Mikä on polyuretaani?
Ns. polyuretaani on lyhenne polyuretaanista, joka muodostuu polyisosyanaatin ja polyolin reaktiosta ja sisältää monia toistuvia uretaaniryhmiä (-NH-CO-O-) molekyyliketjussa. Varsinaisessa synteettisessä polyuretaanihartsissa on uretaaniryhmän lisäksi myös ryhmiä, kuten urea ja biureetti. Polyolit ovat pitkäketjuisia molekyylejä, joiden päässä on hydroksyyliryhmät, joita kutsutaan "pehmeiksi segmenteiksi", ja polyisosyanaatteja kutsutaan "koviksi segmenteiksi".
Pehmeiden ja kovien segmenttien muodostamassa polyuretaanihartsissa uretaania on vain pieni osa, joten sitä ei välttämättä kannata kutsua polyuretaaniksi. Laajassa merkityksessä polyuretaani on isosyanaatin additiopolymeeri.
Erityyppiset isosyanaatit reagoivat polyhydroksiyhdisteiden kanssa muodostaen erilaisia rakenteellisia polyuretaaneja, jolloin saadaan polymeerimateriaaleja, joilla on erilaiset ominaisuudet, kuten muoveja, kumia, pinnoitteita, kuituja, liimoja jne. Polyuretaanikumi
Polyuretaanikumia kehitettiin ensimmäisen kerran menestyksekkäästi Saksassa vuonna 1940, ja se otettiin teolliseen tuotantoon vuoden 1952 jälkeen, kun taas kotimaassani kehitettiin ja otettiin tuotanto käyttöön luvun puolivälissä. Polyuretaanikumi kuuluu eräänlaiseen erikoiskumiin, joka valmistetaan polyeetterin tai polyesterin reaktiolla isosyanaatin kanssa. Lajikkeita on monia erityyppisten raaka-aineiden, reaktio-olosuhteiden ja silloitusmenetelmien vuoksi. Kemiallisen rakenteen suhteen on polyesterityyppiä ja polyeetterityyppiä, ja prosessointimenetelmän osalta kolme tyyppiä: sekoitustyyppi, valutyyppi ja termoplastinen tyyppi.
Synteettinen polyuretaanikumi valmistetaan yleensä saattamalla lineaarinen polyesteri tai polyeetteri reagoimaan di-isosyanaatin kanssa pienen molekyylipainon esipolymeerin valmistamiseksi. Ketjunpidennysreaktion jälkeen muodostuu suurimolekyylinen polymeeri, jonka jälkeen lisätään sopiva silloitusaine sen lämmittämiseksi. Kovettunut vulkanoiduksi kumiksi, tätä menetelmää kutsutaan esipolymeroinniksi tai kaksivaiheiseksi menetelmäksi.
On myös mahdollista käyttää yksivaiheista menetelmää – lineaarinen polyesteri tai polyeetteri sekoitetaan suoraan di-isosyanaatin, ketjunjatkajan ja silloitusaineen kanssa, jolloin reaktio tapahtuu polyuretaanikumin muodostamiseksi.
Termoplastinen polyuretaanikumi (TPU)
Termoplastinen polyuretaanikumi on (AB) n-tyypin lohkolineaarinen polymeeri, A edustaa korkean molekyylipainon omaavaa polyesteriä tai polyeetteriä (molekyylipaino 1000-6000), jota kutsutaan pitkäketjuiseksi, B edustaa 2-12 lineaarista hiiltä Atomidioli on lyhyt ketju, ja kemiallinen sidos AB-segmenttien välillä on di-isosyanaatti.
