Какво е полиуретан?
Така нареченият полиуретан е съкращението на полиуретан, който се образува от реакцията на полиизоцианат и полиол и съдържа много повтарящи се уретанови групи (-NH-CO-O-) в молекулярната верига. В действителната синтетична полиуретанова смола, в допълнение към уретановата група, има и групи като урея и биурет. Полиолите са дълговерижни молекули с хидроксилни групи в края, които се наричат „меки сегменти“, а полиизоцианатите се наричат „твърди сегменти“.
В полиуретановата смола, генерирана от меките и твърдите сегменти, уретанът е само малцинство, така че не е задължително да се нарича полиуретан. В широк смисъл полиуретанът е присъединителен полимер на изоцианат.
Различни видове изоцианати реагират с полихидрокси съединения, за да образуват полиуретани с различни структури, като по този начин се получават полимерни материали с различни свойства, като пластмаси, гуми, покрития, влакна, лепила и др. Полиуретанова гума
Полиуретановият каучук е разработен за първи път успешно в Германия през 1940 г. и е пуснат в промишлено производство след 1952 г., докато моята страна е разработена и пусната в производство в средата на-1960. Полиуретановият каучук принадлежи към вид специален каучук, който се получава чрез реакция на полиетер или полиестер с изоцианат. Има много разновидности поради различни видове суровини, реакционни условия и методи на омрежване. По отношение на химическата структура има тип полиестер и тип полиетер, а по отношение на метода на обработка има три типа: тип смесване, тип леене и тип термопластмаса.
Синтетичният полиуретанов каучук обикновено се произвежда чрез взаимодействие на линеен полиестер или полиетер с диизоцианат, за да се получи преполимер с ниско молекулно тегло. След реакция на удължаване на веригата се образува високомолекулен полимер и след това се добавя подходящ омрежващ агент, за да го нагрее. Втвърден, за да стане вулканизиран каучук, този метод се нарича метод на преполимеризация или двуетапен метод.
Възможно е също така да се използва едноетапен метод - линейният полиестер или полиетер се смесва директно с диизоцианат, удължител на веригата и омрежващ агент, така че да се получи реакция за генериране на полиуретанова гума.
Термопластичен полиуретанов каучук (TPU)
Термопластичният полиуретанов каучук е (AB) n-тип блоков линеен полимер, A представлява полиестер или полиетер с високо молекулно тегло (молекулно тегло 1000-6000), наречен дълговерижен, B представлява 2-12 линейни въглеродни атоми Атомният диол е къса верига, а химическата връзка между АВ сегментите е диизоцианатна.
Връзката между структурата и физическите свойства на TPU
1. Сегментна структура
Сегментът А в молекулата на TPU прави макромолекулната верига лесна за въртене, придавайки на полиуретановата гума добра еластичност, намалявайки точката на омекване и вторичната преходна точка на полимера и намалявайки твърдостта и механичната якост. B сегментът ще обвърже въртенето на макромолекулната верига, така че точката на омекване и вторичната преходна точка на полимера да се повишат, твърдостта и механичната якост да се повишат и еластичността да се намали. Чрез регулиране на моларното съотношение между А и В могат да се приготвят TPU с различни механични свойства.
2. Омрежена структура
В допълнение към първичното омрежване, омрежващата структура на TPU трябва да вземе предвид и вторичното омрежване, образувано от междумолекулни водородни връзки. Първичната омрежваща връзка на полиуретана е различна от структурата на вулканизация на хидрокси каучука и неговата уретанова група, биурет, алофанатна група и други групи са редовно и разположени в твърди сегменти, така че полученият каучук има правилна мрежеста структура, така че има отлична устойчивост на износване и други отлични свойства.
Второ, тъй като полиуретановият каучук съдържа много групи като карбамидни групи или уретанови групи с голяма кохезивна енергия, водородните връзки, образувани между молекулните вериги, имат висока якост и вторичното омрежване, образувано от водородни връзки. Здравето също има важно влияние върху свойствата от полиуретанова гума. Вторичното омрежване кара полиуретановата гума да има характеристиките на термореактивен еластомер от една страна, а от друга страна омрежването не е наистина омрежване, то е виртуално омрежване и омрежването състоянието зависи от температурата.
С повишаване на температурата това омрежване постепенно отслабва и изчезва, а полимерът има известна течливост и може да бъде термопластично обработен. Когато температурата се понижи, тази кръстосана връзка постепенно се възстановява и се образува отново. Добавянето на малко количество пълнител увеличава разстоянието между молекулите, способността за образуване на водородни връзки между молекулите е отслабена и силата рязко ще спадне.
