Wat is thermoplastisch polyurethaanelastomeer?

Wat is thermoplastisch polyurethaanelastomeer?

Polyurethaanelastomeer is een verscheidenheid aan synthetische polyurethaanmaterialen (andere varianten verwijzen naar polyurethaanschuim, polyurethaankleefstof, polyurethaancoating en polyurethaanvezels), en thermoplastisch polyurethaanelastomeer is een van de drie soorten polyurethaanelastomeer. Mensen noemen het gewoonlijk TPU (de De andere twee hoofdtypen polyurethaanelastomeren zijn gegoten polyurethaanelastomeren, afgekort als CPU, en gemengde polyurethaanelastomeren, afgekort als MPU).

TPU is een soort polyurethaan-elastomeer dat kan worden geplastificeerd door verhitting en opgelost door oplosmiddel. Vergeleken met CPU en MPU heeft TPU weinig of geen chemische verknoping in zijn chemische structuur. De moleculaire keten is in wezen lineair, maar er is een zekere mate van fysieke verknoping. Dit is het thermoplastische polyurethaanelastomeer dat zeer karakteristiek van structuur is.

Structuur en classificatie van TPU

Thermoplastisch polyurethaanelastomeer is een (AB) bloklineair polymeer. A staat voor een polymeerpolyol (ester of polyether, molecuulgewicht van 1000~6000) met een hoog molecuulgewicht, de zogenaamde lange keten; B staat voor een diol dat 2-12 koolstofatomen met een rechte keten bevat, een zogenaamde korte keten.

In de structuur van thermoplastisch polyurethaanelastomeer wordt segment A het zachte segment genoemd, dat de kenmerken van flexibiliteit en zachtheid heeft, waardoor TPU uitbreidbaarheid heeft; De urethaanketen die ontstaat door de reactie tussen het B-segment en isocyanaat wordt een hard segment genoemd, dat zowel stijve als harde eigenschappen heeft. Door de verhouding van A- en B-segmenten aan te passen, worden TPU-producten met verschillende fysieke en mechanische eigenschappen gemaakt.

Volgens de zachte segmentstructuur kan deze worden onderverdeeld in polyestertype, polyethertype en butadieentype, die respectievelijk een estergroep, ethergroep of buteengroep bevatten. Volgens de harde segmentstructuur kan deze worden onderverdeeld in het urethaantype en het urethaanureumtype, die respectievelijk worden verkregen uit ethyleenglycolketenverlengers of diamineketenverlengers. De algemene classificatie is onderverdeeld in polyestertype en polyethertype.

Wat zijn de grondstoffen voor TPU-synthese?

(1) Polymeerdiol

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

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

(2) Diisocyanaat

Het molecuulgewicht is klein, maar de functie is uitstekend, wat niet alleen de rol speelt bij het verbinden van het zachte segment en het harde segment, maar de TPU ook verschillende goede fysieke en mechanische eigenschappen geeft. De diisocyanaten die van toepassing zijn op de 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 ~ 350, behorend tot kleinmoleculair diol, klein molecuulgewicht, open ketenstructuur en geen substituentgroep is bevorderlijk voor het verkrijgen van hoge hardheid en hoog scalair gewicht van TPU. De ketenverlengers die geschikt zijn voor TPU zijn onder meer 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 thermoplastische polyurethaanelastomeren worden gebruikt als algemeen gebruikte versterkingsmiddelen om verschillende thermoplastische en gemodificeerde rubbermaterialen harder te maken.

Vanwege de hoge polariteit kan polyurethaan compatibel zijn met polaire harsen of rubbers, zoals gechloreerd polyethyleen (CPE), dat kan worden gebruikt om medische producten te maken; Mengen met ABS kan technische thermoplastische kunststoffen vervangen; Bij gebruik in combinatie met polycarbonaat (PC) heeft het eigenschappen zoals oliebestendigheid, brandstofbestendigheid en slagvastheid, en kan het worden gebruikt om autocarrosserieën te maken; In combinatie met polyester kan de taaiheid worden verbeterd; Daarnaast kan het goed compatibel zijn met PVC, Polyoxymethyleen of PVDC; Polyester-polyurethaan kan goed compatibel zijn met 15% nitrilrubber of 40% nitrilrubber/PVC-mengsel; Polyether-polyurethaan kan ook goed compatibel zijn met een mengsel van 40% nitrilrubber en polyvinylchloride; Het kan ook mede compatibel zijn met acrylonitril-styreen (SAN)-copolymeren; Het kan interpenetrerende netwerkstructuren (IPN) vormen met reactieve polysiloxanen. Het overgrote deel van de bovengenoemde gemengde lijmen is al officieel geproduceerd.

