Sintesis, pagproseso, pagganap at aplikasyon ng mga materyales na TPU

TPU (thermoplastic polyurethane)ay isang uri ng polyurethane na maaaring gawing plastik sa pamamagitan ng pag-init at maaaring matunaw sa pamamagitan ng mga solvent. Kung ikukumpara sa polyurethane na uri ng paghahalo at uri ng paghahagis, ang thermoplastic polyurethane ay walang o kakaunti ang kemikal na crosslinking sa istrukturang kemikal, at ang mga molekula nito ay karaniwang linear, ngunit mayroong isang tiyak na dami ng pisikal na pagpapalitan.
Ang konsepto ng tinatawag na pisikal na palitan, na unang iminungkahi ni Schollenberger CS noong 1958, ay tumutukoy sa pagkakaroon ng mga nababaligtad na "mga punto ng koneksyon" sa pagitan ng mga linear na molekular na kadena ng polyurethane kapag nalantad sa init o mga solvent. Hindi talaga ito isang kemikal na crosslink. Ngunit ito ay gumaganap bilang isang kemikal na crosslink. Bilang resulta ng pisikal na cross-linking na ito, ang polyurethane ay bumubuo ng isang heterogeneous na teorya ng istrukturang morpolohikal, at ang hydrogen bonding ng polyurethane ay nagpapalakas sa morpolohiya nito at ginagawa itong lumalaban sa mas mataas na kahalumigmigan.

Ano ang klasipikasyon ng TPU

Ngayong alam na natin kung ano ang isang TPU, ano ang mga klasipikasyon nito? Ayon sa iba't ibang pamantayan ng klasipikasyon, ang TPU ay maaaring magkaroon ng maraming iba't ibang klasipikasyon.

Halimbawa, 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 pagkakabanggit. Ayon sa istruktura ng matigas na segment, maaari itong hatiin sa uri ng urethane at uri ng urethane urea, na nakuha mula sa mga diol chain extender o diamine chain extender ayon sa pagkakabanggit. Ang karaniwang dibisyon ay nahahati sa uri ng polyester at uri ng polyether.
Ayon sa pagkakaroon o kawalan ng crosslinking, maaari itong hatiin sa purong thermoplastic at semi-thermoplastic. Ang una ay isang purong linear na istraktura na walang cross-linking bond; ang huli ay naglalaman ng kaunting allophanate at iba pang cross-linking bond. Ayon sa paggamit ng mga natapos na produkto, maaari itong hatiin sa mga bahagi na may espesyal na hugis (iba't ibang mekanikal na bahagi), mga tubo (mga kaluban, mga profile ng baras), mga pelikula (mga sheet, mga sheet), mga pandikit, mga patong, at mga hibla.

Paano ginagawa ang TPU

Bagama't maraming klasipikasyon ang TPU, lahat sila ay kabilang sa polyurethane sa mga tuntunin ng istrukturang molekular. Kaya paano ito nabuo? Ayon sa iba't ibang proseso ng sintesis, ito ay pangunahing nahahati sa bulk polymerization at solution polymerization.

Sa bulk polymerization, maaari itong hatiin sa pre-polymerization method at one-step method ayon sa kung mayroong pre-reaction: ang pre-polymerization method ay ang pag-react ng diisocyanate sa macromolecular diol sa loob ng isang tiyak na tagal ng panahon, at pagkatapos ay idagdag ang chain extension upang makagawa ng TPU; ang mga molecular diol, diisoester, at chain extender ay sabay-sabay na hinahalo at nag-react upang makabuo ng TPU.
Ang polimerisasyon ng solusyon ay ang pagtunaw muna ng diisocyanate sa solvent, pagkatapos ay idagdag ang macromolecular diol upang mag-react ito sa loob ng isang tiyak na tagal ng panahon, at sa huli ay idagdag ang chain extender upang makabuo ng TPU.
Ang uri ng malambot na segment, bigat ng molekula, nilalaman ng matigas na segment o malambot na segment at estado ng pagsasama-sama ng TPU ng TPU ay makakaapekto sa densidad ng TPU. Ang densidad ay nasa pagitan ng 1.10 at 1.25, na hindi gaanong naiiba sa iba pang mga goma at plastik. Sa parehong katigasan, ang densidad ng polyether TPU ay mas mababa kaysa sa polyester TPU.

