Što je poliuretan?
Takozvani poliuretan je skraćenica za poliuretan, koji nastaje reakcijom poliizocijanata i poliola, a sadrži mnogo ponovljenih uretanskih skupina (-NH-CO-O-) u molekulskom lancu. U stvarnoj sintetičkoj poliuretanskoj smoli, osim uretanske skupine, postoje i skupine kao što su urea i biuret. Polioli su dugolančane molekule s hidroksilnim skupinama na kraju koje se nazivaju "meki segmenti", a poliizocijanati se nazivaju "tvrdi segmenti".
U poliuretanskoj smoli koju stvaraju mekani i tvrdi segmenti, uretan je samo manjina, tako da nije nužno prikladno zvati ga poliuretan. U širem smislu, poliuretan je adicijski polimer izocijanata.
Različite vrste izocijanata reagiraju s polihidroksi spojevima u poliuretane različitih struktura, čime se dobivaju polimerni materijali s različitim svojstvima, kao što su plastika, gume, premazi, vlakna, ljepila itd. Poliuretanska guma
Poliuretanska guma je prvi put uspješno razvijena u Njemačkoj 1940., a puštena je u industrijsku proizvodnju nakon 1952., dok je moja zemlja razvijena i puštena u proizvodnju sredinom-1960. Poliuretanska guma pripada vrsti specijalne gume, koja se priprema reakcijom polietera ili poliestera s izocijanatom. Postoji mnogo varijanti zbog različitih vrsta sirovina, uvjeta reakcije i metoda unakrsnog povezivanja. Po kemijskoj strukturi razlikuju se tip poliestera i polietera, a po načinu prerade tri tipa: tip miješanja, tip lijevanja i tip termoplasta.
Sintetička poliuretanska guma općenito se proizvodi reakcijom linearnog poliestera ili polietera s diizocijanatom kako bi se dobio predpolimer niske molekularne težine. Nakon reakcije produženja lanca, formira se visokomolekularni polimer, a zatim se dodaje odgovarajući agens za umrežavanje da se zagrije. Stvrdnjavanje da postane vulkanizirana guma, ova metoda se naziva pretpolimerizacija ili metoda u dva koraka.
Također je moguće koristiti metodu u jednom koraku - linearni poliester ili polieter se izravno miješa s diizocijanatom, produživačem lanca i sredstvom za umrežavanje, tako da dolazi do reakcije za stvaranje poliuretanske gume.
Termoplastična poliuretanska guma (TPU)
Termoplastična poliuretanska guma je (AB) n-tip blok linearni polimer, A predstavlja poliester ili polieter visoke molekularne težine (molekulska težina 1000-6000), koji se naziva dugi lanac, B predstavlja 2-12 linearni ugljik Atomski diol je kratki lanac, a kemijska veza između AB segmenata je diizocijanatna.
Odnos između strukture i fizičkih svojstava TPU
1. Struktura segmenta
Segment A u molekuli TPU čini makromolekularni lanac lakim zakretanjem, dajući poliuretanskoj gumi dobru elastičnost, smanjujući točku omekšavanja i sekundarnu prijelaznu točku polimera, te smanjujući tvrdoću i mehaničku čvrstoću. B segment će vezati rotaciju makromolekulskog lanca, tako da se povećavaju točka omekšavanja i sekundarna prijelazna točka polimera, povećavaju se tvrdoća i mehanička čvrstoća, a smanjuje elastičnost. Podešavanjem molarnog omjera između A i B mogu se pripremiti TPU s različitim mehaničkim svojstvima.
2. Umrežena struktura
Osim primarnog poprečnog povezivanja, struktura poprečnog povezivanja TPU-a također mora uzeti u obzir sekundarno poprečno povezivanje formirano međumolekularnim vodikovim vezama. Primarna poprečna veza poliuretana razlikuje se od vulkanizacijske strukture hidroksi gume, a njegova uretanska skupina, biuret, alofanatna skupina i druge skupine pravilno su raspoređene u krute segmente, tako da dobivena guma ima pravilnu mrežnu strukturu, pa ima izvrsnu otpornost na trošenje i druga izvrsna svojstva.