TPU:n rakenteen ja fysikaalisten ominaisuuksien välinen suhde
1. Segmenttirakenne
TPU-molekyylin A-segmentti tekee makromolekyyliketjusta helposti pyöritettävän, mikä antaa polyuretaanikumille hyvän elastisuuden, alentaa polymeerin pehmenemispistettä ja toissijaista siirtymäpistettä sekä vähentää kovuutta ja mekaanista lujuutta. B-segmentti sitoo makromolekyyliketjun pyörimisen siten, että polymeerin pehmenemispiste ja toissijainen siirtymäpiste lisääntyvät, kovuus ja mekaaninen lujuus lisääntyvät ja elastisuus vähenee. Säätämällä moolisuhdetta A:n ja B:n välillä voidaan valmistaa TPU:ita, joilla on erilaiset mekaaniset ominaisuudet.
2. Ristisidottu rakenne
TPU:n silloitusrakenteessa tulee primaarisen silloittumisen lisäksi ottaa huomioon myös molekyylien välisten vetysidosten muodostama sekundaarinen silloitus. Polyuretaanin ensisijainen silloitussidos eroaa hydroksikumin vulkanointirakenteesta, ja sen uretaaniryhmä, biureetti, allofanaattiryhmä ja muut ryhmät ovat säännöllisin väliajoin jaettu jäykiksi segmenteiksi, joten saadulla kumilla on säännöllinen verkkorakenne, joten sillä on erinomainen kulutuskestävyys ja muita erinomaisia ominaisuuksia.
Toiseksi, koska polyuretaanikumi sisältää monia ryhmiä, kuten urearyhmiä tai suuren koheesioenergian omaavia uretaaniryhmiä, molekyyliketjujen välille muodostuvat vetysidokset ovat lujia ja vetysidosten muodostamalla sekundaarisilla silloituksilla on myös tärkeä vaikutus ominaisuuksiin. polyuretaanikumista. Toissijainen ristisilloitus tekee polyuretaanikumista toisaalta lämpökovettuvan elastomeerin ominaisuudet, ja toisaalta silloitus ei todellakaan ole silloitus, se on virtuaalinen silloitus ja silloitus tila riippuu lämpötilasta.
Lämpötilan noustessa tämä silloitus vähitellen heikkenee ja katoaa, ja polymeerillä on tietty juoksevuus ja se voidaan käsitellä termoplastisesti. Kun lämpötilaa lasketaan, tämä silloitus palautuu vähitellen ja muodostuu uudelleen. Pienen täyteaineen lisäys lisää molekyylien välistä etäisyyttä, kyky muodostaa vetysidoksia molekyylien välillä heikkenee ja lujuus laskee jyrkästi.
3. Ryhmän vakaus
Tutkimus osoittaa, että polyuretaanikumissa kunkin ryhmän stabiilisuusjärjestys korkeasta matalaan on: esteri, eetteri, urea, uretaani, biureetti. Polyuretaanikumin ikääntymisprosessissa ensimmäinen on biureetti- ja urearyhmä. Formaattisilloitteet katkeavat, jonka jälkeen tulevat uretaani- ja ureasidokset, eli pääketju katkeaa.
Polyuretaanikumin ominaisuudet
TPU:n kimmomoduuli on kumin ja muovin välissä. Sen suurin ominaisuus on, että siinä on sekä kovuutta että elastisuutta, mitä ei ole muissa kumeissa ja muoveissa.
TPU on jaettu kahteen tyyppiin: polyesterityyppi ja polyeetterityyppi. Fysikaalisiin ominaisuuksiin verrattuna polyesterityyppi on parempi suorituskyky matalan kovuuden kumille, kun taas polyeetterityyppi on parempi korkeakoville kumille. Polyesterikumilla on parempi öljynkesto, lämmönkestävyys ja tarttuvuus metalliin, kun taas polyeetterityyppi on parempi hydrolyysin kestävyydelle, kylmänkestävyydelle ja antibakteerisille ominaisuuksille.
1. Ympäristöominaisuudet
TPU:lla on yleensä hyvä lämmönkestävyys, jatkuvan pitkäaikaisen käytön lämpötila on 80-90 astetta ja se voi saavuttaa noin 120 astetta lyhyessä ajassa. Polyuretaanin alhaisen lämpötilan kesto on myös hyvä. Polyesteripolyuretaanin haurauslämpötila on -40 astetta C, kun taas polyeetteripolyuretaanin haurauslämpötila on -70 ~ -80 astetta C, mutta se kovettuu alhaisessa lämpötilassa.
