Hva er termoplastisk polyuretanelastomer?

Hva er termoplastisk polyuretanelastomer?

Polyuretanelastomer er en rekke syntetiske polyuretanmaterialer (andre varianter refererer til polyuretanskum, polyuretanlim, polyuretanbelegg og polyuretanfiber), og termoplastisk polyuretanelastomer er en av de tre typene polyuretanelastomerer. Folk refererer ofte til den som TPU (de to andre hovedtypene polyuretanelastomerer er støpte polyuretanelastomerer, forkortet CPU, og blandede polyuretanelastomerer, forkortet MPU).

TPU er en type polyuretan-elastomer som kan mykgjøres ved oppvarming og oppløses med løsemiddel. Sammenlignet med CPU og MPU har TPU liten eller ingen kjemisk tverrbinding i sin kjemiske struktur. Molekylkjeden er i utgangspunktet lineær, men det er en viss grad av fysisk tverrbinding. Dette er den termoplastiske polyuretan-elastomeren som har en svært karakteristisk struktur.

Struktur og klassifisering av TPU

Termoplastisk polyuretanelastomer er en (AB) blokk lineær polymer. A representerer en polymerpolyol (ester eller polyeter, molekylvekt 1000~6000) med høy molekylvekt, kalt langkjedet; B representerer en diol som inneholder 2–12 rettkjedede karbonatomer, kalt en kortkjedet.

I strukturen til termoplastisk polyuretanelastomer kalles segment A et mykt segment, som har egenskapene fleksibilitet og mykhet, noe som gjør TPU strekkbar. Uretankjeden som genereres av reaksjonen mellom B-segmentet og isocyanat kalles et hardt segment, som har både stive og harde egenskaper. Ved å justere forholdet mellom A- og B-segmentene, lages TPU-produkter med forskjellige fysiske og mekaniske egenskaper.

I henhold til den myke segmentstrukturen kan den deles inn i polyestertype, polyetertype og butadientype, som henholdsvis inneholder estergrupper, etergrupper eller butengrupper. I henhold til den harde segmentstrukturen kan den deles inn i uretantype og uretanureatype, som henholdsvis oppnås fra etylenglykolkjedeforlengere eller diaminkjedeforlengere. Den vanlige klassifiseringen er delt inn i polyestertype og polyetertype.

Hva er råmaterialene for TPU-syntese?

(1) Polymerdiol

Makromolekylær diol med en molekylvekt fra 500 til 4000 og bifunksjonelle grupper, med et innhold på 50 % til 80 % i TPU-elastomer, spiller en avgjørende rolle i de fysiske og kjemiske egenskapene til TPU.

Polymerdiolen som er egnet for TPU-elastomerer kan deles inn i polyester og polyeter: polyester inkluderer polytetrametylenadipinsyreglykol (PBA) ε PCL, PHC; polyetere inkluderer polyoksypropyleneterglykol (PPG), tetrahydrofuranpolyeterglykol (PTMG), etc.

(2) Diisocyanat

Molekylvekten er liten, men funksjonen er enestående, som ikke bare spiller en rolle i å forbinde det myke segmentet og det harde segmentet, men også gir TPU en rekke gode fysiske og mekaniske egenskaper. Diisocyanatene som kan brukes til TPU er: metylendifenyldiisocyanat (MDI), metylenbis(-4-cykloheksylisocyanat) (HMDI), p-fenyldiisocyanat (PPDI), 1,5-naftalendiisocyanat (NDI), p-fenyldimetyldiisocyanat (PXDI), etc.

(3) Kjedeforlenger

Kjedeforlengere med en molekylvekt på 100~350, som tilhører en liten molekylær diol, liten molekylvekt, åpen kjedestruktur og ingen substituentgruppe, bidrar til å oppnå høy hardhet og høy skalarvekt av TPU. Kjedeforlengere som er egnet for TPU inkluderer 1,4-butandiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroksyetoksy)benzen (HQEE), 1,4-cykloheksandimetanol (CHDM), p-fenyldimetylglykol (PXG), etc.

Modifikasjonsapplikasjon av TPU som herdemiddel

For å redusere produktkostnadene og oppnå ytterligere ytelse, kan polyuretan-termoplastiske elastomerer brukes som vanlige herdemidler for å herde ulike termoplastiske og modifiserte gummimaterialer.

På grunn av sin høye polaritet kan polyuretan være kompatibel med polare harpikser eller gummier, som klorert polyetylen (CPE), som kan brukes til å lage medisinske produkter; Blanding med ABS kan erstatte teknisk termoplast; Når det brukes i kombinasjon med polykarbonat (PC), har det egenskaper som oljebestandighet, drivstoffbestandighet og slagfasthet, og kan brukes til å lage bilkarosserier; Når det kombineres med polyester, kan seigheten forbedres; I tillegg kan det være godt kompatibelt med PVC, polyoksymetylen eller PVDC; Polyesterpolyuretan kan være godt kompatibelt med 15 % nitrilgummi eller 40 % nitrilgummi/PVC-blanding; Polyeterpolyuretan kan også være godt kompatibelt med 40 % nitrilgummi/polyvinylklorid-blandingslim; Det kan også være ko-kompatibelt med akrylnitrilstyren (SAN)-kopolymerer; Det kan danne interpenetrerende nettverksstrukturer (IPN) med reaktive polysiloksaner. De aller fleste av de ovennevnte blandede limene er allerede offisielt produsert.

