TPU Material – Omfattande analys
Vad är TPU
TPU is termoplastisk polyuretan, en typ av polyuretan som kan värmas och formas, och lösas upp i lösningsmedel. Jämfört med blandad och gjuten polyuretan har termoplastisk polyuretan liten eller ingen kemisk tvärbindning i sin kemiska struktur, och dess molekyler är i princip linjära, men det finns en viss mängd fysiskt utbyte.
Konceptet med fysiskt utbyte föreslogs först av Schollenberge CS 1958, vilket hänvisar till "kopplingspunkterna" mellan linjära polyuretanmolekylkedjor som är termiskt eller reversibelt lösliga i lösningsmedel. Det är faktiskt inte en kemisk tvärbindning, men den spelar rollen som en kemisk tvärbindning. På grund av effekten av detta fysiska utbyte bildar polyuretan en flerfasig morfologiteori, och vätebindningarna av polyuretan förbättrar dess morfologi och gör den mer motståndskraftig mot högre luftfuktighet.
Klassificering av TPU
Nu när vi vet vad TPU är, vad är dess klassificeringar? Beroende på olika klassificeringsstandarder, TPU material kan ha många olika klassificeringar.
Till exempel, enligt den mjuka segmentstrukturen, kan de delas in i polyestertyp, polyetertyp och butadientyp, som innehåller ester-, eter- respektive butengrupper. Enligt hårdsegmentstrukturen kan de delas in i uretantyp och uretanureatyp, vilka erhålls med diolkedjeförlängare respektive diaminkedjeförlängare. Den vanligaste klassificeringen är uppdelad i polyestertyp och polyetertyp.
Beroende på om det finns tvärbindning kan den delas in i ren termoplast och semi-termoplast. Den förra är en ren linjär struktur utan tvärbindande bindningar, medan den senare innehåller en liten mängd tvärbindande bindningar såsom uretanmetakrylat. Beroende på användningen av färdiga produkter kan den delas in i specialformade delar (olika mekaniska delar), rör (slidor, stångprofiler), filmer (skivor, tunna plattor), såväl som lim, beläggningar, fibrer, etc.
Hur är TPU syntetiserade
TPUur ett molekylärt strukturperspektiv tillhör polyuretan. Så hur syntetiseras det?
Enligt olika syntesprocesser är det huvudsakligen uppdelat i bulkpolymerisation och lösningspolymerisation.
Vid bulkpolymerisation kan den ytterligare delas in i förpolymerisation och enstegsmetod baserat på om det finns en förreaktion.
- Förpolymerisation involverar att reagera diisocyanat med högmolekylär diol under en viss tidsperiod och sedan tillsätta en kedjeförlängare för att producera TPU.
- Enstegsmetod innebär att man blandar högmolekylär diol, diisocyanat och kedjeförlängare för att reagera och producera TPU.
Lösningspolymerisation involverar upplösning av diisocyanat i ett lösningsmedel, tillsats av högmolekylär diol för att reagera under en viss tidsperiod och slutligen tillsats av en kedjeförlängare för att producera TPU.
Typen av TPU mjukt segment, molekylvikt, innehåll av hårda eller mjuka segment, och TPU aggregeringstillstånd kommer att påverka densiteten av TPU, vilket är ungefär mellan 1.10 och 1.25, utan någon signifikant skillnad från andra gummin och plaster.
Vid samma hårdhet, densiteten av polyeter TPU är lägre än för polyester TPU.
Hur är TPU material bearbetat
TPU material bearbetas genom olika metoder för att bilda slutprodukten efter syntes av TPU partiklar.De huvudsakliga metoderna som används för TPU bearbetning är smältbearbetning och lösningsbearbetning.
Smältbearbetning är en vanlig process inom plastindustrin: såsom blandning, kalandrering, extrudering, formblåsning och formning (inklusive formsprutning, kompression, överföring och centrifugalgjutning). Lösningsbearbetning innebär att man löser upp partiklarna i ett lösningsmedel eller direkt polymeriserar dem i ett lösningsmedel för att bilda en lösning, som sedan beläggs eller snurras.
TPU kräver ingen vulkaniseringstvärbindningsreaktion för att producera slutprodukten, vilket kan förkorta produktionscykeln, och avfallsmaterial kan återvinnas och återanvändas.
Prestanda av TPU Materialet
Ett material används ofta eftersom det har utmärkta prestanda, och TPU är inget undantag. Som gjuten polyuretan (flytande) och blandad polyuretan (fast), TPU har hög modul, hög hållfasthet, hög töjning, hög elasticitet, utmärkt slitstyrka, oljebeständighet, låg temperaturbeständighet och åldringsbeständighet. Bland dem är hög draghållfasthet, stor töjning och låg långtidskompression permanent deformationshastighet betydande fördelar med TPU.