Drugo, budući da poliuretanska guma sadrži mnoge skupine kao što su skupine uree ili uretanske skupine s velikom kohezivnom energijom, vodikove veze nastale između molekularnih lanaca imaju veliku čvrstoću, a sekundarno poprečno povezivanje formirano vodikovim vezama Zdravlje također ima važan utjecaj na svojstva od poliuretanske gume. Sekundarno poprečno povezivanje čini da poliuretanska guma ima karakteristike termoreaktivnog elastomera s jedne strane, a s druge strane, poprečno povezivanje nije zapravo poprečno povezivanje, to je virtualno poprečno povezivanje, a poprečno povezivanje stanje ovisi o temperaturi.
Kako temperatura raste, ovo umrežavanje postupno slabi i nestaje, a polimer ima određenu fluidnost i može se termoplastično obraditi. Kada se temperatura snizi, ta se poprečna veza postupno obnavlja i ponovno formira. Dodatak male količine punila povećava udaljenost između molekula, slabi sposobnost stvaranja vodikovih veza između molekula, a snaga će naglo pasti.
3. Stabilnost grupe
Istraživanja pokazuju da je redoslijed stabilnosti svake skupine u poliuretanskoj gumi od visoke prema niskoj: ester, eter, urea, uretan, biuret. U procesu starenja poliuretanske gume, prva je biuret i urea grupa Formatne poprečne veze se cijepaju, a zatim uretanske i urea veze, tj. glavni lanac se cijepa.
Svojstva poliuretanske gume
Modul elastičnosti TPU-a je između gume i plastike. Njegova najveća odlika je što ima i tvrdoću i elastičnost, što nema kod drugih guma i plastike.
TPU se dijeli na dvije vrste: poliesterski tip i polieterski tip. U usporedbi s fizičkim svojstvima, tip poliestera ima bolje performanse za gumu niske tvrdoće, dok je tip polietera bolji za gumu visoke tvrdoće. Poliesterska guma ima bolju otpornost na ulja, toplinu i prianjanje na metal, dok je polieterska guma bolja za otpornost na hidrolizu, hladnoću i antibakterijska svojstva.
1. Značajke okoliša
TPU općenito ima dobru temperaturnu otpornost, temperatura za kontinuiranu dugotrajnu upotrebu je 80 do 90 stupnjeva, a može doseći oko 120 stupnjeva u kratkom vremenu. Otpornost poliuretana na niske temperature također je dobra. Temperatura lomljivosti poliesterskog poliuretana je -40 stupnjeva C, dok je polieter poliuretana -70 ~ -80 stupnjeva C, ali će postati tvrd na niskim temperaturama.
Otpornost TPU-a na ulje je relativno dobra, ali otpornost na vodu varira ovisno o strukturi. Najozbiljnija degradacija TPU-a uzrokovana je reverzibilnošću reakcije stvaranja estera. Kada ester dođe u kontakt s vodom, reformacija kiseline odgovorna je za autokatalitičku reakciju koja dovodi do raspada molekule. Poliesterski uretani se više raspadaju kada su izloženi vlazi u zraku nego kada su potpuno uronjeni u vodu. To je zato što kada se uroni u vodu, nastala kiselina se kontinuirano ispire.
Otpornost polieter poliuretana na hidrolizu je 3 do 5 puta veća od otpornosti poliester poliuretana jer eterska skupina neće reagirati s vodom.
Dva su razloga zašto prodor vode dovodi do opadanja učinkovitosti poliuretana: jedan je taj što prodrla voda stvara vodikove veze s polarnim skupinama u poliuretanu, što slabi vodikove veze između molekula polimera. Ovaj proces je reverzibilan. Nakon vraćanja fizičkih svojstava.
Drugi je da prodorna voda hidrolizira poliuretan, što je nepovratno.
Poliuretan će promijeniti boju i potamniti pod dugotrajnom izloženošću sunčevoj svjetlosti, a njegova fizička svojstva postupno će se smanjivati. Enzimske bakterije također mogu dovesti do razgradnje poliuretana, pa se poliuretanskoj gumi koja se koristi u industrijskoj proizvodnji dodaju antioksidansi, apsorberi ultraljubičastog zračenja, antienzimska sredstva itd.
2. Mehanička svojstva
Vlačna čvrstoća: Vlačna čvrstoća poliuretanske gume je relativno visoka, općenito doseže 28 do 42 MPa, a TPU je u sredini, oko 35 MPa.
Istezanje: općenito do 400 do 600, maksimalno je 1000 posto.
