Kaj je poliuretan?
Tako imenovani poliuretan je okrajšava za poliuretan, ki nastane z reakcijo poliizocianata in poliola in vsebuje veliko ponavljajočih se uretanskih skupin (-NH-CO-O-) v molekulski verigi. V dejanski sintetični poliuretanski smoli so poleg uretanske skupine tudi skupine, kot sta sečnina in biuret. Polioli so dolgoverižne molekule s hidroksilnimi skupinami na koncu, ki jih imenujemo »mehki segmenti«, poliizocianati pa »trdi segmenti«.
V poliuretanski smoli, ki jo ustvarjata mehki in trdi segment, je uretan le manjšina, zato ni nujno, da ga imenujemo poliuretan. V širšem smislu je poliuretan adicijski polimer izocianata.
Različne vrste izocianatov reagirajo s polihidroksi spojinami in tvorijo poliuretane različnih struktur, s čimer dobimo polimerne materiale z različnimi lastnostmi, kot so plastika, gume, premazi, vlakna, lepila itd. Poliuretanska guma
Poliuretanski kavčuk je bil prvič uspešno razvit v Nemčiji leta 1940 in je bil dan v industrijsko proizvodnjo po letu 1952, medtem ko je bila moja država razvita in dana v proizvodnjo sredi-1960. Poliuretanski kavčuk spada med posebne vrste kavčuka, ki se pripravi z reakcijo polietra ali poliestra z izocianatom. Obstaja veliko sort zaradi različnih vrst surovin, reakcijskih pogojev in metod zamreženja. Glede na kemijsko strukturo obstaja tip poliestra in tip polietra, glede na metodo obdelave pa tri vrste: tip mešanja, tip litja in tip termoplasta.
Sintetični poliuretanski kavčuk je na splošno izdelan z reakcijo linearnega poliestra ali polietra z diizocianatom, da nastane predpolimer z nizko molekulsko maso. Po reakciji podaljšanja verige nastane visokomolekularni polimer, nato pa se doda ustrezno zamreževalno sredstvo, da se segreje. Ta metoda se strdi v vulkanizirano gumo in se imenuje predpolimerizacijska metoda ali dvostopenjska metoda.
Možna je tudi uporaba enostopenjske metode – linearni poliester ali polieter se neposredno zmeša z diizocianatom, podaljševalnikom verige in zamreževalnim sredstvom, tako da pride do reakcije, da nastane poliuretanska guma.
Termoplastična poliuretanska guma (TPU)
Termoplastični poliuretanski kavčuk je (AB) n-vrstni blok linearni polimer, A predstavlja poliester ali polieter z visoko molekulsko maso (molekulska masa 1000-6000), imenovan dolgoverižni, B predstavlja 2-12 linearne ogljike Atomski diol je kratka veriga, kemična vez med segmenti AB pa je diizocianatna.
Razmerje med strukturo in fizikalnimi lastnostmi TPU
1. Struktura segmenta
Segment A v molekuli TPU omogoča enostavno vrtenje makromolekularne verige, kar daje poliuretanski gumi dobro elastičnost, zmanjšuje zmehčišče in sekundarno prehodno točko polimera ter zmanjšuje trdoto in mehansko trdnost. Segment B bo povezal rotacijo makromolekularne verige, tako da se povečata zmehčišče in sekundarna prehodna točka polimera, povečata se trdota in mehanska trdnost ter zmanjšata elastičnost. S prilagoditvijo molskega razmerja med A in B je mogoče pripraviti TPU z različnimi mehanskimi lastnostmi.
2. Zamrežena struktura
Poleg primarnega zamreženja mora struktura zamreženja TPU upoštevati tudi sekundarno zamreževanje, ki ga tvorijo medmolekularne vodikove vezi. Primarna zamrežna vez poliuretana se razlikuje od vulkanizacijske strukture hidroksi gume, njegova uretanska skupina, biuret, alofanatna skupina in druge skupine pa so redno in razporejene v toge segmente, tako da ima dobljena guma pravilno mrežno strukturo, tako da ima odlično odpornost proti obrabi in druge odlične lastnosti.
