Vad är termoplastisk polyuretanelastomer?

Vad är termoplastisk polyuretanelastomer?

Polyuretanelastomer är en mängd olika syntetiska polyuretanmaterial (andra varianter hänvisar till polyuretanskum, polyuretanlim, polyuretanbeläggning och polyuretanfiber), och termoplastisk polyuretanelastomer är en av de tre typerna av polyuretanelastomerer. Folk refererar vanligtvis till den som TPU (de andra två huvudtyperna av polyuretanelastomerer är gjutna polyuretanelastomerer, förkortade CPU, och blandade polyuretanelastomerer, förkortade MPU).

TPU är en typ av polyuretanelastomer som kan mjukgöras genom uppvärmning och lösas upp med lösningsmedel. Jämfört med CPU och MPU har TPU liten eller ingen kemisk tvärbindning i sin kemiska struktur. Dess molekylära kedja är i grunden linjär, men det finns en viss mängd fysisk tvärbindning. Detta är den termoplastiska polyuretanelastomeren som har en mycket karakteristisk struktur.

Struktur och klassificering av TPU

Termoplastisk polyuretanelastomer är en (AB) blocklinjär polymer. A representerar en polymerpolyol (ester eller polyeter, molekylvikt 1000~6000) med hög molekylvikt, kallad långkedjig; B representerar en diol innehållande 2-12 rakkedjiga kolatomer, kallad kortkedjig.

I strukturen hos termoplastiska polyuretanelastomerer kallas segment A för mjukt segment, vilket har egenskaper som flexibilitet och mjukhet, vilket gör att TPU är töjbart. Uretankedjan som genereras genom reaktionen mellan B-segmentet och isocyanat kallas för hårt segment, vilket har både styva och hårda egenskaper. Genom att justera förhållandet mellan A- och B-segmenten tillverkas TPU-produkter med olika fysikaliska och mekaniska egenskaper.

Enligt den mjuka segmentstrukturen kan den delas in i polyestertyp, polyetertyp och butadientyp, som innehåller en estergrupp, etergrupp eller butengrupp. Enligt den hårda segmentstrukturen kan den delas in i uretantyp och uretanureatyp, som erhålls från etylenglykolkedjeförlängare respektive diaminkedjeförlängare. Den vanliga klassificeringen är indelad i polyestertyp och polyetertyp.

Vilka är råmaterialen för TPU-syntes?

(1) Polymerdiol

Makromolekylär diol med en molekylvikt från 500 till 4000 och bifunktionella grupper, med ett innehåll av 50 % till 80 % i TPU-elastomer, spelar en avgörande roll i TPU:s fysikaliska och kemiska egenskaper.

Polymerdiolen som är lämplig för TPU-elastomerer kan delas in i polyester och polyeter: polyester inkluderar polytetrametylenadipinsyraglykol (PBA) ε PCL, PHC; polyetrar inkluderar polyoxipropyleneterglykol (PPG), tetrahydrofuranpolyeterglykol (PTMG), etc.

(2) Diisocyanat

Molekylvikten är liten men funktionen är enastående, vilket inte bara spelar en roll i att sammankoppla det mjuka segmentet och det hårda segmentet, utan också ger TPU olika goda fysikaliska och mekaniska egenskaper. De diisocyanater som kan användas för TPU är: metylendifenyldiisocyanat (MDI), metylenbis(-4-cyklohexylisocyanat) (HMDI), p-fenyldiisocyanat (PPDI), 1,5-naftalendiisocyanat (NDI), p-fenyldimetyldiisocyanat (PXDI), etc.

(3) Kedjeförlängare

Kedjeförlängare med en molekylvikt på 100~350, tillhörande småmolekylära dioler, liten molekylvikt, öppen kedjestruktur och ingen substituentgrupp, bidrar till att erhålla hög hårdhet och hög skalärvikt hos TPU. Kedjeförlängare som är lämpliga för TPU inkluderar 1,4-butandiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroxietoxi)bensen (HQEE), 1,4-cyklohexandimetanol (CHDM), p-fenyldimetylglykol (PXG), etc.

Modifieringsapplikation av TPU som härdningsmedel

För att minska produktkostnaderna och uppnå ytterligare prestanda kan polyuretan-termoplastiska elastomerer användas som vanligt förekommande härdningsmedel för att härda olika termoplastiska och modifierade gummimaterial.

På grund av sin höga polaritet kan polyuretan vara kompatibel med polära hartser eller gummin, såsom klorerad polyeten (CPE), som kan användas för att tillverka medicinska produkter; Blandning med ABS kan ersätta tekniska termoplaster; När det används i kombination med polykarbonat (PC) har det egenskaper som oljebeständighet, bränslebeständighet och slagtålighet, och kan användas för att tillverka bilkarosser; När det kombineras med polyester kan dess seghet förbättras; Dessutom kan det vara väl kompatibelt med PVC, polyoximetylen eller PVDC; Polyesterpolyuretan kan vara väl kompatibelt med en blandning av 15 % nitrilgummi eller 40 % nitrilgummi/PVC; Polyeterpolyuretan kan också vara väl kompatibelt med en blandning av 40 % nitrilgummi/polyvinylklorid; Det kan också vara kokompatibelt med akrylnitrilstyren (SAN)-sampolymerer; Det kan bilda interpenetrerande nätverksstrukturer (IPN) med reaktiva polysiloxaner. De allra flesta av de ovan nämnda blandade limmen har redan officiellt producerats.