De afgelopen jaren is er in China steeds meer onderzoek gedaan naar het harden van POM door TPU. Het mengen van TPU en POM verbetert niet alleen de hoge temperatuurbestendigheid en mechanische eigenschappen van TPU, maar maakt POM ook aanzienlijk sterker. Sommige onderzoekers hebben aangetoond dat bij trekbreuktests, 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 amorfe TPU en POM dient als de omkeerbare fase. Wanneer de herstelreactietemperatuur 165 ℃ bedraagt ​​en de hersteltijd 120 seconden bedraagt, bereikt de herstelsnelheid van de legering meer dan 95% en is het hersteleffect het beste.

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. Voor dit laatste worden daarom vaak oppervlaktebehandelingsmethoden zoals plasma, corona, natte chemie, primer, vlam of reactief gas gebruikt. Het Amerikaanse Air Products and Chemicals Company heeft bijvoorbeeld F2/O2-oppervlaktebehandeling met actief gas uitgevoerd op fijn polyethyleenpoeder met ultrahoog molecuulgewicht 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 langwerpige korte vezels met een lengte van 6-35 mm, wat de stijfheid en scheurtaaiheid 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. De afgelopen 40 jaar zijn er wereldwijd meer dan twintig merknamen geweest, en elk merk heeft verschillende productseries. Momenteel zijn de belangrijkste producenten van TPU-grondstoffen ter wereld: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, enz.

Als uitstekend elastomeer heeft TPU een breed scala aan downstream-producten, die op grote schaal worden gebruikt in dagelijkse benodigdheden, sportartikelen, speelgoed, decoratieve materialen en andere gebieden. Hieronder vindt u enkele voorbeelden.

① Schoenmaterialen

TPU wordt voornamelijk gebruikt voor schoenmaterialen vanwege de uitstekende elasticiteit en slijtvastheid. Schoenenproducten die TPU bevatten, zijn veel comfortabeler om te dragen dan gewone schoenenproducten, dus worden ze op grotere schaal gebruikt in hoogwaardige schoenenproducten, vooral in sommige sportschoenen en vrijetijdsschoenen.

② Slangen

Vanwege de 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.

③ Kabel

TPU biedt scheurweerstand, slijtvastheid en buigeigenschappen, waarbij weerstand tegen hoge en lage temperaturen de sleutel is tot kabelprestaties. Op de Chinese markt gebruiken geavanceerde kabels zoals besturingskabels en stroomkabels dus TPU's om de coatingmaterialen van complexe kabelontwerpen te beschermen, en hun toepassingen worden steeds wijdverspreider.

④ Medische apparaten

TPU is een veilig, stabiel en hoogwaardig PVC-vervangingsmateriaal, dat geen ftalaat en andere chemische schadelijke stoffen bevat en naar het bloed of andere vloeistoffen in de medische katheter of medische tas zal migreren en bijwerkingen kan veroorzaken. Bovendien kan de speciaal ontwikkelde TPU van extrusie- en injectiekwaliteit eenvoudig worden gebruikt met een beetje foutopsporing in de bestaande PVC-apparatuur.

⑤ Voertuigen en andere transportmiddelen

Door beide zijden van nylonweefsel te extruderen en te coaten met thermoplastisch polyurethaanelastomeer, kunnen opblaasbare gevechtsaanvalvlotten en verkenningsvlotten worden gemaakt die 3-15 personen kunnen vervoeren, met veel betere prestaties dan opblaasbare vlotten van gevulkaniseerd rubber; Thermoplastisch polyurethaan-elastomeer versterkt met glasvezel kan worden gebruikt om carrosseriecomponenten te maken, zoals gegoten onderdelen aan beide zijden van de auto zelf, deurbekleding, bumpers, antiwrijvingsstrips en roosters.