Drugič, ker poliuretanska guma vsebuje veliko skupin, kot so sečninske skupine ali uretanske skupine z veliko kohezivno energijo, imajo vodikove vezi, ki nastanejo med molekularnimi verigami, visoko trdnost in sekundarno zamreženje, ki ga tvorijo vodikove vezi. Zdravje prav tako pomembno vpliva na lastnosti iz poliuretanske gume. Zaradi sekundarnega zamreženja ima poliuretanska guma po eni strani značilnosti termoreaktivnega elastomera, po drugi strani pa zamreženje ni zares zamreženje, je navidezno zamreženje in zamreženje stanje je odvisno od temperature.
Z naraščanjem temperature to zamreženje postopoma oslabi in izgine, polimer pa ima določeno fluidnost in ga je mogoče termoplastično obdelati. Ko se temperatura zniža, se ta zamrežna povezava postopoma obnovi in ponovno oblikuje. Dodatek majhne količine polnila poveča razdaljo med molekulami, sposobnost tvorbe vodikovih vezi med molekulami je oslabljena, moč pa bo močno padla.
3. Stabilnost skupine
Raziskave kažejo, da je vrstni red stabilnosti vsake skupine v poliuretanskem kavčuku od visoke do nizke: ester, eter, sečnina, uretan, biuret. V procesu staranja poliuretanskega kavčuka je prva skupina biureta in sečnine. Formatne zamrežitve se cepijo, sledijo uretanske in sečninske vezi, tj. cepi se glavna veriga.
Lastnosti poliuretanske gume
Modul elastičnosti TPU je med gumo in plastiko. Njegova največja odlika je, da ima tako trdoto kot tudi elastičnost, česar druge gume in plastike nimajo.
TPU je razdeljen na dve vrsti: tip poliestra in tip polietra. V primerjavi s fizikalnimi lastnostmi ima poliestrska vrsta boljšo zmogljivost za gumo z nizko trdoto, medtem ko je polieterska vrsta boljša za gumo z visoko trdoto. Poliestrska guma ima boljšo odpornost na olje, toplotno odpornost in oprijem na kovino, medtem ko je polieterska guma boljša za odpornost proti hidrolizi, hladno odpornost in antibakterijske lastnosti.
1. Značilnosti okolja
TPU ima na splošno dobro temperaturno odpornost, temperatura za neprekinjeno dolgotrajno uporabo je 80 do 90 stopinj in lahko v kratkem času doseže približno 120 stopinj. Tudi odpornost poliuretana na nizke temperature je dobra. Temperatura krhkosti poliestrskega poliuretana je -40 stopinj C, polieter poliuretana pa -70 ~ -80 stopinj C, vendar bo pri nizki temperaturi postal trd.
Odpornost TPU na olje je relativno dobra, vendar se odpornost na vodo razlikuje glede na strukturo. Najresnejša razgradnja TPU je posledica reverzibilnosti reakcije nastajanja estra. Ko je ester v stiku z vodo, je reformacija kisline odgovorna za avtokatalitično reakcijo, ki vodi do razpada molekule. Poliestrski uretani bolj razpadejo, če so izpostavljeni vlagi v zraku, kot če so popolnoma potopljeni v vodo. To je zato, ker se ob potopitvi v vodo nastala kislina nenehno izpira.
Odpornost polietra poliuretana proti hidrolizi je 3- do 5-krat večja od odpornosti poliestra poliuretana, ker etrska skupina ne reagira z vodo.
Obstajata dva razloga, zakaj vdor vode povzroči upad učinkovitosti poliuretana: prvi je ta, da vdorna voda tvori vodikove vezi s polarnimi skupinami v poliuretanu, kar oslabi vodikove vezi med polimernimi molekulami. Ta proces je reverzibilen. Po ponovni vzpostavitvi fizičnih lastnosti.
Drugi je, da vdorna voda hidrolizira poliuretan, kar je nepovratno.
Poliuretan se ob dolgotrajni izpostavljenosti sončni svetlobi razbarva in potemni, njegove fizikalne lastnosti pa se postopoma zmanjšujejo. Encimske bakterije lahko povzročijo tudi razgradnjo poliuretana, zato se poliuretanskemu kavčuku, ki se uporablja v industrijski proizvodnji, dodajajo antioksidanti, absorbenti ultravijoličnega sevanja, sredstva proti encimom itd.
2. Mehanske lastnosti
Natezna trdnost: Natezna trdnost poliuretanske gume je razmeroma visoka in običajno doseže 28 do 42 MPa, TPU pa je v sredini, približno 35 MPa.
