Ano ang Thermoplastic polyurethane elastomer?

Ano ang Thermoplastic polyurethane elastomer?

Ang polyurethane elastomer ay isang uri ng polyurethane synthetic materials (ang iba pang mga uri 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 dalawa pang pangunahing uri ng polyurethane elastomer ay cast polyurethane elastomer, na pinaikli bilang CPU, at mixed polyurethane elastomer, na pinaikli bilang MPU).

Ang TPU ay isang uri ng polyurethane elastomer na maaaring gawing plastik sa pamamagitan ng pag-init at tunawin ng solvent. Kung ikukumpara sa CPU at MPU, ang TPU ay may kaunti o walang kemikal na cross-linking sa istrukturang kemikal nito. Ang molekular na kadena nito ay karaniwang linear, ngunit mayroong isang tiyak na dami ng pisikal na cross-linking. Ito ang Thermoplastic polyurethane elastomer na lubhang kakaiba sa istraktura.

Istruktura at klasipikasyon ng TPU

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

Sa istruktura ng Thermoplastic polyurethane elastomer, ang segment A ay tinatawag na soft segment, na may mga katangian ng flexibility at softness, na ginagawang extensibility ang TPU; ang urethane chain na nabuo sa pamamagitan ng reaksyon sa pagitan ng B segment at isocyanate ay tinatawag na hard segment, na may parehong matibay at matigas na katangian. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng ratio ng A at B segment, nagagawa ang mga produktong TPU na may iba't ibang pisikal at mekanikal na katangian.

Ayon sa istruktura ng malambot na segment, maaari itong hatiin sa uri ng polyester, uri ng polyether, at uri ng butadiene, na naglalaman ng ester group, ether group, o butene group. Ayon sa istruktura ng matigas na segment, maaari itong hatiin sa uri ng urethane at uri ng urethane urea, na nakuha mula sa mga ethylene glycol chain extender o diamine chain extender. Ang karaniwang klasipikasyon ay nahahati sa uri ng polyester at uri ng polyether.

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

(1) Polimer Diol

Ang macromolecular diol na may molekular na bigat mula 500 hanggang 4000 at mga bifunctional na grupo, na may nilalamang 50% hanggang 80% sa TPU elastomer, ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa mga pisikal at kemikal na katangian ng TPU.

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

(2) Diisocyanate

Maliit ang bigat ng molekula ngunit namumukod-tangi ang tungkulin nito, na hindi lamang gumaganap ng papel sa pagdurugtong ng malambot at matigas na bahagi, kundi 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) Panghaba ng kadena

Ang chain extender na may molecular weight na 100~350, na kabilang sa maliit na molecular Diol, maliit na molecular weight, bukas na istruktura ng chain at walang substituent group ay nakakatulong sa pagkuha ng mataas na katigasan 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.

Pagbabago ng Aplikasyon ng TPU bilang Isang Ahente ng Pagpapatibay

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

Dahil sa mataas na polarity nito, ang polyurethane ay maaaring maging tugma sa mga polar resin o goma, tulad ng chlorinated polyethylene (CPE), na maaaring gamitin sa paggawa ng mga produktong medikal; Ang paghahalo sa ABS ay maaaring pumalit sa mga engineering thermoplastics para sa paggamit; Kapag ginamit kasama ng polycarbonate (PC), mayroon itong mga katangian tulad ng resistensya sa langis, resistensya sa gasolina, at resistensya sa impact, at maaaring gamitin sa paggawa ng mga katawan ng kotse; Kapag pinagsama sa polyester, ang tibay nito ay maaaring mapabuti; Bilang karagdagan, maaari itong maging mahusay na tugma sa PVC, Polyoxymethylene o PVDC; Ang polyester polyurethane ay maaaring maging mahusay na tugma sa 15% Nitrile rubber o 40% nitrile rubber/PVC blend; Ang polyether polyurethane ay maaari ding maging mahusay na tugma sa 40% nitrile rubber/polyvinyl chloride blend adhesive; Maaari rin itong maging co-compatible sa acrylonitrile styrene (SAN) copolymers; Maaari itong bumuo ng mga interpenetrating network (IPN) na istruktura na may reactive polysiloxanes. Ang karamihan sa mga nabanggit na blended adhesive ay opisyal nang nagawa.

