TPU Материјал – свеобухватна анализа
Шта је TPU
TPU is термопластични полиуретан, врста полиуретана која се може загрејати и обликовати, и растворити у растварачима. У поређењу са мешаним и ливеним полиуретаном, термопластични полиуретан има мало или нимало хемијског умрежавања у својој хемијској структури, а његови молекули су у основи линеарни, али постоји одређена количина физичке размене.
Концепт физичке размене је први предложио Сцхолленберге ЦС 1958. године, који се односи на „тачке везе“ између линеарних полиуретанских молекуларних ланаца који су термички или реверзибилно растворљиви у растварачима. То заправо није хемијска унакрсна веза, али игра улогу хемијске унакрсне везе. Због ефекта ове физичке размене, полиуретан формира теорију вишефазне морфологије, а водоничне везе полиуретана побољшавају његову морфологију и чине га отпорнијим на већу влажност.
Класификација TPU
Сад кад знамо шта TPU је, које су његове класификације? У зависности од различитих стандарда класификације, TPU материјали могу имати много различитих класификација.
На пример, према структури меког сегмента, могу се поделити на тип полиестера, тип полиетра и тип бутадиена, који садрже естарске, етарске или бутенске групе, респективно. Према структури тврдог сегмента, могу се поделити на уретански тип и уретански тип урее, који се добијају продужним диолним или дијаминским продужним ланцем, респективно. Уобичајена класификација је подељена на тип полиестера и тип полиетра.
Према томе да ли постоји унакрсно повезивање, може се поделити на чисту термопластичну и полутермопластичну. Први је чиста линеарна структура без унакрсних веза, док други садржи малу количину умрежених веза као што је уретан метакрилат. Према употреби готових производа, може се поделити на делове специјалног облика (разни механички делови), цеви (плашци, профили шипки), филмове (лимови, танке плоче), као и на лепкове, премазе, влакна итд.
Како је TPU синтетизовани
TPU, из перспективе молекуларне структуре, припада полиуретану. Дакле, како се синтетише?
Према различитим процесима синтезе, углавном се дели на полимеризацију у расутом стању и полимеризацију у раствору.
У масовној полимеризацији, може се даље поделити на пре-полимеризацију и методу у једном кораку на основу тога да ли постоји пред-реакција.
- Пре-полимеризација укључује реакцију диизоцијаната са диолом високе молекулске тежине током одређеног временског периода, а затим додавање продуживача ланца за производњу TPU.
- Метода у једном кораку укључује мешање диола високе молекуларне тежине, диизоцијаната и продуљивача ланца како би реаговали и произвели TPU.
Полимеризација раствора укључује растварање диизоцијаната у растварачу, додавање диола високе молекулске тежине да реагује током одређеног временског периода и коначно додавање продужавача ланца да би се произвео TPU.
Тип TPU меки сегмент, молекулску тежину, садржај тврдих или меких сегмената и TPU агрегационо стање ће утицати на густину TPU, што је приближно између 1.10 и 1.25, без значајне разлике у односу на остале гуме и пластике.
На истој тврдоћи, густина полиетра TPU је нижи од полиестера TPU.
Како је TPU материјал обрађен
TPU материјали се обрађују различитим методама да би се формирао финални производ након синтезе TPU честице.Главне методе које се користе за TPU прерада су обрада талине и обрада раствора.
Обрада топљења је уобичајен процес који се користи у индустрији пластике: као што су мешање, каландрирање, екструзија, дување и обликовање (укључујући ињекције, компресију, трансфер и центрифугално обликовање). Обрада раствора укључује растварање честица у растварачу или директну полимеризацију у растварачу да би се формирао раствор, који се затим облаже или центрифугира.
TPU не захтева реакцију унакрсног повезивања вулканизације за производњу коначног производа, што може скратити производни циклус, а отпадни материјали се могу рециклирати и поново користити.
Перформансе TPU материјал
Материјал се широко користи јер има одличне перформансе и TPU није изузетак. Као ливени полиуретан (течни) и мешани полиуретан (чврсти), TPU има висок модул, високу чврстоћу, велико издуживање, високу еластичност, одличну отпорност на хабање, отпорност на уље, отпорност на ниске температуре и отпорност на старење. Међу њима, висока затезна чврстоћа, велико издужење и ниска дуготрајна стопа трајне деформације су значајне предности TPU.
Механичке особине TPU ће се углавном објаснити са аспеката затезне чврстоће, издужења, еластичности и тврдоће.