Raztezek: običajno do 400 do 600, največ je 1000 odstotkov.
Elastičnost: Elastičnost poliuretana je relativno visoka, vendar je tudi njegova histerezna izguba relativno velika, zato je proizvodnja toplote visoka. Z lahkoto se poškoduje pod pogoji obremenitve večkratnega upogibanja in hitrega valjanja.
Trdota: razpon trdote poliuretana je širši kot pri drugih gumah, najnižja je trdota po Shoru 10, večina izdelkov pa ima trdoto od 45 do 95. Ko je trdota višja od 70 stopinj, sta natezna trdnost in fiksna raztezna trdnost višje kot pri naravnem kavčuku. Ko je trdota 80 do 90 stopinj, so natezna trdnost, trdnost fiksnega raztezka in trdnost trganja precej visoke.
Trdnost: Trdnost poliuretana je relativno visoka. Ko se preskusna temperatura dvigne na 100-110 stopinj, je trdnost na trganje enakovredna trdnosti stiren-butadienskega kavčuka.
Odpornost proti obrabi: odpornost proti obrabi poliuretana je zelo dobra, 9-krat večja kot pri naravnem kavčuku in 1- do 3-krat večja kot pri stiren-butadienskem kavčuku
Zahteve za obdelavo
TPU ima dvojne lastnosti plastike in gume. Prav te edinstvene fizikalne in kemijske lastnosti od nas zahtevajo posebno obravnavo pri oblikovanju kalupov in brizganju.
Oblikovanje plesni:
1. Zasnova tekača:
Ker je ulivnik mesto z najvišjim pritiskom, bo kondenzat v ulitku, ko se tlak vbrizgavanja sprosti, povečal upor zaradi elastičnega raztezanja, zaradi česar se bo šoba prilepila na sprednji kalup. Zato je treba pri načrtovanju kalupa čim bolj povečati naklon cevi za odstranjevanje iz kalupa. . Velikost majhnega konca cevi ne sme biti manjša od premera šobe stroja za brizganje. Povečanje velikosti velikega konca zahteva dodaten čas za hlajenje in podaljša cikel vbrizgavanja. Zato se povečanje naklona razkalupljanja doseže predvsem s skrajšanjem dolžine cevi.
V normalnih okoliščinah je premer manjšega konca glavnega kanala približno 2,5 do 3.0 mm, premer velikega konca je manjši od 6.0 mm, dolžina pa ne sme presega 40 mm. Na koncu glavnega kanala je treba namestiti hladilni vodnjak z enakim ali nekoliko večjim premerom kot veliki konec za zbiranje hladnega lepila in zapiranje iztoka vode.
Premer vodila mora biti odvisen od strukture izdelka in dolžine vodila. Na splošno ne sme biti manjša od 40mm. Shunt kanal ima krožno obliko za boljši učinek hlajenja.
2. Zasnova vrat:
Zaradi slabe fluidnosti TPU morata biti globina in širina vrat večji kot pri drugih termoplastičnih materialih, da bi se izognili neskladju med bočnim in vzdolžnim krčenjem, ki ga povzroča brizganje in molekularna orientacija koloida, ki prehaja skozi vrata , medtem ko je dolžinska dimenzija manjša od običajnih, da olajša prehod koloidov. Predolga vrata bodo povzročila izmet koloida med polnjenjem, kar bo vplivalo na videz izdelka. V največji možni meri se je treba izogibati zatičem, ki lahko povzročijo čezmerno striženje in ustvarjanje toplote materiala.
3. Zasnova izpušnega utora:
Izpuh kalupa mora biti zadosten, da prepreči ožig izdelka, še posebej, ko se smer polnjenja gumijastega materiala močno spremeni in je del, kjer je izdelek končno napolnjen, bodite še posebej pozorni na nastavitev izpuha. Globino izpušnega utora je treba razlikovati glede na vrsto TPU. Včasih je globina izpušnega utora le 0,01 mm, na izpušnem utoru pa bo nastala plast, ki je pomembno povezana s posebnimi lastnostmi materiala TPU.