Sa mga nakaraang taon, dumarami ang pananaliksik tungkol sa pagpapatigas ng POM gamit ang TPU sa Tsina. Ang paghahalo ng TPU at POM ay hindi lamang nagpapabuti sa resistensya sa mataas na temperatura at mga mekanikal na katangian ng TPU, kundi lubos din nitong pinapatibay ang POM. Ipinakita ng ilang mananaliksik na sa mga pagsubok sa tensile fracture, kumpara sa POM matrix, ang POM alloy na may TPU ay lumipat mula sa brittle fracture patungo sa ductile fracture. Ang pagdaragdag ng TPU ay nagbibigay din sa POM ng shape memory performance. Ang crystalline region ng POM ay nagsisilbing fixed phase ng shape memory alloy, habang ang amorphous region ng amorphous TPU at POM ay nagsisilbing reversible phase. Kapag ang recovery response temperature ay 165 ℃ at ang recovery time ay 120 segundo, ang recovery rate ng alloy ay umaabot sa mahigit 95%, at ang recovery effect ang pinakamahusay.

Mahirap maging tugma ang TPU sa mga non-polar polymer materials tulad 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 paraan ng surface treatment tulad ng plasma, corona, wet chemistry, primer, flame o reactive 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 molecular weight 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 directionally elongated short fibers na may haba na 6-35mm, na maaaring mapabuti ang stiffness at tear toughness ng composite material.

Ano ang mga saklaw ng aplikasyon ng TPU?

Noong 1958, unang inirehistro ng Goodrich Chemical Company (ngayon ay pinalitan na ng pangalang Lubrizol) ang tatak na TPU na Estane. Sa nakalipas na 40 taon, mayroong mahigit 20 pangalan ng tatak sa buong mundo, at ang bawat tatak ay may ilang serye ng mga produkto. Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing 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 produktong pang-ibabaw, na malawakang ginagamit sa mga pang-araw-araw na pangangailangan, mga gamit pang-isports, mga laruan, mga materyales na pandekorasyon, at iba pang larangan. Nasa ibaba ang ilang halimbawa.

① Mga materyales ng sapatos

Ang TPU ay pangunahing ginagamit para sa mga materyales ng sapatos dahil sa mahusay nitong elastisidad at resistensya sa pagkasira. Ang mga produktong pang-paa na naglalaman ng TPU ay mas komportableng isuot kaysa sa mga regular na produktong pang-paa, kaya mas malawak ang paggamit ng mga ito sa mga high-end na produktong pang-paa, lalo na sa ilang sapatos na pang-isports at pang-kaswal na sapatos.

② Mga Hose

Dahil sa lambot, mahusay na lakas ng tensile, lakas ng impact, at resistensya sa mataas at mababang temperatura, ang mga TPU hose ay malawakang ginagamit sa Tsina bilang mga hose ng gas at langis para sa mga mekanikal na kagamitan tulad ng sasakyang panghimpapawid, tangke, sasakyan, motorsiklo, at mga makinarya.

③ Kable

Ang TPU ay nagbibigay ng mga katangiang panlaban sa pagkapunit, pagkasira, at pagbaluktot, kung saan ang resistensya sa mataas at mababang temperatura ang susi sa pagganap ng kable. Kaya sa merkado ng Tsina, ang mga advanced na kable tulad ng mga control cable at power cable ay gumagamit ng mga TPU upang protektahan ang mga materyales sa patong ng mga kumplikadong disenyo ng kable, at ang kanilang mga aplikasyon ay lalong nagiging laganap.

④ Mga kagamitang medikal

Ang TPU ay isang ligtas, matatag, at de-kalidad na pamalit na materyal na PVC, na hindi maglalaman ng Phthalate at iba pang kemikal na mapaminsalang sangkap, at lilipat sa dugo o iba pang likido sa medical catheter o medical bag na magdudulot ng mga side effect. Bukod dito, ang espesyal na binuong extrusion grade at injection grade na TPU ay madaling magamit sa pamamagitan ng kaunting pag-debug sa mga kasalukuyang kagamitan ng PVC.

⑤ Mga sasakyan at iba pang paraan ng transportasyon

Sa pamamagitan ng pag-extrude at pagpapahid ng polyurethane thermoplastic elastomer sa magkabilang gilid ng telang nylon, makakagawa ng mga inflatable combat attack raft at reconnaissance raft na may sakay na 3-15 katao, na may mas mahusay na performance kaysa sa mga vulcanized rubber inflatable raft; Ang polyurethane thermoplastic elastomer na pinatibay ng glass fiber ay maaaring gamitin upang gumawa ng mga bahagi ng katawan tulad ng mga hinulmang bahagi sa magkabilang gilid ng kotse mismo, mga door skin, bumper, anti friction strips, at grilles.