Hvad er termoplastisk polyurethanelastomer?

Hvad er termoplastisk polyurethanelastomer?

Polyurethanelastomer er en række forskellige syntetiske polyurethanmaterialer (andre varianter refererer til polyurethanskum, polyurethanklæbemiddel, polyurethanbelægning og polyurethanfiber), og termoplastisk polyurethanelastomer er en af ​​de tre typer polyurethanelastomerer. Folk refererer almindeligvis til den som TPU (de to andre hovedtyper af polyurethanelastomerer er støbte polyurethanelastomerer, forkortet CPU, og blandede polyurethanelastomerer, forkortet MPU).

TPU er en type polyurethanelastomer, der kan blødgøres ved opvarmning og opløses med opløsningsmiddel. Sammenlignet med CPU og MPU har TPU ringe eller ingen kemisk tværbinding i sin kemiske struktur. Dens molekylkæde er grundlæggende lineær, men der er en vis grad af fysisk tværbinding. Dette er den termoplastiske polyurethanelastomer, der har en meget karakteristisk struktur.

Struktur og klassificering af TPU

Termoplastisk polyurethanelastomer er en (AB) blok lineær polymer. A repræsenterer en polymerpolyol (ester eller polyether, molekylvægt på 1000~6000) med høj molekylvægt, kaldet langkædet; B repræsenterer en diol indeholdende 2-12 ligekædede kulstofatomer, kaldet en kortkædet.

I strukturen af ​​termoplastisk polyurethanelastomer kaldes segment A for et blødt segment, som har egenskaber som fleksibilitet og blødhed, hvilket gør TPU strækbar. Urethankæden, der genereres ved reaktionen mellem B-segmentet og isocyanat, kaldes et hårdt segment, som har både stive og hårde egenskaber. Ved at justere forholdet mellem A- og B-segmenter fremstilles TPU-produkter med forskellige fysiske og mekaniske egenskaber.

Ifølge den bløde segmentstruktur kan den opdeles i polyestertype, polyethertype og butadientype, som henholdsvis indeholder en estergruppe, ethergruppe eller butengruppe. Ifølge den hårde segmentstruktur kan den opdeles i urethantype og urethanureatype, som henholdsvis udvindes fra ethylenglycolkædeforlængere eller diaminkædeforlængere. Den almindelige klassificering er opdelt i polyestertype og polyethertype.

Hvad er råmaterialerne til TPU-syntese?

(1) Polymerdiol

Makromolekylær diol med en molekylvægt fra 500 til 4000 og bifunktionelle grupper, med et indhold på 50% til 80% i TPU-elastomer, spiller en afgørende rolle i TPU's fysiske og kemiske egenskaber.

Polymerdiolen, der er egnet til TPU-elastomerer, kan opdeles i polyester og polyether: polyester omfatter polytetramethylenadipinsyreglycol (PBA) ε PCL, PHC; polyethere omfatter polyoxypropylenetherglycol (PPG), tetrahydrofuranpolyetherglycol (PTMG) osv.

(2) Diisocyanat

Molekylvægten er lille, men funktionen er enestående, da den ikke kun forbinder det bløde og det hårde segment, men også giver TPU forskellige gode fysiske og mekaniske egenskaber. De diisocyanater, der kan anvendes til TPU, er: methylendiphenyldiisocyanat (MDI), methylenbis(-4-cyclohexylisocyanat) (HMDI), p-phenyldiisocyanat (PPDI), 1,5-naphthalendiisocyanat (NDI), p-phenyldimethyldiisocyanat (PXDI) osv.

(3) Kædeforlænger

Kædeforlængere med en molekylvægt på 100~350, der tilhører en lillemolekylær diol, har en lille molekylvægt, åben kædestruktur og ingen substituentgruppe, hvilket bidrager til at opnå høj hårdhed og høj skalarvægt af TPU. Kædeforlængere, der er egnede til TPU, omfatter 1,4-butandiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroxyethoxy)benzen (HQEE), 1,4-cyclohexandimethanol (CHDM), p-phenyldimethylglycol (PXG) osv.

Modifikationsanvendelse af TPU som hærdningsmiddel

For at reducere produktomkostningerne og opnå yderligere ydeevne kan polyurethan-termoplastiske elastomerer anvendes som almindeligt anvendte hærdningsmidler til at hærde forskellige termoplastiske og modificerede gummimaterialer.

På grund af sin høje polaritet kan polyurethan være kompatibel med polære harpikser eller gummier, såsom kloreret polyethylen (CPE), som kan bruges til at fremstille medicinske produkter; Blanding med ABS kan erstatte tekniske termoplaster; Når det bruges i kombination med polycarbonat (PC), har det egenskaber som olieresistens, brændstofresistens og slagfasthed og kan bruges til at fremstille bilkarosserier; Når det kombineres med polyester, kan dets sejhed forbedres; Derudover kan det være godt kompatibelt med PVC, polyoxymethylen eller PVDC; Polyesterpolyurethan kan være godt kompatibelt med 15% nitrilgummi eller 40% nitrilgummi/PVC-blanding; Polyetherpolyurethan kan også være godt kompatibelt med 40% nitrilgummi/polyvinylchlorid-blandingsklæbemiddel; Det kan også være ko-kompatibelt med acrylonitrilstyren (SAN)-copolymerer; Det kan danne interpenetrerende netværksstrukturer (IPN) med reaktive polysiloxaner. Langt de fleste af de ovennævnte blandede klæbemidler er allerede officielt produceret.