TPU:n öljynkestävyys on suhteellisen hyvä, mutta vedenkestävyys vaihtelee rakenteesta riippuen. Vakavin TPU:n hajoaminen johtuu esterin muodostumisreaktion palautuvuudesta. Kun esteri saatetaan kosketukseen veden kanssa, hapon uudistuminen on vastuussa autokatalyyttisestä reaktiosta, joka johtaa molekyylin hajoamiseen. Polyesteriuretaanit hajoavat enemmän joutuessaan alttiiksi kosteudelle ilmassa kuin täysin veteen upotettuina. Tämä johtuu siitä, että veteen upotettuna muodostunut happo huuhtoutuu jatkuvasti pois.
Polyeetteripolyuretaanin hydrolyysin vastustuskyky on 3-5 kertaa polyesteripolyuretaanin vastustuskyky, koska eetteriryhmä ei reagoi veden kanssa.
On kaksi syytä, miksi veden tunkeutuminen johtaa polyuretaanin suorituskyvyn heikkenemiseen: yksi on se, että sisään tunkeutunut vesi muodostaa polyuretaanin polaaristen ryhmien kanssa vetysidoksia, mikä heikentää polymeerimolekyylien välisiä vetysidoksia. Tämä prosessi on palautuva. Kun fyysiset ominaisuudet on palautettu.
Toinen on se, että tunkeutuva vesi hydrolysoi polyuretaania, mikä on peruuttamatonta.
Polyuretaani värjäytyy ja tummuu pitkäaikaisessa auringonvalossa, ja sen fysikaaliset ominaisuudet heikkenevät vähitellen. Entsyymibakteerit voivat myös johtaa polyuretaanin hajoamiseen, joten teollisuustuotannossa käytettävään polyuretaanikumiin lisätään antioksidantteja, ultraviolettisäteilyä absorboivia aineita, entsyymien vastaisia aineita jne.
2. Mekaaniset ominaisuudet
Vetolujuus: Polyuretaanikumin vetolujuus on suhteellisen korkea, yleensä 28-42 MPa, ja TPU on keskellä, noin 35 MPa.
Venymä: yleensä jopa 400-600, maksimi on 1000 prosenttia.
Elastisuus: Polyuretaanin elastisuus on suhteellisen korkea, mutta sen hystereesihäviö on myös suhteellisen suuri, joten lämmöntuotto on korkea. Se vaurioituu helposti usean taivutuksen ja nopean rullauksen kuormitusolosuhteissa.
Kovuus: Polyuretaanin kovuusalue on laajempi kuin muiden kumien, alin on Shore-kovuus 10 ja useimpien tuotteiden kovuus on 45-95. Kun kovuus on yli 70 astetta, vetolujuus ja kiinteä venymälujuus ovat korkeampi kuin luonnonkumin. Kun kovuus on 80-90 astetta, vetolujuus, kiinteä venymälujuus ja repäisylujuus ovat melko korkeat.
Repäisylujuus: Polyuretaanin repäisylujuus on suhteellisen korkea. Kun testilämpötila nousee 100-110 asteeseen, repäisylujuus vastaa styreenibutadieenikumin repäisylujuutta.
Kulutuskestävyys: Polyuretaanin kulutuskestävyys on erittäin hyvä, 9 kertaa korkeampi kuin luonnonkumin ja 1-3 kertaa korkeampi kuin styreeni-butadieenikumin
Käsittelyvaatimukset
TPU:lla on kaksi ominaisuutta, muovia ja kumia. Juuri nämä ainutlaatuiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet vaativat meitä erityisesti muottien suunnittelussa ja ruiskupuristuksessa.