Under senare år har forskningen om härdning av POM med TPU ökat i Kina. Blandningen av TPU och POM förbättrar inte bara högtemperaturbeständigheten och de mekaniska egenskaperna hos TPU, utan gör även POM avsevärt härdare. Vissa forskare har visat att i dragbrottprov, jämfört med POM-matrisen, har POM-legeringen med TPU övergått från sprött brott till duktilt brott. Tillsatsen av TPU ger också POM formminnesprestanda. Den kristallina regionen av POM fungerar som den fixerade fasen i formminneslegeringen, medan den amorfa regionen av amorf TPU och POM fungerar som den reversibla fasen. När återhämtningsresponstemperaturen är 165 ℃ och återhämtningstiden är 120 sekunder, når legeringens återhämtningshastighet över 95 %, och återhämtningseffekten är bäst.

TPU är svårt att bli kompatibelt med opolära polymermaterial som polyeten, polypropen, etylenpropylengummi, butadiengummi, isoprengummi eller gummiavfallspulver, och kan inte användas för att producera kompositer med god prestanda. Därför används ofta ytbehandlingsmetoder som plasma, corona, våtkemi, primer, flamma eller reaktiv gas för det senare. Till exempel har American Air Products and Chemicals Company utfört F2/O2 aktiv gasytbehandling på ultrahögmolekylärt polyetenpulver med en molekylvikt på 3-5 miljoner, och tillsatt det till polyuretanelastomer i ett förhållande på 10%, vilket avsevärt kan förbättra dess böjmodul, draghållfasthet och slitstyrka. Och F2/O2 aktiv gasytbehandling kan också appliceras på de riktningsförlängta korta fibrerna med en längd på 6-35 mm, vilket kan förbättra kompositmaterialets styvhet och rivstyrka.

Vilka är användningsområdena för TPU?

År 1958 registrerade Goodrich Chemical Company (numera omdöpt till Lubrizol) TPU-varumärket Estane för första gången. Under de senaste 40 åren har det funnits mer än 20 varumärken runt om i världen, och varje märke har flera produktserier. För närvarande är de viktigaste tillverkarna av TPU-råvaror i världen: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

Som en utmärkt elastomer har TPU ett brett utbud av nedströmsprodukter, som används flitigt inom dagligvaror, sportartiklar, leksaker, dekorativa material och andra områden. Nedan följer några exempel.

① Skomaterial

TPU används huvudsakligen till skomaterial på grund av dess utmärkta elasticitet och slitstyrka. Skor som innehåller TPU är mycket bekvämare att bära än vanliga skor, så de används oftare i exklusiva skor, särskilt vissa sportskor och fritidsskor.

② Slangar

På grund av sin mjukhet, goda draghållfasthet, slagtålighet och motståndskraft mot höga och låga temperaturer används TPU-slangar i stor utsträckning i Kina som gas- och oljeslangar för mekanisk utrustning som flygplan, stridsvagnar, bilar, motorcyklar och verktygsmaskiner.

③ Kabel

TPU ger rivmotstånd, slitstyrka och böjningsegenskaper, där hög- och lågtemperaturbeständighet är nyckeln till kabelns prestanda. Så på den kinesiska marknaden använder avancerade kablar som styrkablar och kraftkablar TPU för att skydda beläggningsmaterialen i komplexa kabelkonstruktioner, och deras tillämpningar blir alltmer utbredda.

④ Medicintekniska produkter

TPU är ett säkert, stabilt och högkvalitativt PVC-ersättningsmaterial som inte innehåller ftalater eller andra kemiskt skadliga ämnen, och som migrerar till blodet eller andra vätskor i den medicinska katetern eller medicinska påsen och orsakar biverkningar. Dessutom kan den specialutvecklade extruderings- och injektionskvaliteten av TPU enkelt användas med lite felsökning i befintlig PVC-utrustning.

⑤ Fordon och andra transportmedel

Genom att extrudera och belägga båda sidor av nylonväv med polyuretan termoplastisk elastomer kan uppblåsbara stridsflottar och spaningsflottar med kapacitet på 3–15 personer tillverkas, med mycket bättre prestanda än uppblåsbara flottar av vulkaniserat gummi. Polyuretan termoplastisk elastomer förstärkt med glasfiber kan användas för att tillverka karosskomponenter som gjutna delar på båda sidor av själva bilen, dörrbeklädnader, stötfångare, friktionsskydd och galler.