4. Zasnova hladilnega sistema:
Hladilni učinek kalupa je boljši. Pri drugih termoplastičnih materialih, dokler ima zamrznjena plast na površini izdelka med brizganjem zadostno trdnost, se lahko izdelek izvrže in odstrani iz kalupa pri višji temperaturi. Pri TPU, ko je temperatura visoka, se vodikove vezi med molekulami ne obnovijo, natezna trdnost izdelka pa je nizka. Nasilni izmet in odstranjevanje iz kalupa povzročita samo deformacijo izdelka. Ključ je popolnoma obnovljen in TPU je mogoče odstraniti iz kalupa šele, ko ima TPU zadostno trdnost, kar zahteva boljši hladilni učinek kalupa.
5. Določitev stopnje krčenja:
Stopnja krčenja TPU se zelo razlikuje glede na uporabljeno blagovno znamko TPU, debelino in strukturo izdelka ter temperaturo in tlak med brizganjem, njen razpon pa je med {{0}}.1 odstotka in 2,0 odstotka. . Pri načrtovanju kalupa se ne smete sklicevati samo na podatke o stopnji krčenja surovine, temveč tudi glede na strukturo in debelino izdelka, da ocenite temperaturo in tlak vbrizgavanja, ki se bosta uporabljala pri brizganju, in naredite ustrezne popravke. Za izdelke z debelejšimi lokalnimi lepilnimi položaji je tlak, potreben za brizganje, večji, stopnja krčenja oblikovanega izdelka pa manjša, zato je treba zmanjšati stopnjo krčenja TPU. Pri izdelkih z relativno enakomerno lego lepila in debelim izdelkom je treba vrednost stopnje krčenja ustrezno povečati.
Obdelava injekcij
1. Sušenje surovin Ker lahko vdor vlage razgradi TPU
Ko vsebnost vlage v TPU preseže 0,2 odstotka, to ne vpliva le na videz izdelka, ampak se očitno poslabšajo tudi mehanske lastnosti, brizgani izdelek pa ima slabo elastičnost in nizko trdnost. Zato ga je treba pred brizganjem sušiti pri temperaturi od 80 do 110 stopinj 2 do 3 ure.
2. Čiščenje cevi
Cev stroja za brizganje je treba očistiti, mešanje zelo malo drugih surovin pa bo zmanjšalo mehansko trdnost izdelka. Sode, očiščene z ABS, PMMA in PE, je treba pred brizganjem ponovno očistiti z materialom za šobe TPU, ostanke materiala v sodu pa odstraniti z materialom za šobe TPU.
3. Nadzor temperature obdelave
Temperatura obdelave TPU ključno vpliva na končno velikost, izgled in deformacijo izdelka. Temperatura je odvisna od stopnje uporabljenega TPU in posebnih pogojev oblikovanja kalupa. Splošni trend je, da je treba temperaturo obdelave povečati, če želimo doseči majhno stopnjo krčenja; da bi dosegli veliko stopnjo krčenja, je treba temperaturo obdelave znižati. Če surovina ostane v sodu predolgo, bo celo znotraj običajnega temperaturnega območja obdelave TPU povzročila toplotno razgradnjo TPU, zato je treba ostanke materiala v sodu izprazniti pred brizganjem. Zelo pomembna je tudi kontrola temperature šob. V normalnih okoliščinah bi morala biti približno 5 stopinj višja od temperature sprednjega dela cevi.
4. Nadzor hitrosti in tlaka vbrizgavanja
Nižja hitrost vbrizgavanja in daljši čas zadrževanja bosta izboljšala molekularno orientacijo, in čeprav je mogoče doseči manjšo velikost izdelka, bo deformacija izdelka večja, razlika med prečnim in vzdolžnim krčenjem pa bo velika. Velik zadrževalni tlak bo povzročil tudi prekomerno stisnjenje koloida v kalupu, velikost izdelka po odstranitvi iz kalupa pa bo večja od velikosti votline kalupa.
5. Nadzor hitrosti taljenja in protitlaka
Material TPU je bolj občutljiv na striženje. Ko je strižna toplota, ki nastane zaradi visoke hitrosti taljenja in protitlaka, previsoka, bo to povzročilo toplotno degradacijo TPU. Zato se za taljenje TPU običajno uporablja nizka ali srednja hitrost. Če je cikel brizganja dolg, je treba uporabiti funkcijo zakasnjenega taljenja in odpiranje kalupa se bo začelo po končanem taljenju, da se prepreči, da bi surovine predolgo ostale v sodu in se razgradile.