Muotin suunnittelu:
1. Juoksun suunnittelu:
Koska suutin on paikka, jossa paine on korkein, ruiskutuspaine vapautetaan, jolloin kanavassa oleva kondenssivesi lisää vastusta elastisen laajenemisen vuoksi, jolloin suutin tarttuu etumuottiin. Siksi kanavan irrotuskaltevuutta tulisi lisätä mahdollisimman paljon muottia suunniteltaessa. . Suulan pienen pään koko ei voi olla pienempi kuin ruiskuvalukoneen suuttimen halkaisija. Suuren pään koon kasvattaminen vaatii lisäjäähdytysaikaa ja pidentää ruiskutusjaksoa. Siksi purkukaltevuuden kasvu toteutetaan pääasiassa lyhentämällä kanavan pituutta.
Normaalioloissa pääkanavan pienen pään halkaisija on noin 2,5-30 mm, suuren pään halkaisija on alle 60 mm, eikä pituuden tulisi olla yli 40 mm. Pääkanavan päähän tulee asentaa kylmäkaivo, jonka halkaisija on sama tai hieman suurempi kuin isopää, keräämään kylmää liimaa ja lukitsemaan veden poistoaukon.
Juoksun halkaisijan tulisi riippua tuotteen rakenteesta ja jalan pituudesta. Yleisesti ottaen sen ei tulisi olla pienempi kuin 4.{1}}mm. Shunttikanava ottaa pyöreän muodon paremman jäähdytysvaikutuksen saavuttamiseksi.
2. Portin suunnittelu:
TPU:n huonosta juoksevuudesta johtuen portin syvyyden ja leveyden tulee olla suurempia kuin muiden kestomuovimateriaalien, jotta vältettäisiin portin läpi kulkevan kolloidin suihkuttamisesta ja molekyylisuuntauksesta johtuva sivuttaisen ja pitkittäisen kutistumisen välinen epäjohdonmukaisuus. , kun taas pituusmitta Se on pienempi kuin tavalliset kolloidien kulkua helpottamaan. Liian pitkä portti aiheuttaa kolloidin irtoamisen täytön aikana, mikä vaikuttaa tuotteen ulkonäköön. Tappiportteja, jotka voivat aiheuttaa liiallista leikkausta ja materiaalin lämmön muodostumista, tulee välttää mahdollisimman paljon.
3. Pakoputken uran suunnittelu:
Muotin poistoilman tulee olla riittävä estämään tuotteen palaminen, varsinkin kun kumimateriaalin täyttösuunta muuttuu jyrkästi ja siihen kohtaan, jossa tuote lopulta täytetään, kiinnitä pakoputken säätöön erityistä huomiota. Poistouran syvyys tulee erottaa TPU-tyypin mukaan. Joskus pakouran syvyys on vain 0,01 mm, ja pakouraan muodostuu peitto, jolla on tärkeä yhteys TPU:n erityisiin materiaaliominaisuuksiin.
4. Jäähdytysjärjestelmän suunnittelu:
Muotin jäähdytysvaikutus on parempi. Muiden kestomuovimateriaalien kohdalla, niin kauan kuin tuotteen pinnalla oleva pakkaskerros on riittävän luja ruiskupuristuksen aikana, tuote voidaan irrottaa ja purkaa korkeammassa lämpötilassa. TPU:lle, kun lämpötila on korkea, molekyylien väliset vetysidokset eivät palaudu ja tuotteen vetolujuus on alhainen. Pakollinen irrotus ja muotista purkaminen johtavat vain tuotteen muodonmuutokseen. Avain on täysin palautettu, ja TPU voidaan purkaa vain, kun TPU:lla on riittävä lujuus, mikä edellyttää muotin jäähdytysvaikutuksen parantamista.
