finálního produktu, který obecně nevyžaduje vulkanizaci a síťovací reakci, což může zkrátit výrobní cyklus a odpadní materiály lze recyklovat a znovu použít.

Výkon TPU

Stejně jako litý polyuretan (tekutý) a mísitelný polyuretan (pevný), má TPU vysoký modul pružnosti, vysokou pevnost, vysokou tažnost a vysokou elasticitu, vynikající odolnost proti opotřebení, odolnost vůči olejům, odolnost vůči nízkým teplotám a stárnutí. Mezi jejich významné výhody patří vysoká pevnost v tahu, vysoké tažnost a nízká dlouhodobá deformace v tlaku.

1. Vysoká pevnost v tahu a vysoké prodloužení
TPU má vynikající pevnost v tahu a prodloužení. Z údajů na obrázku níže vidíme, že pevnost v tahu a prodloužení polyéterového TPU jsou mnohem lepší než u polyvinylchloridového plastu a pryže.

Kromě toho může TPU splňovat požadavky potravinářského průmyslu bez přidání nebo přidávání několika málo přísad v procesu zpracování, což je u jiných materiálů, jako je PVC a guma, obtížné.

2. Odolnost je velmi citlivá na teplotu
Odolnost TPU se vztahuje k míře rychlého obnovení původního tvaru po uvolnění deformačního napětí, což je vyjádřeno energií obnovení, tj. poměrem práce potřebné k deformaci a práci potřebné k deformaci. Je funkcí dynamického modulu a vnitřního tření elastomeru a je velmi citlivá na teplotu.

Pružnost se s klesající teplotou snižuje a až do určité teploty se elasticita opět rychle zvyšuje. Tato teplota je krystalizační teplotou měkkého segmentu, která závisí na struktuře makromolekulárního diolu, a polyetherový TPU je nižší než polyesterový TPU. Při teplotách pod krystalizační teplotou elastomer velmi tvrdne a ztrácí svou elasticitu, proto je odraz podobný odrazu od povrchu tvrdého kovu.

3. Rozsah tvrdosti je Shore A60~D80
Tvrdost je ukazatelem schopnosti materiálu odolávat deformacím, vrypům a poškrábání.
Tvrdost TPU lze upravit úpravou poměru měkkých a tvrdých segmentů řetězce. TPU má proto relativně široký rozsah tvrdosti. Jeho tvrdost se pohybuje od Shore A60 do D80, což zahrnuje tvrdost gumy a plastu, a má široký rozsah tvrdosti v celém rozsahu tvrdosti. Vysoká elasticita.
Se změnou tvrdosti se změní i některé vlastnosti TPU. Například pokud se zvýší tvrdost TPU, dojde ke změnám ve výkonech, jako je zvýšení modulu pružnosti v tahu a pevnosti v tahu, zvýšení tuhosti a tlakového napětí (únosnosti), snížení prodloužení, zvýšení hustoty a dynamického vývoje tepla a zvýšení odolnosti vůči vlivům prostředí.

Oblast použití TPU

TPU byl poprvé úspěšně komerčně uveden na trh americkou společností Goodrich Chemical Company (nyní Lubrizol) v roce 1958 a od té doby byl zkoumán a rozšiřován po celém světě. V současné době mezi výrobce surovin pro TPU patří zejména BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical a další.
Jako elastomer s vynikajícím výkonem má TPU širokou škálu následných produktů a je široce používán v předmětech denní potřeby, sportovním zboží, hračkách, dekorativních materiálech a dalších oblastech. Zde je několik příkladů.
1. Materiál obuvi
TPU se používá v obuvnických materiálech především díky své vynikající elasticitě a odolnosti proti opotřebení. Obuv s obsahem TPU je mnohem pohodlnější než běžná obuv, proto se široce používá ve špičkové obuvi, zejména v některých sportovních a běžeckých botách.


2. Hadice
Protože hadice TPU má měkkost, dobrou pevnost v tahu, rázovou houževnatost a odolnost vůči vysokým i nízkým teplotám, je hadice TPU v Číně široce používána pro přepravu plynu a ropy v letadlech, tankech, automobilech, motocyklech, obráběcích strojích a dalších hadicích pro mechanická zařízení.



3. Kabel
TPU poskytuje odolnost proti roztržení, opotřebení a ohybu a odolnost vůči vysokým i nízkým teplotám je klíčem k výkonu kabelu. Proto se na čínském trhu TPU používá pro vysoce kvalitní kabely, jako jsou ovládací kabely a silové kabely, k ochraně povrchových materiálů kabelů se složitou konstrukcí a jeho použití se stále rozšiřuje.



4. Lékařské vybavení
TPU je bezpečná, stabilní a vysoce kvalitní alternativa k PVC. Neobsahuje škodlivé chemické látky, jako jsou ftaláty, a v lékařských katétrech nebo sáčcích migruje do krve nebo jiných tekutin, což způsobuje vedlejší účinky. TPU extruzní a vstřikovací kvality lze s malou úpravou snadno použít ve stávajícím PVC zařízení.