Elastičnost: Elastičnost poliuretana je relativno visoka, ali njegov gubitak histereze je također relativno velik, tako da je stvaranje topline visoko. Lako se ošteti u uvjetima opterećenja višestrukim savijanjem i velikim brzinama kotrljanja.
Tvrdoća: Raspon tvrdoće poliuretana je širi nego kod ostalih guma, najniža je tvrdoća po Shoru 10, a većina proizvoda ima tvrdoću od 45 do 95. Kada je tvrdoća viša od 70 stupnjeva, vlačna čvrstoća i fiksna rastezljiva čvrstoća su veći od prirodnog kaučuka. Kada je tvrdoća 80 do 90 stupnjeva, vlačna čvrstoća, fiksna čvrstoća istezanja i čvrstoća na trganje su prilično visoke.
Čvrstoća na kidanje: Čvrstoća na kidanje poliuretana je relativno visoka. Kada se ispitna temperatura podigne na 100-110 stupnjeva, čvrstoća na kidanje je jednaka onoj stiren-butadien gume.
Otpornost na habanje: Otpornost na habanje poliuretana je vrlo dobra, 9 puta veća od one prirodne gume i 1 do 3 puta veća od one stiren-butadien gume
Zahtjevi za obradu
TPU ima dvojake karakteristike plastike i gume. Upravo te jedinstvene fizikalne i kemijske karakteristike zahtijevaju da budemo posebno tretirani u dizajnu kalupa i injekcijskom prešanju.
Dizajn kalupa:
1. Dizajn trkača:
Budući da je lijev mjesto s najvećim pritiskom, kada se tlak ubrizgavanja otpusti, kondenzat u lijevu će povećati otpor zbog elastične ekspanzije, što će uzrokovati da se mlaznica zalijepi za prednji kalup. Stoga, nagib kalupa za vađenje kalupa treba povećati što je više moguće prilikom projektiranja kalupa. . Veličina malog kraja cijevi ne može biti manja od promjera mlaznice stroja za injekcijsko prešanje. Povećanje veličine velikog kraja zahtijeva dodatno vrijeme hlađenja i produljuje ciklus ubrizgavanja. Stoga se povećanje nagiba vađenja uglavnom ostvaruje skraćivanjem duljine cijevi.
U normalnim okolnostima, promjer malog kraja glavnog kanala je oko 2,5 do 3.0 mm, promjer velikog kraja je manji od 6.0 mm, a duljina ne bi trebala prelazi 40 mm. Na kraju glavnog kanala treba postaviti hladan bunar istog ili nešto većeg promjera kao i veliki kraj za sakupljanje hladnog ljepila i zatvaranje otvora za vodu.
Promjer vodilice trebao bi ovisiti o strukturi proizvoda i duljini vodilice. Općenito govoreći, ne smije biti manja od 40mm. Shunt kanal ima kružni oblik kako bi se postigao bolji učinak hlađenja.
2. Dizajn vrata:
Zbog slabe fluidnosti TPU-a, dubina i širina vrata trebaju biti veće od onih kod drugih termoplastičnih materijala kako bi se izbjegla nedosljednost između bočnog i uzdužnog skupljanja uzrokovanog mlazom i molekularnom orijentacijom koloida koji prolazi kroz vrata , dok je dimenzija duljine manja od običnih kako bi se olakšao prolaz koloida. Predugačka vrata uzrokovat će izbacivanje koloida tijekom punjenja, što će utjecati na izgled proizvoda. Trebalo bi izbjegavati što je više moguće zatvarače koji mogu uzrokovati pretjerano smicanje i stvaranje topline materijala.
3. Dizajn ispušnog utora:
Ispuh kalupa mora biti dovoljan da spriječi opekotine proizvoda, posebno kada se smjer punjenja gumenog materijala naglo mijenja i dio gdje se proizvod konačno puni, obratite posebnu pozornost na podešavanje ispuha. Dubinu ispušnog utora treba razlikovati prema vrsti TPU-a. Ponekad je dubina ispušnog utora samo 0,01 mm, a na ispušnom utoru će se stvoriti zastor, što je u važnoj vezi s posebnim svojstvima materijala TPU-a.