I de senere årene har det vært økende forskning på herding av POM med TPU i Kina. Blandingen av TPU og POM forbedrer ikke bare høytemperaturmotstanden og de mekaniske egenskapene til TPU, men herder også POM betydelig. Noen forskere har vist at i strekkbruddtester, sammenlignet med POM-matrisen, har POM-legeringen med TPU gått over fra sprøbrudd til duktilt brudd. Tilsetningen av TPU gir også POM formminneytelse. Den krystallinske regionen av POM fungerer som den faste fasen av formminnelegeringen, mens den amorfe regionen av amorf TPU og POM fungerer som den reversible fasen. Når gjenopprettingsresponstemperaturen er 165 ℃ og gjenopprettingstiden er 120 sekunder, når legeringens gjenopprettingsrate over 95 %, og gjenopprettingseffekten er best.

TPU er vanskelig å være kompatibel med ikke-polare polymermaterialer som polyetylen, polypropylen, etylenpropylengummi, butadiengummi, isoprengummi eller avfallsgummipulver, og kan ikke brukes til å produsere kompositter med god ytelse. Derfor brukes ofte overflatebehandlingsmetoder som plasma, korona, våtkjemi, primer, flamme eller reaktiv gass til sistnevnte. For eksempel har American Air Products and Chemicals Company utført F2/O2 aktiv gassoverflatebehandling på ultrahøymolekylært polyetylenpulver med en molekylvekt på 3-5 millioner, og tilsatt det til polyuretanelastomer i et forhold på 10 %, noe som kan forbedre bøyemodulen, strekkfastheten og slitestyrken betydelig. Og F2/O2 aktiv gassoverflatebehandling kan også brukes på de retningsbestemte forlengede korte fibrene med en lengde på 6-35 mm, noe som kan forbedre stivheten og riveseigheten til komposittmaterialet.

Hva er bruksområdene til TPU?

I 1958 registrerte Goodrich Chemical Company (nå omdøpt til Lubrizol) TPU-merket Estane for første gang. I løpet av de siste 40 årene har det vært mer enn 20 merkenavn rundt om i verden, og hvert merke har flere produktserier. For tiden er de viktigste produsentene av TPU-råvarer i verden: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

Som en utmerket elastomer har TPU et bredt spekter av nedstrømsprodukter, som er mye brukt i daglige nødvendigheter, sportsartikler, leker, dekorative materialer og andre felt. Nedenfor er noen eksempler.

① Skomaterialer

TPU brukes hovedsakelig til skomaterialer på grunn av sin utmerkede elastisitet og slitestyrke. Fottøyprodukter som inneholder TPU er mye mer komfortable å bruke enn vanlige fottøyprodukter, så de er mer utbredt i eksklusive fottøyprodukter, spesielt noen sportssko og fritidssko.

② Slanger

På grunn av mykheten, den gode strekkfastheten, slagfastheten og motstanden mot høye og lave temperaturer, er TPU-slanger mye brukt i Kina som gass- og oljeslanger for mekanisk utstyr som fly, stridsvogner, biler, motorsykler og maskinverktøy.

③ Kabel

TPU gir rivemotstand, slitestyrke og bøyningsegenskaper, med høy og lav temperaturmotstand som nøkkelen til kabelens ytelse. Så i det kinesiske markedet bruker avanserte kabler som kontrollkabler og strømkabler TPU for å beskytte beleggmaterialene i komplekse kabeldesign, og bruksområdene deres blir stadig mer utbredt.

④ Medisinsk utstyr

TPU er et trygt, stabilt og høykvalitets PVC-erstatningsmateriale som ikke inneholder ftalater og andre kjemisk skadelige stoffer, og som vil migrere til blodet eller andre væsker i medisinske katetre eller medisinske poser og forårsake bivirkninger. Dessuten kan den spesialutviklede ekstruderings- og injeksjonskvaliteten av TPU enkelt brukes med litt feilsøking i eksisterende PVC-utstyr.

⑤ Kjøretøy og andre transportmidler

Ved å ekstrudere og belegge begge sider av nylonstoff med polyuretan termoplastisk elastomer, kan man lage oppblåsbare kampangrepsflåter og rekognoseringsflåter med plass til 3–15 personer, med mye bedre ytelse enn oppblåsbare flåter av vulkanisert gummi. Polyuretan termoplastisk elastomer forsterket med glassfiber kan brukes til å lage karosserikomponenter som støpte deler på begge sider av selve bilen, dørbekledning, støtfangere, antifriksjonslister og griller.