Wat is thermoplastisch polyurethaanelastomeer?

Wat is thermoplastisch polyurethaanelastomeer?

Polyurethaanelastomeer is een soort synthetisch polyurethaanmateriaal (andere soorten zijn polyurethaanschuim, polyurethaanlijm, polyurethaancoating en polyurethaanvezels). Thermoplastisch polyurethaanelastomeer is een van de drie soorten polyurethaanelastomeer. In de volksmond wordt het ook wel TPU genoemd (de andere twee belangrijke soorten polyurethaanelastomeren zijn gegoten polyurethaanelastomeren, afgekort als CPU, en gemengde polyurethaanelastomeren, afgekort als MPU).

TPU is een soort polyurethaanelastomeer dat door verhitting week kan worden en in oplosmiddelen kan worden opgelost. Vergeleken met CPU en MPU heeft TPU weinig tot geen chemische vernetting in zijn chemische structuur. De moleculaire keten is in principe lineair, maar er is wel een zekere mate van fysieke vernetting. Dit is het thermoplastische polyurethaanelastomeer met een zeer karakteristieke structuur.

Structuur en classificatie van TPU

Thermoplastisch polyurethaanelastomeer is een (AB) lineair blokpolymeer. A staat voor een polymeerpolyol (ester of polyether, molecuulgewicht 1000-6000) met een hoog molecuulgewicht, een zogenaamde lange keten; B staat voor een diol met 2-12 rechte koolstofatomen, een zogenaamde korte keten.

In de structuur van thermoplastisch polyurethaanelastomeer wordt segment A een zacht segment genoemd, dat de eigenschappen flexibiliteit en zachtheid heeft, waardoor TPU rekbaar is. De urethaanketen die ontstaat door de reactie tussen segment B en isocyanaat wordt een hard segment genoemd, dat zowel stijve als harde eigenschappen heeft. Door de verhouding tussen segment A en B aan te passen, ontstaan ​​TPU-producten met verschillende fysische en mechanische eigenschappen.

Afhankelijk van de zachte segmentstructuur kan het worden onderverdeeld in polyester, polyether en butadieen, die respectievelijk een estergroep, ethergroep of buteengroep bevatten. Afhankelijk van de harde segmentstructuur kan het worden onderverdeeld in urethaan en urethaan/ureum, die respectievelijk worden verkregen uit ethyleenglycol-ketenverlengers of diamine-ketenverlengers. De algemene classificatie is onderverdeeld in polyester en polyether.

Wat zijn de grondstoffen voor TPU-synthese?

(1) Polymeerdiol

Macromoleculaire diol met een moleculair gewicht variërend van 500 tot 4000 en bifunctionele groepen, met een gehalte van 50% tot 80% in TPU-elastomeer, speelt een beslissende rol in de fysieke en chemische eigenschappen van TPU.

Het polymeerdiol dat geschikt is voor TPU-elastomeer kan worden onderverdeeld in polyester en polyether: polyester omvat polytetramethyleenadipinezuurglycol (PBA) ε PCL, PHC; polyethers omvatten polyoxypropyleenetherglycol (PPG), tetrahydrofuraanpolyetherglycol (PTMG), enz.

(2) Di-isocyanaat

Het molecuulgewicht is laag, maar de functie is uitstekend: niet alleen verbindt het zachte segment met het harde segment, maar geeft het TPU ook diverse goede fysische en mechanische eigenschappen. De diisocyanaten die geschikt zijn voor TPU zijn: methyleendifenyldiisocyanaat (MDI), methyleenbis(-4-cyclohexylisocyanaat) (HMDI), p-fenyldiisocyanaat (PPDI), 1,5-naftaleendiisocyanaat (NDI), p-fenyldimethyldiisocyanaat (PXDI), enz.

(3) Kettingverlenger

De ketenverlenger met een molecuulgewicht van 100 tot 350, behorend tot de groep van de kleine moleculaire diol, met een laag molecuulgewicht, een open ketenstructuur en zonder substituenten, bevordert de hoge hardheid en het hoge scalaire gewicht van TPU. Geschikte ketenverlengers voor TPU zijn onder andere 1,4-butaandiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroxyethoxy)benzeen (HQEE), 1,4-cyclohexaandimethanol (CHDM), p-fenyldimethylglycol (PXG), enz.

Modificatie Toepassing van TPU als verstevigingsmiddel

Om de productkosten te verlagen en extra prestaties te verkrijgen, kunnen polyurethaanthermoplastische elastomeren worden gebruikt als algemeen gebruikte verstevigingsmiddelen om verschillende thermoplastische en gemodificeerde rubbermaterialen te verstevigen.

Door de hoge polariteit is polyurethaan compatibel met polaire harsen of rubbers, zoals gechloreerd polyethyleen (CPE), dat gebruikt kan worden voor de productie van medische producten; Menging met ABS kan technische thermoplasten vervangen; Bij gebruik in combinatie met polycarbonaat (PC) heeft het eigenschappen zoals oliebestendigheid, brandstofbestendigheid en slagvastheid, en kan het gebruikt worden voor de productie van autocarrosserieën; In combinatie met polyester kan de taaiheid verbeterd worden; Bovendien is het goed compatibel met PVC, polyoxymethyleen of PVDC; Polyesterpolyurethaan is goed compatibel met 15% nitrilrubber of 40% nitrilrubber/PVC-mengsel; Polyetherpolyurethaan is ook goed compatibel met 40% nitrilrubber/polyvinylchloride-mengsellijm; Het is ook co-compatibel met acrylonitril-styreen (SAN)-copolymeren; Het kan interpenetrerende netwerkstructuren (IPN) vormen met reactieve polysiloxanen. De overgrote meerderheid van de bovengenoemde gemengde lijmen is al officieel geproduceerd.