Paano pinoproseso ang TPU

Ang TPU resin ay kailangang iproseso upang makagawa ng mga natapos na produkto, at ang TPU ay pangunahing pinoproseso sa pamamagitan ng paraan ng pagtunaw at paraan ng solusyon. Ang istrukturang molekular nito ay isang matibay na bloke na nakukuha sa pamamagitan ng pag-react ng diphenylmethane diisocyanate (MDI) o toluene diisocyanate (TDI) gamit ang isang chain extender at diisocyanate tulad ng diphenylmethane diisocyanate (MDI) o toluene diisocyanate (TDI). Ang mga molekula at macromolecular polyol ay salitan na tumutugon upang bumuo ng mga flexible na segment.

Ang melt processing ay isang prosesong karaniwang ginagamit sa industriya ng plastik: tulad ng paghahalo, calendering, extrusion, blow molding at molding (kabilang ang injection, compression, transfer at centrifugation atbp.) Ang solution processing ay ang paglusaw ng mga pellet sa mga solvent o direktang polimerisasyon sa mga solvent. Pagkatapos gumawa ng solusyon, isinasagawa ang coating, spinning, atbp.
Ang TPU ay ginagawang pangwakas na produkto, na sa pangkalahatan ay hindi nangangailangan ng bulkanisasyon at cross-linking reaction, na maaaring paikliin ang cycle ng produksyon, at ang mga basurang materyales ay maaaring i-recycle at gamitin muli.

Pagganap ng TPU

Tulad ng cast polyurethane (likido) at paghahalo ng polyurethane (solid), ang TPU ay may mataas na modulus, mataas na lakas, mataas na pagpahaba at mataas na elasticity, mahusay na resistensya sa pagkasira, resistensya sa langis, resistensya sa mababang temperatura at resistensya sa pagtanda. Kabilang sa mga ito, ang mataas na tensile strength, mataas na pagpahaba, at mababang pangmatagalang compression set ay pawang mga mahahalagang bentahe ng TPU.

1. Mataas na lakas ng tensile at mataas na pagpahaba
Ang TPU ay may mahusay na lakas ng tensile at pagpahaba. Mula sa datos sa larawan sa ibaba, makikita natin na ang lakas ng tensile at pagpahaba ng polyether TPU ay mas mahusay kaysa sa polyvinyl chloride na plastik at goma.

Bilang karagdagan, maaaring matugunan ng TPU ang mga kinakailangan ng industriya ng pagkain nang hindi nagdaragdag o nagdaragdag ng kaunting mga additives sa proseso ng pagproseso, na mahirap para sa iba pang mga materyales tulad ng PVC at goma.

2. Ang katatagan ay lubhang sensitibo sa temperatura
Ang katatagan ng TPU ay tumutukoy sa antas ng mabilis na paggaling sa orihinal nitong hugis pagkatapos mailabas ang stress sa deformation, na ipinapahayag ng enerhiya ng pagbawi, ibig sabihin, ang ratio ng gawaing pagbawi ng deformation sa gawaing kinakailangan para sa deformation. Ito ay isang function ng dynamic modulus at internal friction ng elastomer at napakasensitibo sa temperatura.

Bumababa ang springback kasabay ng pagbaba ng temperatura, hanggang sa umabot sa isang tiyak na temperatura, mabilis na tataas muli ang elasticity. Ang temperaturang ito ay ang crystallization temperature ng malambot na segment, na nakadepende sa istruktura ng macromolecular diol, at ang polyether TPU ay mas mababa kaysa sa polyester TPU. Sa mga temperaturang mas mababa sa crystallization temperature, ang elastomer ay nagiging napakatigas at nawawala ang elasticity nito, samakatuwid, ang rebound ay katulad ng rebounding mula sa isang matigas na metal surface.

