In 1958 registreerde Goodrich Chemical Company (nu Lubrizol) voor het eerst het TPU-merk Estane. In de afgelopen 40 jaar zijn er wereldwijd meer dan 20 merknamen op de markt gekomen, elk met verschillende productlijnen. Momenteel zijn de belangrijkste fabrikanten van TPU-grondstoffen onder andere BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua en Xuchuan Chemical.
1. Categorie TPU
Op basis van de structuur van het zachte segment kan het worden onderverdeeld in polyestertype, polyethertype en butadieentype, die respectievelijk een estergroep, een ethergroep of een buteengroep bevatten.
Op basis van de structuur van het harde segment kan het worden onderverdeeld in urethaantype en urethaanureumtype, die respectievelijk worden verkregen uit ethyleenglycolketenverlengers of diamineketenverlengers. De gangbare classificatie is onderverdeeld in polyestertype en polyethertype.
Afhankelijk van de aanwezigheid of afwezigheid van dwarsverbindingen kan het worden onderverdeeld in zuiver thermoplastisch en semi-thermoplastisch.
De eerste heeft een zuiver lineaire structuur en geen dwarsverbindingen; de tweede bevat een kleine hoeveelheid dwarsverbindingen, zoals allofaanzuurester.
Afhankelijk van het gebruik kunnen eindproducten worden onderverdeeld in geprofileerde onderdelen (diverse machine-elementen), buizen (mantels, profielen), folies (platen, dunne platen), lijmen, coatings, vezels, enzovoort.
2. Synthese van TPU
TPU behoort qua moleculaire structuur tot polyurethaan. Hoe is het dan geaggregeerd?
Afhankelijk van het syntheseproces wordt het hoofdzakelijk onderverdeeld in bulkpolymerisatie en oplossingspolymerisatie.
Bij bulkpolymerisatie kan er, afhankelijk van de aanwezigheid of afwezigheid van een voorreactie, onderscheid worden gemaakt tussen de voorpolymerisatiemethode en de éénstapsmethode.
De prepolymerisatiemethode houdt in dat diisocyanaat gedurende een bepaalde tijd reageert met macromoleculaire diolen, waarna ketenverlenging wordt toegevoegd om TPU te produceren;
De éénstapsmethode omvat het gelijktijdig mengen en laten reageren van macromoleculaire diolen, diisocyanaten en ketenverlengers om TPU te vormen.
Oplossingspolymerisatie houdt in dat eerst diisocyanaat in een oplosmiddel wordt opgelost, vervolgens macromoleculaire diolen worden toegevoegd die gedurende een bepaalde tijd reageren, en ten slotte ketenverlengers worden toegevoegd om TPU te genereren.
Het type zacht segment van TPU, het moleculair gewicht, het gehalte aan harde of zachte segmenten en de aggregatietoestand van TPU kunnen de dichtheid van TPU beïnvloeden. De dichtheid ligt rond de 1,10-1,25 en verschilt niet significant van die van andere rubbers en kunststoffen.
Bij dezelfde hardheid is de dichtheid van TPU van het polyethertype lager dan die van TPU van het polyestertype.
3. Verwerking van TPU
De vorming van TPU-deeltjes vereist verschillende processen, waarbij voornamelijk smelt- en oplossingsmethoden worden gebruikt voor de verwerking van TPU.
Smeltverwerking is een veelgebruikt proces in de kunststofindustrie, zoals mengen, walsen, extrusie, blaasvormen en gieten;
Oplossingsverwerking is het proces waarbij een oplossing wordt bereid door deeltjes op te lossen in een oplosmiddel of ze rechtstreeks in een oplosmiddel te polymeriseren, waarna ze worden gecoat, gesponnen, enzovoort.
Het eindproduct gemaakt van TPU vereist over het algemeen geen vulkanisatie- en verknopingsreactie, wat de productiecyclus kan verkorten en afvalmaterialen kan recyclen.
4. Prestaties van TPU
TPU heeft een hoge modulus, hoge sterkte, hoge rekbaarheid en elasticiteit, uitstekende slijtvastheid, oliebestendigheid, lage temperatuurbestendigheid en verouderingsbestendigheid.
Hoge treksterkte, grote rekbaarheid en een lage mate van permanente vervorming bij langdurige compressie zijn allemaal belangrijke voordelen van TPU.
XiaoU zal zich voornamelijk richten op de mechanische eigenschappen van TPU, zoals treksterkte, rek, veerkracht, hardheid, enzovoort.
Hoge treksterkte en hoge rekbaarheid
TPU heeft een uitstekende treksterkte en rekbaarheid. Uit de gegevens in de onderstaande figuur blijkt dat de treksterkte en rekbaarheid van TPU van het polyethertype veel beter zijn dan die van polyvinylchloride en rubber.