De mekaniska egenskaperna hos TPU kommer huvudsakligen att förklaras utifrån aspekterna draghållfasthet, töjning, elasticitet och hårdhet.
1.Hög draghållfasthet och stor töjning
TPU har utmärkt draghållfasthet och töjning. Från data i figuren nedan kan vi se att draghållfasthet och töjning av polyeter TPU är vida överlägsna PVC plast och gummi.
Dessutom, TPU kan uppfylla livsmedelsindustrins krav utan eller med mycket få tillsatser vid bearbetning, vilket är svårt för andra material som t.ex. PVC och gummi att uppnå.
2. Spänst är mycket känslig för temperatur
Motståndskraften hos TPU hänvisar till den grad till vilken den snabbt återgår till sitt ursprungliga tillstånd efter att deformationsspänningen släppts, vilket uttrycks av återvinningsenergin, det vill säga förhållandet mellan deformationsrebound-arbetet och det arbete som krävs för att producera deformationen. Det är en funktion av den elastiska kroppens dynamiska modul och inre friktion och är mycket känslig för temperatur.
De mjuka segmenten av TPU är PTMG, PCL och PBA, med relativa molekylvikter av 1000 respektive 2000; de hårda segmenten är MDI-BDO, med hårda segmenthalter på 48.2% (PCL-1250 är 42.7%) och 31.7%, och r0=1.05 prepolymersyntes.
Som väntat minskar motståndskraften med sjunkande temperatur tills en viss temperatur, och då ökar elasticiteten snabbt. Denna temperatur är den mjuka segmentets kristallisationstemperatur, som bestäms av strukturen hos den makromolekylära diolen och är lägre för polyeter TPU än för polyester TPU. Vid temperaturer under kristallisationstemperaturen blir den elastiska kroppen mycket hård och förlorar sin elasticitet, så elasticiteten liknar att återhämta sig från en hård metallyta.
3.Hårdhetsområde är Shore A60~D80
Hårdhet är en indikator på ett materials förmåga att motstå deformation, repor och nötning.
TPU hårdhet mäts vanligtvis med Shore A och Shore D hårdhetstestare, med Shore A används för mjukare TPU och Shore D används för hårdare TPU.
Eftersom hårdheten av TPU kan justeras genom att justera förhållandet mellan mjuka och hårda segment, TPU har ett relativt brett hårdhetsområde, med ett hårdhetsområde på Shore A60~D80, som spänner över hårdheten hos gummi och plast, och hög elasticitet genom hela hårdhetsområdet.
Med förändringar i hårdhet, vissa egenskaper hos TPU Kommer förändras. Till exempel att öka hårdheten på TPU kommer att resultera i ökad dragmodul och rivhållfasthet, ökad styvhet och tryckspänning (lastkapacitet), minskad brottöjning, ökad densitet och dynamisk värmealstring samt ökad miljömotstånd.
Användningen av TPU
1958 registrerade det amerikanska företaget Goodrich Chemicals (nu omdöpt till Lubrizol) först TPU varumärke Estane, och sedan dess har mer än 20 varumärken TPU har dykt upp över hela världen under de senaste 40 åren, med flera serier av produkter för varje varumärke. Som en högpresterande elastomer, TPU har ett brett utbud av efterföljande produktapplikationer och används i stor utsträckning inom dagliga behov, sportutrustning, leksaker, dekorativa material och andra områden. Här är några exempel:
1. Skodon
TPU används i skor främst på grund av dess utmärkta elasticitet och slitstyrka. Skorprodukter innehållande TPU är mycket bekvämare att bära än vanliga skoprodukter, och används därför i större utsträckning i exklusiva skor, särskilt i vissa sport- och fritidsskor.
2. Slangar
TPU slangar används ofta i Kina som gas- och oljeslangar för flygplan, tankar, bilar, motorcyklar, verktygsmaskiner och annan mekanisk utrustning på grund av deras flexibilitet, goda draghållfasthet, slaghållfasthet och motståndskraft mot höga och låga temperaturer.
3. kablar
TPU ger rivhållfasthet, slitstyrka och böjegenskaper, och hög- och lågtemperaturbeständighet är en nyckelfaktor för kabelprestanda. Därför, på den kinesiska marknaden, TPU används för avancerade kablar såsom styrkablar och kraftkablar för att skydda täckmaterialen i komplexa kabelkonstruktioner, och dess användning blir allt mer utbredd.
4. Medicinsk utrustning
TPU är en säker, stabil och hög kvalitet PVC ersättningsmaterial som inte innehåller skadliga kemikalier som ftalater och som inte ger biverkningar när det överförs till blod eller andra vätskor i medicinska katetrar eller medicinska påsar. Specialutvecklad extruderings- och injektionskvalitet TPU kan enkelt användas med befintliga PVC utrustning med små justeringar.
