TPU Material – celovita analiza
Kaj Je TPU
TPU is termoplastični poliuretan, vrsta poliuretana, ki ga je mogoče segrevati in oblikovati ter raztopiti v topilih. V primerjavi z mešanim in ulito poliuretanom ima termoplastični poliuretan v svoji kemijski strukturi malo ali nič kemičnega zamreženja, njegove molekule pa so v osnovi linearne, vendar obstaja določena stopnja fizične izmenjave.
Koncept fizične izmenjave je leta 1958 prvič predlagal Schollenberge CS, ki se nanaša na "povezovalne točke" med linearnimi poliuretanskimi molekularnimi verigami, ki so toplotno ali reverzibilno topne v topilih. Pravzaprav ne gre za kemično prečno povezavo, ampak igra vlogo kemične prečne povezave. Zaradi učinka te fizične izmenjave poliuretan tvori večfazno morfološko teorijo, vodikove vezi poliuretana pa izboljšajo njegovo morfologijo in ga naredijo bolj odpornega na višjo vlažnost.
Razvrstitev TPU
Zdaj, ko vemo, kaj TPU je, kakšne so njegove klasifikacije? Odvisno od različnih klasifikacijskih standardov, TPU materiali imajo lahko veliko različnih klasifikacij.
Na primer, glede na strukturo mehkega segmenta jih lahko razdelimo na tip poliestra, tip polietra in tip butadiena, ki vsebujejo estrske, etrske ali butenske skupine. Glede na strukturo trdega segmenta jih lahko razdelimo na uretanski tip in uretanski sečninski tip, ki se pridobivata z diolnim podaljševalnikom verige oziroma diaminskim podaljševalnikom verige. Običajno uporabljena klasifikacija je razdeljena na tip poliestra in tip polietra.
Glede na to, ali obstaja navzkrižno povezovanje, ga lahko razdelimo na čisto termoplastično in poltermoplastično. Prva je čista linearna struktura brez zamreženih vezi, medtem ko druga vsebuje majhno količino zamreženih vezi, kot je uretan metakrilat. Glede na uporabo končnih izdelkov jih lahko razdelimo na dele posebnih oblik (različni mehanski deli), cevi (plašči, profili palic), folije (plošče, tanke plošče), pa tudi na lepila, premaze, vlakna itd.
Kako je TPU sintetizira
TPUz vidika molekularne zgradbe spada med poliuretane. Kako se torej sintetizira?
Glede na različne postopke sinteze se v glavnem deli na polimerizacijo v razsutem stanju in polimerizacijo v raztopini.
Polimerizacijo v razsutem stanju lahko nadalje razdelimo na predpolimerizacijo in enostopenjsko metodo glede na to, ali obstaja predreakcija.
- Predpolimerizacija vključuje reakcijo diizocianata z diolom z visoko molekulsko maso za določeno časovno obdobje in nato dodajanje podaljševalnika verige za proizvodnjo TPU.
- Enostopenjska metoda vključuje mešanje diola z visoko molekulsko maso, diizocianata in podaljševalnika verige skupaj, da reagirajo in proizvedejo TPU.
Polimerizacija raztopine vključuje raztapljanje diizocianata v topilu, dodajanje diola z visoko molekulsko maso, da reagira za določeno časovno obdobje, in končno dodajanje podaljševalnika verige za proizvodnjo TPU.
Vrsta TPU mehki segment, molekulska masa, vsebnost trdih ali mehkih segmentov in TPU agregatno stanje bo vplivalo na gostoto TPU, ki je približno med 1.10 in 1.25, brez bistvene razlike od drugih gum in plastike.
Pri enaki trdoti je gostota polietra TPU nižja kot pri poliestru TPU.
Kako je TPU obdelan material
TPU materiali se obdelujejo z različnimi metodami, da se po sintezi tvori končni izdelek TPU delci.Glavne metode, ki se uporabljajo za TPU obdelava sta obdelava s taljenjem in obdelava raztopine.
Predelava taline je običajno uporabljen postopek v plastični industriji: kot so mešanje, kalandriranje, ekstrudiranje, pihanje in oblikovanje (vključno z brizganjem, stiskanjem, prenosom in centrifugalnim oblikovanjem). Obdelava raztopine vključuje raztapljanje delcev v topilu ali njihovo neposredno polimerizacijo v topilu, da nastane raztopina, ki se nato prevleče ali zavrti.
TPU za proizvodnjo končnega izdelka ni potrebna reakcija navzkrižnega povezovanja vulkanizacije, kar lahko skrajša proizvodni cikel, odpadne materiale pa je mogoče reciklirati in ponovno uporabiti.
Izvedba TPU Material
Material se pogosto uporablja, ker ima odlične lastnosti in TPU ni izjema. Tako kot liti poliuretan (tekoči) in mešani poliuretan (trden), TPU ima visok modul, visoko trdnost, velik raztezek, visoko elastičnost, odlično odpornost proti obrabi, odpornost na olje, odpornost na nizke temperature in odpornost na staranje. Med njimi so velika natezna trdnost, velik raztezek in nizka dolgotrajna stopnja trajne deformacije stiskanja pomembne prednosti TPU.
