TPU is termoplastisk polyurethan, en type polyurethan, der kan opvarmes og støbes og opløses i opløsningsmidler. Sammenlignet med blandet og støbt polyurethan har termoplastisk polyurethan ringe eller ingen kemisk tværbinding i sin kemiske struktur, og dens molekyler er grundlæggende lineære, men der er en vis grad af fysisk udveksling.

Begrebet fysisk udveksling blev først foreslået af Schollenberge CS i 1958, som refererer til "forbindelsespunkterne" mellem lineære polyurethanmolekylære kæder, der er termisk eller reversibelt opløselige i opløsningsmidler. Det er faktisk ikke en kemisk tværbinding, men det spiller rollen som en kemisk tværbinding. På grund af effekten af denne fysiske udveksling danner polyurethan en flerfasemorfologiteori, og hydrogenbindingerne af polyurethan forbedrer dens morfologi og gør den mere modstandsdygtig over for højere luftfugtighed.

Klassificering af TPU

Nu hvor vi ved hvad TPU er, hvad er dens klassifikationer? Afhængigt af forskellige klassifikationsstandarder, TPU materialer kan have mange forskellige klassifikationer.

For eksempel kan de ifølge den bløde segmentstruktur opdeles i polyestertype, polyethertype og butadientype, som indeholder henholdsvis ester-, ether- eller butengrupper. Ifølge den hårde segmentstruktur kan de opdeles i urethan-type og urethan-urea-type, som opnås med henholdsvis diolkædeforlænger eller diaminkædeforlænger. Den almindeligt anvendte klassifikation er opdelt i polyestertype og polyethertype.

Alt efter om der er tværbinding, kan den opdeles i ren termoplast og semi-termoplast. Førstnævnte er en ren lineær struktur uden tværbindende bindinger, mens sidstnævnte indeholder en lille mængde tværbindende bindinger såsom urethanmethacrylat. I henhold til brugen af færdige produkter kan det opdeles i specialformede dele (forskellige mekaniske dele), rør (skeder, stangprofiler), film (plader, tynde plader) samt klæbemidler, belægninger, fibre osv.

Hvordan er TPU syntetiseret

TPUfra et molekylært strukturperspektiv tilhører polyurethan. Så hvordan syntetiseres det?

Ifølge forskellige synteseprocesser er det hovedsageligt opdelt i bulkpolymerisation og opløsningspolymerisation.

Reaktion for at danne en aminoestergruppe

Ved bulkpolymerisation kan det yderligere opdeles i præpolymerisation og et-trins metode baseret på om der er en forreaktion.

Præpolymerisation involverer omsætning af diisocyanat med højmolekylær diol i en vis periode og derefter tilsætning af en kædeforlænger for at producere TPU.
Et-trins metode involverer at blande højmolekylær diol, diisocyanat og kædeforlænger sammen for at reagere og producere TPU.

Opløsningspolymerisation involverer opløsning af diisocyanat i et opløsningsmiddel, tilsætning af højmolekylær diol for at reagere i en vis periode og til sidst tilsætning af en kædeforlænger for at producere TPU.

Typen af TPU blødt segment, molekylvægt, indhold af hårde eller bløde segmenter og TPU aggregeringstilstand vil påvirke tætheden af TPU, hvilket er cirka mellem 1.10 og 1.25, uden nogen signifikant forskel fra andre gummier og plast.

På samme hårdhed, tætheden af polyether TPU er lavere end polyester TPU.

Hvordan er TPU materiale forarbejdet

TPU materialer behandles gennem forskellige metoder til at danne det endelige produkt efter syntesen af TPU partikler.De vigtigste metoder, der anvendes til TPU forarbejdning er smeltebehandling og opløsningsbehandling.

Anvendelse af TPU indkapsling på den ydre skal af elektrisk værktøj.

Smeltebearbejdning er almindeligt anvendt proces i plastindustrien: såsom blanding, kalandrering, ekstrudering, blæsestøbning og støbning (inklusive injektion, kompression, overførsel og centrifugalstøbning). Opløsningsbearbejdning involverer opløsning af partiklerne i et opløsningsmiddel eller direkte polymerisering af dem i et opløsningsmiddel for at danne en opløsning, som derefter coates eller spindes.

TPU kræver ikke vulkanisering tværbindingsreaktion for at producere det endelige produkt, hvilket kan forkorte produktionscyklussen, og affaldsmaterialer kan genbruges og genbruges.

Udførelse af TPU materiale

Et materiale er meget brugt, fordi det har fremragende ydeevne, og TPU er ingen undtagelse. Ligesom støbt polyurethan (flydende) og blandet polyurethan (fast), TPU har høj modulus, høj styrke, høj forlængelse, høj elasticitet, fremragende slidstyrke, oliebestandighed, lav temperaturbestandighed og ældningsmodstand. Blandt dem er høj trækstyrke, stor forlængelse og lav langvarig kompression permanent deformationshastighed væsentlige fordele ved TPU.