De laatste jaren is er in China steeds meer onderzoek gedaan naar de verharding van POM met TPU. De vermenging van TPU en POM verbetert niet alleen de hogetemperatuurbestendigheid en mechanische eigenschappen van TPU, maar verhardt POM ook aanzienlijk. Sommige onderzoekers hebben aangetoond dat in trekproeven, vergeleken met de POM-matrix, de POM-legering met TPU is overgegaan van brosse breuk naar ductiele breuk. De toevoeging van TPU geeft POM ook vormgeheugenprestaties. Het kristallijne gebied van POM dient als de vaste fase van de vormgeheugenlegering, terwijl het amorfe gebied van amorf TPU en POM dient als de reversibele fase. Wanneer de herstelreactietemperatuur 165 ℃ is en de hersteltijd 120 seconden, bereikt het herstelpercentage van de legering meer dan 95% en is het hersteleffect optimaal.

TPU is moeilijk compatibel met niet-polaire polymeermaterialen zoals polyethyleen, polypropyleen, ethyleenpropyleenrubber, butadieenrubber, isopreenrubber of afvalrubberpoeder, en kan niet worden gebruikt om composieten met goede prestaties te produceren. Daarom worden oppervlaktebehandelingsmethoden zoals plasma, corona, natte chemie, primer, vlam of reactief gas vaak gebruikt voor laatstgenoemde. Zo heeft het Amerikaanse Air Products and Chemicals Company een F2/O2 actieve gasoppervlaktebehandeling uitgevoerd op ultrahoogmoleculair polyethyleen fijn poeder met een molecuulgewicht van 3-5 miljoen en dit toegevoegd aan polyurethaanelastomeer in een verhouding van 10%, wat de buigmodulus, treksterkte en slijtvastheid aanzienlijk kan verbeteren. En de F2/O2 actieve gasoppervlaktebehandeling kan ook worden toegepast op de directioneel verlengde korte vezels met een lengte van 6-35 mm, wat de stijfheid en scheurweerstand van het composietmateriaal kan verbeteren.

Wat zijn de toepassingsgebieden van TPU?

In 1958 registreerde Goodrich Chemical Company (nu omgedoopt tot Lubrizol) voor het eerst het TPU-merk Estane. In de afgelopen 40 jaar zijn er wereldwijd meer dan 20 merknamen geweest, elk met verschillende productlijnen. De belangrijkste TPU-grondstofproducenten ter wereld zijn momenteel: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, enz.

Als uitstekend elastomeer heeft TPU een breed scala aan afgeleide producten, die veelvuldig worden gebruikt in dagelijkse benodigdheden, sportartikelen, speelgoed, decoratieve materialen en andere sectoren. Hieronder vindt u enkele voorbeelden.

① Schoenmaterialen

TPU wordt voornamelijk gebruikt in schoenmaterialen 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 sommige sportschoenen en vrijetijdsschoenen.

② Slangen

TPU-slangen worden in China veel gebruikt als gas- en olieslangen voor mechanische apparatuur, zoals vliegtuigen, tanks, auto's, motoren en gereedschapsmachines, omdat ze zacht zijn, een goede treksterkte hebben, slagvast zijn en bestand zijn tegen hoge en lage temperaturen.

③ Kabel

TPU biedt scheur- en slijtvastheid en buigeigenschappen, waarbij hoge en lage temperatuurbestendigheid essentieel zijn voor de kabelprestaties. Op de Chinese markt worden geavanceerde kabels, zoals besturings- en stroomkabels, daarom gebruikt om de coatingmaterialen van complexe kabelontwerpen te beschermen. De toepassingen ervan worden steeds breder.

④ Medische hulpmiddelen

TPU is een veilig, stabiel en hoogwaardig PVC-vervangingsmateriaal dat geen ftalaten en andere chemische schadelijke stoffen bevat en niet in het bloed of andere vloeistoffen in de medische katheter of medische tas terechtkomt en daar bijwerkingen veroorzaakt. Bovendien kan het speciaal ontwikkelde TPU van extrusie- en injectiekwaliteit eenvoudig worden gebruikt in bestaande PVC-apparatuur, mits er enige foutopsporing plaatsvindt.

⑤ Voertuigen en andere vervoermiddelen

Door nylonweefsel te extruderen en aan beide zijden te coaten met polyurethaan thermoplastisch elastomeer, kunnen opblaasbare gevechtsaanvalsvlotten en verkenningsvlotten worden gemaakt voor 3-15 personen. Deze vlotten presteren veel beter dan opblaasbare vlotten van gevulkaniseerd rubber. Met glasvezel versterkt polyurethaan thermoplastisch elastomeer kan worden gebruikt om carrosseriecomponenten te maken, zoals gegoten onderdelen aan beide zijden van de auto zelf, deurpanelen, bumpers, antifrictiestrips en roosters.