Bovendien kan TPU voldoen aan de eisen van de voedingsmiddelenindustrie met weinig of geen toevoegingen tijdens de verwerking, iets wat voor andere materialen zoals PVC en rubber moeilijk te bereiken is.
Veerkracht is zeer gevoelig voor temperatuur.
De veerkracht van TPU verwijst naar de mate waarin het materiaal snel terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat nadat de vervormingsspanning is weggenomen. Dit wordt uitgedrukt als herstelenergie, wat de verhouding is tussen de arbeid die nodig is om de vervorming terug te trekken en de arbeid die nodig was om de vervorming te veroorzaken. Het is een functie van de dynamische modulus en de interne wrijving van een elastisch lichaam en is zeer gevoelig voor temperatuur.
De terugvering neemt af bij een dalende temperatuur tot een bepaalde temperatuur, waarna de elasticiteit weer snel toeneemt. Deze temperatuur is de kristallisatietemperatuur van het zachte segment, die wordt bepaald door de structuur van het macromoleculaire diol. Polyether-TPU heeft een lagere kristallisatietemperatuur dan polyester-TPU. Bij temperaturen onder de kristallisatietemperatuur wordt het elastomeer erg hard en verliest het zijn elasticiteit. De terugvering is dan vergelijkbaar met die van een hard metalen oppervlak.
De hardheid varieert van Shore A60 tot D80.
Hardheid is een indicator voor het vermogen van een materiaal om vervorming, inkepingen en krassen te weerstaan.
De hardheid van TPU wordt meestal gemeten met behulp van Shore A- en Shore D-hardheidsmeters, waarbij Shore A wordt gebruikt voor zachtere TPU's en Shore D voor hardere TPU's.
De hardheid van TPU kan worden aangepast door de verhouding tussen zachte en harde ketensegmenten te wijzigen. Daarom heeft TPU een relatief breed hardheidsbereik, van Shore A60 tot D80, dat de hardheid van rubber en plastic omvat, en behoudt het een hoge elasticiteit over het gehele hardheidsbereik.
Naarmate de hardheid verandert, kunnen sommige eigenschappen van TPU veranderen. Zo zal een hogere hardheid van TPU leiden tot veranderingen in de prestaties, zoals een hogere treksterkte en scheursterkte, een hogere stijfheid en druksterkte (draagvermogen), een lagere rek, een hogere dichtheid en dynamische warmteontwikkeling, en een verhoogde weerstand tegen omgevingsinvloeden.
5. Toepassing van TPU
TPU is een uitstekend elastomeer met een breed scala aan toepassingsmogelijkheden in de productketen en wordt veel gebruikt in dagelijkse benodigdheden, sportartikelen, speelgoed, decoratiematerialen en andere sectoren.
Schoenmaterialen
TPU wordt voornamelijk gebruikt als materiaal voor schoenen vanwege de uitstekende elasticiteit en slijtvastheid. Schoenen met TPU zijn veel comfortabeler om te dragen dan gewone schoenen, waardoor ze vaker worden gebruikt in hoogwaardige schoenen, met name in sport- en vrijetijdsschoenen.
slang
Door hun zachtheid, goede treksterkte, slagvastheid en weerstand tegen hoge en lage temperaturen worden TPU-slangen in China veel gebruikt als gas- en olieslangen voor mechanische apparatuur zoals vliegtuigen, tanks, auto's, motorfietsen en werktuigmachines.
kabel
TPU biedt scheur-, slijtvastheids- en buigeigenschappen, waarbij de weerstand tegen hoge en lage temperaturen cruciaal is voor de prestaties van de kabel. Daarom wordt TPU in de Chinese markt gebruikt voor geavanceerde kabels zoals stuurkabels en voedingskabels om de coatingmaterialen van complexe kabelontwerpen te beschermen, en het gebruik ervan neemt steeds verder toe.
Medische hulpmiddelen
TPU is een veilig, stabiel en hoogwaardig alternatief voor PVC. Het bevat geen ftalaten of andere schadelijke chemicaliën die in het bloed of andere vloeistoffen in de medische katheter of infuuszak terechtkomen en bijwerkingen kunnen veroorzaken. TPU is speciaal ontwikkeld voor extrusie en spuitgieten.
film
TPU-folie is een dunne film gemaakt van TPU-korrels door middel van speciale processen zoals walsen, gieten, blazen en coaten. Dankzij de hoge sterkte, slijtvastheid, goede elasticiteit en weerbestendigheid wordt TPU-folie veelvuldig gebruikt in diverse industrieën, zoals schoenmaterialen, kleding, de automobielindustrie, de chemische industrie, de elektronica, de medische sector en andere gebieden.
Geplaatst op: 5 februari 2020