3. Стабилността на групата
Изследването показва, че редът на стабилност на всяка група в полиуретанова гума от висока към ниска е: естер, етер, урея, уретан, биурет. В процеса на стареене на полиуретанова гума, първата е групата на биурет и урея. Формиатните напречни връзки се разцепват, последвани от връзките на уретан и урея, т.е. основната верига се разцепва.
Свойства на полиуретановия каучук
Еластичният модул на TPU е между гумата и пластмасата. Най-голямата му характеристика е, че има както твърдост, така и еластичност, което не се среща в други гуми и пластмаси.
TPU е разделен на два вида: тип полиестер и тип полиетер. В сравнение с физическите свойства, типът полиестер има по-добра производителност за гума с ниска твърдост, докато типът полиетер е по-добър за гума с висока твърдост. Полиестерният каучук има по-добра маслоустойчивост, топлоустойчивост и адхезия към метал, докато полиетерният тип е по-добър за устойчивост на хидролиза, устойчивост на студ и антибактериални свойства.
1. Характеристики на околната среда
TPU обикновено има добра температурна устойчивост, температурата за непрекъсната дългосрочна употреба е 80 до 90 градуса и може да достигне около 120 градуса за кратко време. Нискотемпературната устойчивост на полиуретана също е добра. Температурата на крехкост на полиестерния полиуретан е -40 градуса C, докато полиетерният полиуретан е -70 ~ -80 градуса C, но ще стане твърд при ниска температура.
Маслоустойчивостта на TPU е сравнително добра, но водоустойчивостта варира в зависимост от структурата. Най-сериозното разграждане на TPU се причинява от обратимостта на реакцията на образуване на естер. Когато естерът влезе в контакт с вода, преобразуването на киселината е отговорно за автокаталитичната реакция, водеща до разпадане на молекулата. Полиестерните уретани се разпадат повече, когато са изложени на влага във въздуха, отколкото когато са напълно потопени във вода. Това е така, защото при потапяне във вода образуваната киселина непрекъснато се отмива.
Устойчивостта на хидролиза на полиетер полиуретана е 3 до 5 пъти по-висока от тази на полиестер полиуретана, тъй като етерната група няма да реагира с вода.
Има две причини, поради които проникването на вода води до влошаване на производителността на полиуретана: едната е, че проникналата вода образува водородни връзки с полярните групи в полиуретана, което отслабва водородните връзки между полимерните молекули. Този процес е обратим. След възстановяване на физическите свойства.
Второто е, че нахлулата вода хидролизира полиуретана, което е необратимо.
Полиуретанът ще се обезцвети и потъмнее при продължително излагане на слънчева светлина и физическите му свойства постепенно ще се влошат. Ензимните бактерии също могат да доведат до разграждане на полиуретана, така че към полиуретановия каучук, използван в промишленото производство, се добавят антиоксиданти, ултравиолетови абсорбери, антиензимни агенти и др.
2. Механични свойства
Якост на опън: Якостта на опън на полиуретановата гума е сравнително висока, като обикновено достига 28 до 42 MPa, а TPU е в средата, около 35 MPa.
Удължение: обикновено до 400 до 600, максимумът е 1000 процента.
Еластичност: Еластичността на полиуретана е сравнително висока, но неговата загуба на хистерезис също е сравнително голяма, така че генерирането на топлина е високо. Лесно се поврежда при условия на натоварване на многократно огъване и високоскоростно валцуване.
Твърдост: Диапазонът на твърдост на полиуретана е по-широк от този на другите каучуци, най-ниската е твърдост по Шор 10 и повечето продукти имат твърдост от 45 до 95. Когато твърдостта е по-висока от 70 градуса, якостта на опън и якостта на фиксирано удължение са по-високи от тези на естествения каучук. Когато твърдостта е от 80 до 90 градуса, якостта на опън, якостта на фиксирано удължение и якостта на разкъсване са доста високи.
Якост на разкъсване: Якостта на разкъсване на полиуретана е относително висока. Когато температурата на изпитване се повиши до 100-110 градуса, якостта на разкъсване е еквивалентна на тази на стирен-бутадиенов каучук.
Износоустойчивост: Износоустойчивостта на полиуретана е много добра, 9 пъти по-висока от тази на естествения каучук и 1 до 3 пъти по-висока от тази на стирен-бутадиеновия каучук
Изисквания за обработка
TPU има двойните характеристики на пластмаса и гума. Това са тези уникални физични и химични характеристики, които изискват да бъдем специално третирани при проектирането на матрици и леенето под налягане.