De mekaniske egenskaber ved TPU vil hovedsageligt blive forklaret ud fra aspekterne trækstyrke, forlængelse, elasticitet og hårdhed.

1. Høj trækstyrke og stor forlængelse

TPU har fremragende trækstyrke og forlængelse. Ud fra dataene i figuren nedenfor kan vi se, at trækstyrken og forlængelsen af polyether TPU er langt overlegne PVC plast og gummi.

Sammenligning af trækstyrke af TPU med andre materialer

Desuden TPU kan opfylde fødevareindustriens krav uden eller med meget få tilsætningsstoffer under forarbejdning, hvilket er svært for andre materialer som f.eks. PVC og gummi at opnå.

2. Resilience er meget følsom over for temperatur

Modstandsdygtigheden af TPU refererer til den grad, i hvilken den hurtigt vender tilbage til sin oprindelige tilstand, efter at deformationsspændingen er frigivet, hvilket udtrykkes ved genvindingsenergien, det vil sige forholdet mellem deformationsrebound-arbejdet og det arbejde, der kræves for at frembringe deformationen. Det er en funktion af det elastiske legemes dynamiske modul og indre friktion og er meget temperaturfølsomt.

Forholdet mellem temperatur og modstandsdygtighed af TPU

De bløde segmenter af TPU er PTMG, PCL og PBA med relative molekylvægte på henholdsvis 1000 og 2000; de hårde segmenter er MDI-BDO, med hårde segmentindhold på 48.2% (PCL-1250 er 42.7%) og 31.7%, og r0=1.05 præpolymersyntese.

Som forventet falder modstandskraften med faldende temperatur indtil en vis temperatur, og derefter øges elasticiteten hurtigt. Denne temperatur er krystallisationstemperaturen for det bløde segment, som bestemmes af strukturen af den makromolekylære diol og er lavere for polyether TPU end for polyester TPU. Ved temperaturer under krystallisationstemperaturen bliver det elastiske legeme meget hårdt og mister sin elasticitet, så spændstighed svarer til tilbageslag fra en hård metaloverflade.

3.Hårdhedsområde er Shore A60~D80

Hårdhed er en indikator for et materiales evne til at modstå deformation, ridser og slid.

TPU hårdhed måles normalt ved hjælp af Shore A og Shore D hårdhedstestere, hvor Shore A bruges til blødere TPU og Shore D bruges til hårdere TPU.

Fordi hårdheden af TPU kan justeres ved at justere forholdet mellem bløde og hårde segmenter, TPU har et relativt bredt hårdhedsområde med et hårdhedsområde på Shore A60~D80, der spænder over hårdheden af gummi og plast, og høj elasticitet gennem hele hårdhedsområdet.

Med ændringer i hårdhed, nogle egenskaber ved TPU vil ændre sig. For eksempel at øge hårdheden af TPU vil resultere i øget trækmodul og rivestyrke, øget stivhed og trykspænding (belastningskapacitet), nedsat forlængelse ved brud, øget tæthed og dynamisk varmeudvikling og øget miljømæssig modstand.

Brugen af TPU

I 1958 registrerede det amerikanske firma Goodrich Chemicals (nu omdøbt til Lubrizol) først TPU varemærke Estane, og siden da, mere end 20 varemærker af TPU er opstået over hele verden gennem de sidste 40 år, med flere serier af produkter for hvert mærke. Som en højtydende elastomer, TPU har en bred vifte af downstream-produktapplikationer og er meget udbredt i daglige fornødenheder, sportsudstyr, legetøj, dekorative materialer og andre områder. Her er et par eksempler:

1. Fodtøj

TPU bruges i fodtøj hovedsageligt på grund af dets fremragende elasticitet og slidstyrke. Fodtøjsprodukter indeholdende TPU er meget mere behagelige at have på end almindelige fodtøjsprodukter, og er derfor mere udbredt i high-end fodtøjsprodukter, især i nogle sports- og fritidssko.

2. Slanger

TPU slanger er meget udbredt i Kina som gas- og olieslanger til fly, tanke, biler, motorcykler, værktøjsmaskiner og andet mekanisk udstyr på grund af deres fleksibilitet, gode trækstyrke, slagfasthed og modstandsdygtighed over for høje og lave temperaturer.

3. Kabler

TPU giver rivebestandighed, slidstyrke og bøjningsegenskaber, og høj- og lavtemperaturbestandighed er en nøglefaktor i kabelydelse. Derfor, på det kinesiske marked, TPU bruges til avancerede kabler såsom kontrolkabler og strømkabler for at beskytte dækmaterialerne i komplekse kabeldesigns, og dets anvendelse bliver stadig mere udbredt.

4. Medicinsk udstyr

TPU er en sikker, stabil og høj kvalitet PVC erstatningsmateriale, der ikke indeholder skadelige kemikalier såsom ftalater, og som ikke giver bivirkninger, når det overføres til blod eller andre væsker i medicinske katetre eller medicinske poser. Specielt udviklet ekstruderings- og injektionskvalitet TPU kan nemt bruges med eksisterende PVC udstyr med små justeringer.