I de senere år har der i Kina været stigende forskning i hærdning af POM med TPU. Blandingen af ​​TPU og POM forbedrer ikke kun TPU's højtemperaturresistens og mekaniske egenskaber, men hærder også POM betydeligt. Nogle forskere har vist, at POM-legeringen med TPU i trækbrudtests sammenlignet med POM-matrixen har overgået fra sprødbrud til duktilt brud. Tilsætningen af ​​TPU giver også POM formhukommelsesegenskaber. Den krystallinske region af POM fungerer som den faste fase af formhukommelseslegeringen, mens den amorfe region af amorf TPU og POM fungerer som den reversible fase. Når gendannelsesresponstemperaturen er 165 ℃, og gendannelsestiden er 120 sekunder, når legeringens gendannelseshastighed over 95%, og gendannelseseffekten er den bedste.

TPU er vanskeligt kompatibel med ikke-polære polymermaterialer såsom polyethylen, polypropylen, ethylenpropylengummi, butadiengummi, isoprengummi eller gummiaffaldspulver og kan ikke bruges til at producere kompositter med god ydeevne. Derfor anvendes overfladebehandlingsmetoder som plasma, corona, vådkemi, primer, flamme eller reaktiv gas ofte til sidstnævnte. For eksempel har American Air Products and Chemicals Company udført F2/O2 aktiv gasoverfladebehandling på ultrahøjmolekylært polyethylenpulver med en molekylvægt på 3-5 millioner og tilsat det til polyurethanelastomer i et forhold på 10%, hvilket kan forbedre dets bøjningsmodul, trækstyrke og slidstyrke betydeligt. Og F2/O2 aktiv gasoverfladebehandling kan også anvendes på de retningsbestemt forlængede korte fibre med en længde på 6-35 mm, hvilket kan forbedre stivheden og rivestyrken af ​​kompositmaterialet.

Hvad er anvendelsesområderne for TPU?

I 1958 registrerede Goodrich Chemical Company (nu omdøbt til Lubrizol) TPU-mærket Estane for første gang. I løbet af de sidste 40 år har der været mere end 20 mærkenavne verden over, og hvert mærke har flere produktserier. I øjeblikket er de vigtigste producenter af TPU-råmaterialer i verden: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding osv.

Som en fremragende elastomer findes der et bredt udvalg af downstream-produkter fra TPU, som er meget udbredt inden for dagligvarer, sportsartikler, legetøj, dekorative materialer og andre områder. Nedenfor er et par eksempler.

① Skomaterialer

TPU bruges primært til skomaterialer på grund af dets fremragende elasticitet og slidstyrke. Fodtøjsprodukter, der indeholder TPU, er meget mere behagelige at have på end almindeligt fodtøj, så de bruges mere udbredt i eksklusive fodtøjsprodukter, især nogle sportssko og fritidssko.

② Slanger

På grund af sin blødhed, gode trækstyrke, slagstyrke og modstandsdygtighed over for høje og lave temperaturer, er TPU-slanger meget udbredt i Kina som gas- og olieslanger til mekanisk udstyr såsom fly, tanke, biler, motorcykler og værktøjsmaskiner.

③ Kabel

TPU giver rivestyrke, slidstyrke og bøjningsegenskaber, hvor høj- og lavtemperaturresistens er nøglen til kabelydelse. Så på det kinesiske marked bruger avancerede kabler såsom styrekabler og strømkabler TPU til at beskytte belægningsmaterialerne i komplekse kabeldesign, og deres anvendelser bliver stadig mere udbredte.

④ Medicinsk udstyr

TPU er et sikkert, stabilt og PVC-erstatningsmateriale af høj kvalitet, som ikke indeholder ftalater og andre kemisk skadelige stoffer, og som vil migrere til blodet eller andre væsker i det medicinske kateter eller den medicinske pose og forårsage bivirkninger. Desuden kan den specialudviklede ekstruderings- og injektionskvalitet af TPU nemt bruges med lidt fejlfinding i eksisterende PVC-udstyr.

⑤ Køretøjer og andre transportmidler

Ved at ekstrudere og belægge begge sider af nylonstof med polyurethan termoplastisk elastomer kan man fremstille oppustelige kampangrebsflåder og rekognosceringsflåder med plads til 3-15 personer, med langt bedre ydeevne end oppustelige flåder af vulkaniseret gummi. Polyurethan termoplastisk elastomer forstærket med glasfiber kan bruges til at fremstille karrosserikomponenter såsom støbte dele på begge sider af selve bilen, dørbeklædning, kofangere, antifriktionsstrimler og gitre.