Ano ang Thermoplastic polyurethane elastomer?

Ano ang Thermoplastic polyurethane elastomer?

Ang polyurethane elastomer ay isang iba't ibang mga polyurethane synthetic na materyales (ang iba pang mga varieties ay tumutukoy sa polyurethane foam, polyurethane adhesive, polyurethane coating at polyurethane fiber), at ang Thermoplastic polyurethane elastomer ay isa sa tatlong uri ng polyurethane elastomer, Karaniwang tinutukoy ito ng mga tao bilang TPU (ang iba pang dalawang pangunahing uri ng polyurethane elastomer ay cast polyurethane elastomer, dinaglat bilang CPU, at mixed polyurethane elastomer, dinaglat bilang MPU).

Ang TPU ay isang uri ng polyurethane elastomer na maaaring i-plastic sa pamamagitan ng pag-init at dissolved ng solvent. Kung ikukumpara sa CPU at MPU, ang TPU ay may kaunti o walang kemikal na cross-linking sa istrukturang kemikal nito. Ang molecular chain nito ay karaniwang linear, ngunit mayroong isang tiyak na halaga ng pisikal na cross-linking. Ito ang Thermoplastic polyurethane elastomer na napaka katangian sa istraktura.

Istraktura at pag-uuri ng TPU

Ang Thermoplastic polyurethane elastomer ay isang (AB) block linear polymer. Ang A ay kumakatawan sa isang polymer polyol (ester o polyether, molekular na timbang na 1000~6000) na may mataas na molekular na timbang, na tinatawag na mahabang kadena; Ang B ay kumakatawan sa isang diol na naglalaman ng 2-12 straight chain na carbon atoms, na tinatawag na short chain.

Sa istraktura ng Thermoplastic polyurethane elastomer, ang segment A ay tinatawag na malambot na segment, na may mga katangian ng flexibility at lambot, na ginagawang ang TPU ay may extensibility; Ang urethane chain na nabuo ng reaksyon sa pagitan ng B segment at isocyanate ay tinatawag na hard segment, na may parehong matibay at matitigas na katangian. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng ratio ng A at B na mga segment, ang mga produktong TPU na may iba't ibang pisikal at mekanikal na katangian ay ginawa.

Ayon sa malambot na istraktura ng segment, maaari itong nahahati sa uri ng polyester, uri ng polyether, at uri ng butadiene, na ayon sa pagkakabanggit ay naglalaman ng pangkat ng ester, pangkat ng eter, o pangkat ng butene. Ayon sa istraktura ng hard segment, maaari itong nahahati sa uri ng urethane at uri ng urethane urea, na ayon sa pagkakabanggit ay nakuha mula sa mga extender ng chain ng ethylene glycol o mga extender ng diamine chain. Ang karaniwang pag-uuri ay nahahati sa uri ng polyester at uri ng polyether.

Ano ang mga hilaw na materyales para sa synthesis ng TPU?

(1) Polimer Diol

Ang Macromolecular diol na may molecular weight mula 500 hanggang 4000 at mga bifunctional na grupo, na may nilalaman na 50% hanggang 80% sa TPU elastomer, ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pisikal at kemikal na mga katangian ng TPU.

Ang polymer Diol na angkop para sa TPU elastomer ay maaaring nahahati sa polyester at polyether: polyester ay kinabibilangan ng polytetramethylene Adipic acid glycol (PBA) ε PCL, PHC; Kabilang sa mga polyether ang polyoxypropylene ether glycol (PPG), tetrahydrofuran polyether glycol (PTMG), atbp.

(2) Diisocyanate

Ang molekular na timbang ay maliit ngunit ang pag-andar ay namumukod-tangi, na hindi lamang gumaganap ng papel na ginagampanan ng pagkonekta sa malambot na bahagi at sa matigas na bahagi, ngunit nagbibigay din sa TPU ng iba't ibang magagandang pisikal at mekanikal na katangian. Ang mga diisocyanate na naaangkop sa TPU ay: Methylene diphenyl diisocyanate (MDI), methylene bis (-4-cyclohexyl isocyanate) (HMDI), p-phenyldiisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), p-phenyldimethyl diisocyanate ( PXDI), atbp.