1. Висока затезна чврстоћа и велико издужење
TPU има одличну затезну чврстоћу и издужење. Из података на слици испод, можемо видети да је затезна чврстоћа и издужење полиетра TPU су далеко супериорнији од PVC пластике и гуме.
Поред тога, TPU може задовољити захтеве прехрамбене индустрије без или са врло мало адитива при преради, што је тешко за друге материјале као нпр PVC и гуме за постизање.
2. Отпорност је веома осетљива на температуру
Отпорност на TPU односи се на степен до којег се брзо враћа у првобитно стање након ослобађања деформационог напрезања, што се изражава енергијом опоравка, односно односом одскока деформације и радом који је потребан да се деформација произведе. Функција је динамичког модула и унутрашњег трења еластичног тела и веома је осетљива на температуру.
Меки сегменти од TPU су ПТМГ, ПЦЛ и ПБА, са релативним молекулским тежинама од 1000 и 2000, респективно; тврди сегменти су МДИ-БДО, са садржајем тврдог сегмента од 48.2% (ПЦЛ-1250 је 42.7%) и 31.7%, и р0=1.05 синтеза преполимера.
Као што се и очекивало, отпорност се смањује са смањењем температуре до одређене температуре, а затим еластичност брзо расте. Ова температура је температура кристализације меког сегмента, која је одређена структуром макромолекуларног диола и нижа је за полиетар TPU него за полиестер TPU. На температурама испод температуре кристализације, еластично тело постаје веома тврдо и губи своју еластичност, тако да је еластичност слична одбијању од површине тврдог метала.
3. Распон тврдоће је Схоре А60 ~ Д80
Тврдоћа је показатељ способности материјала да се одупре деформацијама, огреботинама и хабањима.
TPU тврдоћа се обично мери помоћу Схоре А и Схоре Д тестера тврдоће, при чему се Схоре А користи за мекше TPU а Схоре Д се користи за теже TPU.
Због тврдоће TPU може се подесити подешавањем односа меких и тврдих сегмената, TPU има релативно широк опсег тврдоће, са опсегом тврдоће Схоре А60~Д80, који обухвата тврдоћу гуме и пластике, и високу еластичност у читавом опсегу тврдоће.
Са променама тврдоће, нека својства од TPU ће се променити. На пример, повећање тврдоће TPU ће резултирати повећаним модулом затезања и чврстоћом на кидање, повећаном крутошћу и напрезањем при притиску (капацитет оптерећења), смањеним издужењем при ломљењу, повећаном густином и динамичким стварањем топлоте и повећаном отпорношћу на околину.
Употреба TPU
Године 1958, америчка компанија Гоодрицх Цхемицалс (сада преименована у Лубризол) је први пут регистровала TPU бренд Естане, а од тада више од 20 брендова TPU су се појавиле широм света у последњих 40 година, са неколико серија производа за сваки бренд. Као еластомер високих перформанси, TPU има широк спектар апликација за даље производе и широко се користи у свакодневним потрепштинама, спортској опреми, играчкама, декоративним материјалима и другим пољима. Ево неколико примера:
1. Обућа
TPU користи се у обући углавном због своје одличне еластичности и отпорности на хабање. Производи обуће који садрже TPU су много удобније за ношење од обичних производа за обућу, па се стога више користе у врхунским производима обуће, посебно у неким спортским и лежерним ципелама.
2. Црева
TPU црева се широко користе у Кини као црева за гас и уље за авионе, резервоаре, аутомобиле, мотоцикле, алатне машине и другу механичку опрему због своје флексибилности, добре затезне чврстоће, отпорности на удар и отпорности на високе и ниске температуре.
КСНУМКС. Каблови
TPU пружа отпорност на кидање, отпорност на хабање и карактеристике савијања, а отпорност на високе и ниске температуре је кључни фактор у перформансама кабла. Стога, на кинеском тржишту, TPU се користи за каблове високог квалитета као што су контролни каблови и каблови за напајање за заштиту материјала за покривање сложених дизајна каблова, а његова употреба постаје све распрострањенија.
4. Медицинска опрема
TPU је сигуран, стабилан и квалитетан PVC заменски материјал који не садржи штетне хемикалије као што су фталати, и не производи нежељене ефекте када се пренесе у крв или друге течности у медицинским катетерима или медицинским торбама. Посебно развијена екструзија и ињектирање TPU може се лако користити са постојећим PVC опрема са малим подешавањима.