3. Ang saklaw ng katigasan ay Shore A60~D80
Ang katigasan ay isang tagapagpahiwatig ng kakayahan ng isang materyal na labanan ang deformasyon, mga gasgas, at mga gasgas.
Maaaring isaayos ang katigasan ng TPU sa pamamagitan ng pagsasaayos ng ratio ng malambot at matigas na mga segment ng kadena. Samakatuwid, ang TPU ay may medyo malawak na saklaw ng katigasan. Ang katigasan nito ay mula Shore A60 hanggang D80, na sumasaklaw sa katigasan ng goma at plastik, at may malawak na saklaw ng katigasan sa buong saklaw ng katigasan. Mataas na elastisidad.
Sa pagbabago ng katigasan, magbabago ang ilang katangian ng TPU. Halimbawa, kung tataas ang katigasan ng TPU, magkakaroon ng mga pagbabago sa pagganap tulad ng pagtaas ng tensile modulus at lakas ng pagkapunit, pagtaas ng rigidity at compressive stress (load capacity), pagbaba ng elongation, pagtaas ng density at dynamic heat generation, at pagtaas ng environmental resistance.

Larangan ng aplikasyon ng TPU

Ang TPU ay unang matagumpay na naipagbili ng American Goodrich Chemical Company (ngayon ay Lubrizol) noong 1958, at mula noon ay sinaliksik at pinalawak na sa buong mundo. Sa kasalukuyan, ang mga tagagawa ng mga hilaw na materyales ng TPU ay pangunahing kinabibilangan ng BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical at iba pa.
Bilang isang elastomer na may mahusay na pagganap, ang TPU ay may malawak na hanay ng mga produktong pang-ibabaw at malawakang ginagamit sa mga pang-araw-araw na pangangailangan, mga gamit pang-isports, mga laruan, mga materyales na pandekorasyon at iba pang larangan. Narito ang ilang halimbawa.
1. Materyal ng sapatos
Ang TPU ay ginagamit sa mga materyales ng sapatos pangunahin dahil sa mahusay nitong elastisidad at resistensya sa pagkasira. Ang mga produktong sapatos na naglalaman ng TPU ay higit na nakahihigit sa ginhawa sa pagsusuot kaysa sa mga ordinaryong produkto ng sapatos, kaya malawakang ginagamit ang mga ito sa mga high-end na produktong sapatos, lalo na sa ilang sapatos na pang-isports at kaswal na sapatos.


2. Pag-hos
Dahil ang TPU hose ay may lambot, mahusay na lakas ng tensile, lakas ng impact, at resistensya sa mataas at mababang temperatura, ang TPU hose ay malawakang ginagamit sa Tsina para sa transportasyon ng gas at langis ng mga sasakyang panghimpapawid, tangke, sasakyan, motorsiklo, machine tool at iba pang mekanikal na kagamitan.



3. Kable
Ang TPU ay nagbibigay ng mga katangiang panlaban sa pagkapunit, pagkasira, at pagbaluktot, at ang resistensya sa mataas at mababang temperatura ang susi sa pagganap ng kable. Samakatuwid, sa merkado ng Tsina, ang TPU para sa mga high-end na kable, tulad ng mga control cable at power cable, ay ginagamit upang protektahan ang mga materyales sa patong ng mga kable na may kumplikadong disenyo, at ang mga gamit nito ay nagiging mas malawak.



4. Mga kagamitan sa medisina
Ang TPU ay isang ligtas, matatag, at mataas na kalidad na alternatibo sa PVC. Hindi ito maglalaman ng mga mapaminsalang kemikal tulad ng phthalate, at lilipat sa dugo o iba pang likido sa mga medical catheter o medical bag na magdudulot ng mga side effect. Ang extrusion grade at injection grade na TPU ay madaling gamitin sa pamamagitan ng kaunting pagsasaayos sa mga kasalukuyang kagamitan ng PVC.