(3) Tagapagpahaba ng kadena

Ang chain extender na may molecular weight na 100~350, na kabilang sa maliit na molekular na Diol, maliit na molekular na timbang, bukas na istraktura ng chain at walang substituent na grupo ay nakakatulong sa pagkuha ng mataas na tigas at mataas na scalar weight ng TPU. Ang mga chain extender na angkop para sa TPU ay kinabibilangan ng 1,4-butanediol (BDO), 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) benzene (HQEE), 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), p-phenyldimethylglycol (PXG), atbp.

Modification Application ng TPU bilang Toughening Agent

Upang mabawasan ang mga gastos sa produkto at makakuha ng karagdagang pagganap, ang polyurethane thermoplastic elastomer ay maaaring gamitin bilang mga karaniwang ginagamit na toughening agent upang patigasin ang iba't ibang thermoplastic at binagong materyales ng goma.

Dahil sa mataas na polarity nito, ang polyurethane ay maaaring tugma sa mga polar resin o rubber, tulad ng chlorinated polyethylene (CPE), na maaaring magamit upang gumawa ng mga produktong medikal; Ang paghahalo sa ABS ay maaaring palitan ang engineering thermoplastics para magamit; Kapag ginamit kasabay ng polycarbonate (PC), mayroon itong mga katangian tulad ng oil resistance, fuel resistance, at impact resistance, at maaaring gamitin upang gumawa ng mga katawan ng kotse; Kapag pinagsama sa polyester, maaaring mapabuti ang katigasan nito; Bilang karagdagan, maaari itong maging mahusay na katugma sa PVC, Polyoxymethylene o PVDC; Ang polyester polyurethane ay maaaring maging mahusay na katugma sa 15% Nitrile rubber o 40% nitrile rubber/PVC timpla; Ang polyether polyurethane ay maaari ding maging mahusay na katugma sa 40% nitrile rubber/polyvinyl chloride blend adhesive; Maaari rin itong magkatugma sa mga acrylonitrile styrene (SAN) copolymer; Maaari itong bumuo ng mga istruktura ng interpenetrating network (IPN) na may mga reaktibong polysiloxane. Ang karamihan sa mga nabanggit na pinaghalo na pandikit ay opisyal nang ginawa.

Sa mga nakalipas na taon, dumarami ang pananaliksik sa pagpapatigas ng POM ng TPU sa China. Ang pagsasama-sama ng TPU at POM ay hindi lamang nagpapabuti sa mataas na temperatura na paglaban at mekanikal na mga katangian ng TPU, kundi pati na rin ang makabuluhang nagpapatibay sa POM. Ang ilang mga mananaliksik ay nagpakita na sa tensile fracture tests, kumpara sa POM matrix, ang POM alloy na may TPU ay lumipat mula sa brittle fracture tungo sa ductile fracture. Ang pagdaragdag ng TPU ay nagbibigay din sa POM ng pagganap ng memorya ng hugis. Ang mala-kristal na rehiyon ng POM ay nagsisilbing nakapirming bahagi ng hugis memory alloy, habang ang amorphous na rehiyon ng amorphous TPU at POM ay nagsisilbing reversible phase. Kapag ang temperatura ng tugon sa pagbawi ay 165 ℃ at ang oras ng pagbawi ay 120 segundo, ang rate ng pagbawi ng haluang metal ay umabot sa higit sa 95%, at ang epekto ng pagbawi ay ang pinakamahusay.