5. Kutistumisnopeuden määrittäminen:
TPU:n kutistumisnopeus vaihtelee suuresti käytetyn TPU-merkin, tuotteen paksuuden ja rakenteen sekä ruiskupuristuksen aikana vallitsevan lämpötilan ja paineen mukaan, ja sen vaihteluväli on {{0}},1–2,0 prosenttia. . Muotia suunniteltaessa ei tule pelkästään viitata raaka-aineen kutistumisnopeuden tietoihin, vaan myös tuotteen rakenteen ja paksuuden mukaan arvioida ruiskuvalussa käytettävä ruiskutuslämpötila ja -paine sekä tehdä tarvittavat korjaukset. Tuotteissa, joissa on paksummat paikalliset liimakohdat, ruiskupuristukseen vaadittava paine on suurempi ja muovatun tuotteen kutistumisnopeus on pienempi, joten TPU:n kutistumisnopeutta on vähennettävä. Tuotteilla, joilla on suhteellisen tasainen liima-asento ja paksu tuote, tulee kutistumisnopeuden arvoa nostaa sopivasti.
Injektiokäsittely
1. Raaka-aineiden kuivaus Koska kosteuden tunkeutuminen voi heikentää TPU:ta
Kun TPU:n kosteuspitoisuus ylittää 0,2 prosenttia, ei vain tuotteen ulkonäkö heikkene, vaan myös mekaaniset ominaisuudet ovat selvästi huonontuneet, ja ruiskupuristetun tuotteen elastisuus ja lujuus ovat heikkoja. Siksi sitä tulee kuivata 80 - 110 asteen lämpötilassa 2 - 3 tuntia ennen ruiskuvalua.
2. Piipun puhdistus
Ruiskuvalukoneen piippu tulee puhdistaa, ja hyvin harvojen muiden raaka-aineiden sekoittaminen heikentää tuotteen mekaanista lujuutta. ABS:llä, PMMA:lla ja PE:llä puhdistetut tynnyrit tulee puhdistaa uudelleen TPU-suutinmateriaalilla ennen ruiskuvalua ja tynnyrissä oleva jäännösmateriaali poistetaan TPU-suutinmateriaalilla.
3. Prosessointilämpötilan valvonta
TPU:n käsittelylämpötilalla on ratkaiseva vaikutus tuotteen lopulliseen kokoon, ulkonäköön ja muodonmuutokseen. Lämpötila riippuu käytetyn TPU:n laadusta ja muotin suunnittelun erityisolosuhteista. Yleinen suuntaus on, että pienen kutistumisnopeuden saavuttamiseksi käsittelylämpötilaa on nostettava; suuren kutistumisnopeuden saamiseksi käsittelylämpötilaa on alennettava. Jopa TPU:n normaalilla käsittelylämpötila-alueella, jos raaka-aine pysyy tynnyrissä liian kauan, se johtaa TPU:n lämpöhajoamiseen, ja tynnyrissä oleva jäännösmateriaali tulee tyhjentää ennen ruiskuvalua. Myös suuttimen lämpötilan säätö on erittäin tärkeää. Normaaleissa olosuhteissa sen tulisi olla noin 5 astetta korkeampi kuin piipun etuosan lämpötila.
4. Ruiskutusnopeuden ja paineen ohjaus
Pienempi ruiskutusnopeus ja pidempi viipymäaika parantavat molekyylien orientaatiota, ja vaikka voidaan saada pienempi tuotekoko, tuotteen muodonmuutos on suurempi ja ero poikittaisen ja pitkittäisen kutistumisen välillä on suuri. Suuri pitopaine saa myös kolloidin ylipuristumaan muotissa, ja tuotteen koko purkauksen jälkeen on suurempi kuin muotin ontelon koko.
5. Sulamisnopeuden ja vastapaineen hallinta
TPU-materiaali on herkempi leikkaukselle. Kun suuren sulamisnopeuden ja vastapaineen tuottama leikkauslämpö on liian korkea, se johtaa TPU:n termiseen hajoamiseen. Siksi TPU:n sulattamiseen käytetään yleensä pientä tai keskinopeutta. Jos ruiskupuristussykli on pitkä, tulee käyttää viivästettyä sulatustoimintoa ja muotin avaaminen alkaa sulatuksen päätyttyä, jotta raaka-aineet eivät pysy tynnyrissä liian kauan ja hajoavat.