Mehanske lastnosti TPU bodo v glavnem pojasnjeni z vidika natezne trdnosti, raztezka, prožnosti in trdote.
1. Visoka natezna trdnost in velik raztezek
TPU ima odlično natezno trdnost in raztezek. Iz podatkov na spodnji sliki lahko vidimo, da sta natezna trdnost in raztezek polietra TPU so veliko boljši od PVC plastike in gume.
Poleg tega TPU lahko izpolnjuje zahteve živilske industrije brez ali z zelo malo dodatki med predelavo, kar je težko za druge materiale kot npr PVC in gumo doseči.
2. Odpornost je zelo občutljiva na temperaturo
Odpornost na TPU se nanaša na stopnjo, do katere se hitro vrne v svoje prvotno stanje po sprostitvi deformacijske napetosti, kar je izraženo z obnovitveno energijo, to je razmerje med odbojnim delom deformacije in delom, potrebnim za proizvodnjo deformacije. Je funkcija dinamičnega modula in notranjega trenja elastičnega telesa in je zelo občutljiva na temperaturo.
Mehki segmenti TPU so PTMG, PCL in PBA z relativno molekulsko maso 1000 oziroma 2000; trdi segmenti so MDI-BDO z vsebnostjo trdih segmentov 48.2 % (PCL-1250 je 42.7 %) in 31.7 % ter r0=1.05 sinteza predpolimera.
Kot je bilo pričakovano, se elastičnost z nižanjem temperature zmanjšuje do določene temperature, nato pa elastičnost hitro narašča. Ta temperatura je kristalizacijska temperatura mehkega segmenta, ki je določena s strukturo makromolekularnega diola in je nižja za polieter TPU kot za poliester TPU. Pri temperaturah, nižjih od temperature kristalizacije, elastično telo postane zelo trdo in izgubi prožnost, zato je prožnost podobna odboju od trde kovinske površine.
3. Razpon trdote je Shore A60~D80
Trdota je pokazatelj sposobnosti materiala, da se upre deformacijam, praskam in odrgninam.
TPU trdota se običajno meri z merilniki trdote Shore A in Shore D, pri čemer se Shore A uporablja za mehkejše TPU in Shore D, ki se uporablja za težje TPU.
Zaradi trdote TPU lahko prilagodite z nastavitvijo razmerja mehkih in trdih segmentov, TPU ima razmeroma širok razpon trdote, z razponom trdote Shore A60~D80, ki obsega trdoto gume in plastike, ter visoko elastičnost v celotnem razponu trdote.
S spremembami trdote se nekatere lastnosti TPU se bo spremenil. Na primer, povečanje trdote TPU bo povzročil povečan natezni modul in trgalno trdnost, povečano togost in tlačno napetost (obremenitev), zmanjšan raztezek ob pretrganju, povečano gostoto in dinamično ustvarjanje toplote ter povečano odpornost na okolje.
Uporaba TPU
Leta 1958 je ameriško podjetje Goodrich Chemicals (zdaj preimenovano v Lubrizol) prvič registriralo TPU blagovno znamko Estane in od takrat več kot 20 blagovnih znamk TPU so se v zadnjih 40 letih pojavile po vsem svetu z več serijami izdelkov za vsako znamko. Kot visoko zmogljiv elastomer, TPU ima široko paleto aplikacij za izdelke na koncu proizvodne verige in se pogosto uporablja pri vsakodnevnih potrebah, športni opremi, igračah, dekorativnih materialih in na drugih področjih. Tukaj je nekaj primerov:
1. Obutev
TPU se uporablja v obutvi predvsem zaradi odlične elastičnosti in odpornosti proti obrabi. Obutveni izdelki, ki vsebujejo TPU so veliko bolj udobni za nošenje kot običajni obutveni izdelki in se zato pogosteje uporabljajo v vrhunskih obutvenih izdelkih, zlasti v nekaterih športnih in prostih čevljih.
2. Cevi
TPU cevi se pogosto uporabljajo na Kitajskem kot cevi za plin in olje za letala, tanke, avtomobile, motorna kolesa, strojna orodja in drugo mehansko opremo zaradi svoje prožnosti, dobre natezne trdnosti, odpornosti na udarce ter odpornosti na visoke in nizke temperature.
3. Kabli
TPU zagotavlja odpornost proti trganju, odpornost proti obrabi in lastnosti upogibanja, odpornost na visoke in nizke temperature pa je ključni dejavnik pri delovanju kabla. Zato je na kitajskem trgu TPU se uporablja za kable višjega cenovnega razreda, kot so krmilni kabli in napajalni kabli za zaščito pokrivnih materialov zapletenih zasnov kablov, in njegova uporaba postaja vse bolj razširjena.
4. Medicinska oprema
TPU je varen, stabilen in kakovosten PVC nadomestni material, ki ne vsebuje škodljivih kemikalij, kot so ftalati, in ne povzroča stranskih učinkov pri prenosu v kri ali druge tekočine v medicinskih katetrih ali medicinskih vrečkah. Posebej razvita vrsta ekstrudiranja in brizganja TPU lahko preprosto uporabite z obstoječimi PVC oprema z majhnimi prilagoditvami.