4. Dizajn rashladnog sustava:
Učinak hlađenja kalupa je bolji. Za ostale termoplastične materijale, sve dok smrznuti sloj na površini proizvoda ima dovoljnu čvrstoću tijekom injekcijskog prešanja, proizvod se može izbaciti i izvaditi iz kalupa na višoj temperaturi. Za TPU, kada je temperatura visoka, vodikove veze između molekula se ne obnavljaju, a vlačna čvrstoća proizvoda je niska. Nasilno izbacivanje i vađenje iz kalupa samo će dovesti do deformacije proizvoda. Ključ je potpuno oporavljen, a TPU se može izvaditi iz kalupa samo kada TPU ima dovoljnu čvrstoću, što zahtijeva da učinak hlađenja kalupa bude bolji.
5. Određivanje stope skupljanja:
Stopa skupljanja TPU-a uvelike varira ovisno o korištenoj marki TPU-a, debljini i strukturi proizvoda te temperaturi i tlaku tijekom injekcijskog prešanja, a njezin je raspon između {{0}}.1 posto i 2,0 posto . Prilikom projektiranja kalupa, ne samo da se treba pozvati na podatke o stopi skupljanja sirovog materijala, već i prema strukturi i debljini proizvoda za procjenu temperature i tlaka ubrizgavanja koji će se koristiti u prešanju pod pritiskom i napraviti odgovarajuće korekcije. Za proizvode s debljim položajima lokalnog ljepila, pritisak potreban za injekcijsko prešanje je veći, a stopa skupljanja lijevanog proizvoda je manja, tako da je potrebno smanjiti stopu skupljanja TPU-a. Za proizvode s relativno ujednačenim položajem ljepila i debelim proizvodom, vrijednost stope skupljanja treba odgovarajuće povećati.
Injekcijska obrada
1. Sušenje sirovina Budući da prodor vlage može razgraditi TPU
Kada sadržaj vlage u TPU-u premaši 0,2 posto, to ne utječe samo na izgled proizvoda, već su i mehanička svojstva očito pogoršana, a injekcijski prešani proizvod ima slabu elastičnost i nisku čvrstoću. Stoga ga treba sušiti na temperaturi od 80 do 110 stupnjeva 2 do 3 sata prije injekcijskog prešanja.
2. Čišćenje bačve
Cijev stroja za injekcijsko prešanje treba očistiti, a miješanje vrlo malo drugih sirovina smanjit će mehaničku čvrstoću proizvoda. Bačve očišćene ABS-om, PMMA i PE treba ponovno očistiti TPU materijalom za mlaznice prije brizganja, a zaostali materijal u bačvi treba ukloniti TPU materijalom za mlaznice.
3. Kontrola temperature obrade
Temperatura obrade TPU-a ima presudan utjecaj na konačnu veličinu, izgled i deformaciju proizvoda. Temperatura ovisi o stupnju korištenog TPU-a i specifičnim uvjetima dizajna kalupa. Opći trend je da se temperatura obrade mora povećati kako bi se postigla mala stopa skupljanja; da bi se postigla velika stopa skupljanja, potrebno je sniziti temperaturu obrade. Čak i unutar normalnog temperaturnog raspona obrade TPU-a, ako sirovina predugo ostane u bačvi, to će dovesti do toplinske degradacije TPU-a, a preostali materijal u bačvi treba isprazniti prije injekcijskog prešanja. Kontrola temperature mlaznice također je vrlo važna. U normalnim okolnostima, trebala bi biti oko 5 stupnjeva viša od temperature prednjeg kraja bačve.
4. Kontrola brzine i pritiska ubrizgavanja
Niža brzina ubrizgavanja i duže vrijeme zadržavanja će poboljšati molekularnu orijentaciju, i iako se može dobiti manja veličina proizvoda, deformacija proizvoda će biti veća, a razlika između poprečnog i uzdužnog skupljanja bit će velika. Veliki pritisak držanja također će uzrokovati prekomjerno komprimiranje koloida u kalupu, a veličina proizvoda nakon vađenja iz kalupa veća je od veličine šupljine kalupa.
5. Kontrola brzine taljenja i protutlaka
TPU materijal je osjetljiviji na smicanje. Kada je smična toplina koju stvara velika brzina taljenja i protutlak previsoka, to će dovesti do toplinske degradacije TPU-a. Stoga se za topljenje TPU-a općenito koristi mala ili srednja brzina. Ako je ciklus injekcijskog prešanja dug, treba koristiti funkciju odgođenog taljenja, a otvaranje kalupa će započeti nakon što se taljenje završi, kako bi se spriječilo da sirovine predugo ostanu u bačvi i razgrade se.
