Термопластичный полиуретан

Мар 20, 2024

Термопластичный полиуретан (ТПУ) является любым из класса полиуретан Пластмасс with many properties, including эластичность, прозрачность, and resistance to oil, grease, and abrasion. Technically, they are термопластичные эластомеры consisting of linear segmented блок-сополимеры composed of hard and soft segments.

Химия[редактировать]

ТПУ представляет собой блок-сополимер, состоящий из чередующихся последовательностей твердых и мягких сегментов или доменов, образованных реакцией (1) Диизоцианаты with short-chain диолы (so-called chain extenders) and (2) diisocyanates with long-chain диолы. By varying the ratio, structure and/or molecular weight of the reaction compounds, an enormous variety of different TPU can be produced. This allows urethane chemists to fine-tune the polymer's structure to the desired final properties of the material.

Морфология[редактировать]

Смола ТПУ состоит из линейных полимерных цепей в блочных структурах. Такие цепочки содержат низкие полярность segments which are rather long (called soft segments), alternating with shorter, high polarity segments (called hard segments). Both types of segments are linked by covalent links so that they actually form block-copolymers. The miscibility of the hard and soft segments in TPU depends on the differences in their glass transition temperature (Tg)^[1] который происходит в начале микроброуновского сегментарного движения, идентифицируемого по динамическим механическим спектрам. Для несмешивающегося ТПУ спектр модуля потерь обычно показывает двойные пики, каждый из которых присваивается Tg одного компонента. Если эти два компонента смешиваются, то ТПУ будет характеризоваться одним широким пиком, положение которого лежит между положением двух исходных пиков Tg чистых компонентов.

Полярность твердых деталей создает сильное притяжение между ними, что обуславливает высокую степень агрегации и порядка на этом этапе, формируя кристаллический or pseudo crystalline areas located in a soft and flexible matrix. This so-called phase separation between both blocks can be more or less important, depending on the polarity and the molecular weight of the flexible chain, the production conditions, etc. The crystalline or pseudo crystalline areas act as physical Перекрестные ссылки, which account for the high elasticity level of TPU, whereas the flexible chains will impart the elongation characteristics to the polymer.

Эти «псевдосшивки», однако, исчезают под воздействием тепла, и поэтому классические экструзия, литье под давлением, and каландрование processing methods are applicable to these materials. Consequently, TPU scrap can be reprocessed.

Использует[редактировать]

ТПУ имеет множество применений, включая автомобильные приборные панели, колеса, электроинструменты, спортивные товары, медицинские устройства, приводные ремни, обувь, надувные плоты, пожарные шланги, а также различные виды использования экструдированной пленки, листов и профилей.^[2]^[3] ТПУ также является популярным материалом, который используется в гибких внешних чехлах таких устройств, как мобильные телефоны и защитные чехлы для клавиатуры.^[4]

ТПУ хорошо известен своим применением в оболочках проводов и кабелей, шлангах и трубах, в нанесении клеев и текстильных покрытий, а также в качестве модификатора ударопрочности других полимеров.^[5] Он также используется в фильмах с высокими эксплуатационными характеристиками, таких как Ударопрочное стекло structures.

ТПУ - это термопластичный эластомер, используемый в Напыление плавленых нитей (FFD) 3D printing. The absence of warping and lack of need for primer makes it an ideal filament for 3D printers when objects need to be flexible and elastic. Since TPU is a thermoplastic, it can be melted by the 3D printer's hotend, printed, then cooled into an elastic solid. TPU powders are also used for other 3D printing processes, such as Селективное лазерное спекание (SLS) and 3D-струйная печать. It is also used in large vertical injection or extrusion moulding machines to print directly without the intermediate step of filament extrusion or powder preparation.

Обзор ТПУ на рынке[редактировать]

К свойствам коммерчески выпускаемых ТПУ можно отнести:

Высокая стойкость к истиранию
низкотемпературная производительность
высокая прочность на сдвиг
высокая эластичность
прозрачность
Устойчивость к маслам и смазкам

Имеющиеся в настоящее время ТПУ можно разделить в основном на две группы, исходя из химии мягких сегментов:

ТПУ на основе полиэстера (в основном полученные из адипиновая кислота Эфиры)
ТПУ на основе полиэфира (в основном на основе тетрагидрофуран (THF) Эфиры).

Различия между этими двумя группами описаны в таблице ниже.

Таблица свойств[редактировать]

Таблица 1: Основные различия между ТПУ на основе полиэстера и полиэфира.^[6]

(А = отлично; B = хороший; C = приемлемый; D = бедный; F = очень плохо)

Свойство	ТПУ на основе полиэстера	ТПУ на основе полиэфира
Стойкость к истиранию	A	A
Механические свойства	A	B
Гибкость при низких температурах	B	A
Тепловое старение	B	D
Устойчивость к гидролизу	D	A
Химическая стойкость	A	C
Устойчивость к микробам	D	A
Прочность сцепления	B	D
Инъекционная способность	B	B

ТПУ является правильным выбором, когда гибкий при низких температурах и/или стойкость к истиранию ТПЭ is requested. Polyether-based TPU in cases where additional excellent гидролиз and microbial resistance is required, as well as in cases where extreme low-temperature flexibility is important. Ester-based TPU in cases the oil and greases resistance is more relevant.

Когда требуется стабильный цвет света и устойчивость к пожелтению, Алифатические TPU based on aliphatic изоцианаты is used.

Концерн BASF стал пионером в области сшивания во время трансформации ТПУ, что стало возможным благодаря добавлению жидких сшивающих агентов или использованию твердой гранулированной добавки Маточная смесь. Plant-based bio TPU has been developed for green термопластичный эластомер applications by BASF, Merquinsa-Lubrizol and GRECO, marketed as Elastollan N, Pearlthane ECO and Isothane respectively.