Ang TPU ay mahirap maging tugma sa mga non-polar polymer na materyales gaya ng polyethylene, polypropylene, Ethylene propylene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber o waste rubber powder, at hindi maaaring gamitin upang makagawa ng mga composite na may mahusay na performance. Samakatuwid, ang mga pamamaraan ng paggamot sa ibabaw tulad ng plasma, corona, Wet chemistry, primer, apoy o reaktibong gas ay kadalasang ginagamit para sa huli. Halimbawa, ang American Air Products and Chemicals Company ay nagsagawa ng F2/O2 active gas surface treatment sa ultra-high molecular weight polyethylene fine powder na may molekular na timbang na 3-5 milyon, at idinagdag ito sa polyurethane elastomer sa ratio na 10 %, na maaaring makabuluhang mapabuti ang Flexural modulus, tensile strength at wear resistance nito. At ang F2/O2 active gas surface treatment ay maaari ding ilapat sa direksiyon na pinahabang maiikling mga hibla na may haba na 6-35mm, na maaaring mapabuti ang higpit at mapunit na tigas ng pinagsama-samang materyal.

Ano ang mga lugar ng aplikasyon ng TPU?

Noong 1958, inirehistro ng Goodrich Chemical Company (na ngayon ay pinalitan ng pangalan na Lubrizol) ang TPU brand na Estane sa unang pagkakataon. Sa nakalipas na 40 taon, mayroong higit sa 20 mga pangalan ng tatak sa buong mundo, at ang bawat tatak ay may ilang serye ng mga produkto. Sa kasalukuyan, ang pangunahing mga tagagawa ng hilaw na materyales ng TPU sa mundo ay: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, atbp.

Bilang isang mahusay na elastomer, ang TPU ay may malawak na hanay ng mga produkto sa ibaba ng agos, na malawakang ginagamit sa pang-araw-araw na pangangailangan, mga gamit sa palakasan, mga laruan, mga materyales sa dekorasyon, at iba pang larangan. Nasa ibaba ang ilang halimbawa.

① Mga materyales sa sapatos

Pangunahing ginagamit ang TPU para sa mga materyales ng sapatos dahil sa mahusay nitong pagkalastiko at paglaban sa pagsusuot. Ang mga produktong footwear na naglalaman ng TPU ay mas komportableng isuot kaysa sa mga regular na produkto ng tsinelas, kaya mas malawak na ginagamit ang mga ito sa mga high-end na produkto ng tsinelas, lalo na sa ilang sapatos na pang-sports at kaswal na sapatos.

② Mga hose

Dahil sa lambot nito, magandang tensile strength, impact strength, at paglaban sa mataas at mababang temperatura, ang mga TPU hose ay malawakang ginagamit sa China bilang mga hose ng gas at langis para sa mga mekanikal na kagamitan tulad ng sasakyang panghimpapawid, tangke, sasakyan, motorsiklo, at mga kagamitan sa makina.

③ Cable

Nagbibigay ang TPU ng paglaban sa luha, resistensya ng pagsusuot, at mga katangian ng baluktot, na may mataas at mababang temperatura na resistensya ang susi sa pagganap ng cable. Kaya sa merkado ng China, ang mga advanced na cable tulad ng mga control cable at power cable ay gumagamit ng mga TPU upang protektahan ang mga coating na materyales ng mga kumplikadong disenyo ng cable, at ang kanilang mga aplikasyon ay nagiging laganap.

④ Mga kagamitang medikal

Ang TPU ay isang ligtas, matatag at mataas na kalidad na materyal na kapalit ng PVC, na hindi maglalaman ng Phthalate at iba pang kemikal na mapaminsalang substance, at lilipat sa dugo o iba pang likido sa medical catheter o medical bag upang magdulot ng mga side effect. Bukod dito, ang espesyal na binuo na extrusion grade at injection grade TPU ay madaling magamit sa isang maliit na pag-debug sa umiiral na PVC equipment.

⑤ Mga sasakyan at iba pang paraan ng transportasyon

Sa pamamagitan ng extruding at coating sa magkabilang panig ng nylon fabric na may polyurethane thermoplastic elastomer, ang mga inflatable combat attack raft at reconnaissance raft na may dalang 3-15 tao ay maaaring gawin, na may mas mahusay na pagganap kaysa sa vulcanized rubber inflatable rafts; Ang polyurethane thermoplastic elastomer na pinalakas ng glass fiber ay maaaring gamitin upang gumawa ng mga bahagi ng katawan tulad ng mga molded na bahagi sa magkabilang gilid ng kotse mismo, mga balat ng pinto, bumper, anti friction strips, at grilles.