Дизайн на мухъл:
1. Дизайнът на бегача:
Тъй като леяк е мястото с най-високо налягане, когато налягането на впръскване се освободи, кондензатът в леяка ще увеличи съпротивлението поради еластичното разширение, което ще доведе до залепване на дюзата към предната форма. Следователно, наклонът на изваждането от формата на леяк трябва да се увеличи колкото е възможно повече при проектирането на формата. . Размерът на малкия край на леяк не може да бъде по-малък от диаметъра на дюзата на машината за леене под налягане. Увеличаването на размера на големия край изисква допълнително време за охлаждане и удължава цикъла на инжектиране. Следователно, увеличаването на наклона на деформиране се осъществява главно чрез скъсяване на дължината на леяк.
При нормални обстоятелства диаметърът на малкия край на главния канал е около 2,5 до 3.{3}} mm, диаметърът на големия край е по-малък от 6.{5}} mm и дължината не трябва надвишава 40 mm. В края на главния канал трябва да се постави студен кладенец със същия или малко по-голям диаметър като големия край за събиране на студено лепило и закопчаване на изхода за вода.
Диаметърът на плъзгача трябва да зависи от структурата на продукта и дължината на плъзгача. Най-общо казано, не трябва да е по-малко от 4.0mm. Шунтиращият канал има кръгла форма за постигане на по-добър охлаждащ ефект.
2. Дизайн на портата:
Поради лошата течливост на TPU, дълбочината и ширината на затвора трябва да са по-големи от тези на други термопластични материали, за да се избегне несъответствието между страничното и надлъжното свиване, причинено от струята и молекулярната ориентация на колоид, преминаващ през затвора , докато размерът на дължината е по-малък от обикновените, за да се улесни преминаването на колоидите. Твърде дълъг затвор ще доведе до изхвърляне на колоид по време на пълнене, което ще повлияе на външния вид на продукта. Штифтовете, които могат да причинят прекомерно срязване и генериране на топлина на материала, трябва да се избягват, доколкото е възможно.
3. Дизайн на изпускателния канал:
Изпускателната тръба на формата трябва да е достатъчна, за да предотврати изгарянето на продукта, особено когато посоката на пълнене на гумения материал се промени рязко и частта, където продуктът е окончателно запълнен, обърнете специално внимание на настройката на изпускателната тръба. Дълбочината на изпускателния канал трябва да се разграничи според вида на TPU. Понякога дълбочината на изпускателния жлеб е само 0,01 mm и в изпускателния жлеб ще се генерира драперия, което има важна връзка със специалните свойства на материала на TPU.
4. Проектиране на охладителната система:
Охлаждащият ефект на формата е по-добър. За други термопластични материали, стига замразеният слой на повърхността на продукта да има достатъчна здравина по време на леене под налягане, продуктът може да бъде изваден и изваден от формата при по-висока температура. За TPU, когато температурата е висока, водородните връзки между молекулите не се възстановяват и якостта на опън на продукта е ниска. Принудителното изваждане и изваждане от формата ще доведе само до деформация на продукта. Ключът е напълно възстановен и TPU може да бъде изваден от формата само когато TPU има достатъчна здравина, което изисква охлаждащият ефект на матрицата да бъде по-добър.
5. Определяне на степента на свиване:
Степента на свиване на TPU варира значително в зависимост от използваната марка TPU, дебелината и структурата на продукта, както и температурата и налягането по време на леене под налягане, и нейният диапазон е между {{0}}.1 процента и 2,0 процента . Когато проектирате матрицата, не само трябва да се обърнете към данните за степента на свиване на суровината, но и според структурата и дебелината на продукта, за да оцените температурата и налягането на впръскване, които да се използват при леене под налягане, и да направите подходящи корекции. За продукти с по-дебели локални лепилни позиции, налягането, необходимо за леене под налягане, е по-голямо и степента на свиване на формования продукт е по-малка, така че е необходимо да се намали степента на свиване на TPU. За продукти с относително еднакво положение на лепилото и дебел продукт, стойността на степента на свиване трябва да бъде съответно увеличена.
Инжекционна обработка
1. Сушене на суровини Тъй като навлизането на влага може да влоши TPU
Когато съдържанието на влага в TPU надвишава 0.2 процента, не само външният вид на продукта е засегнат, но и механичните свойства очевидно се влошават, а шприцованият продукт има слаба еластичност и ниска якост. Следователно, трябва да се изсуши при температура от 80 градуса до 110 градуса за 2 до 3 часа преди леене под налягане.
2. Почистване на цевта
Цилиндърът на машината за леене под налягане трябва да се почисти и смесването на много малко други суровини ще намали механичната якост на продукта. Варелите, почистени с ABS, PMMA и PE, трябва да бъдат почистени отново с TPU материал за дюзи преди леене под налягане, а остатъчният материал в цевта трябва да бъде отстранен с TPU материал за дюзи.
3. Контрол на температурата на обработка
Температурата на обработка на TPU има решаващо влияние върху крайния размер, външния вид и деформацията на продукта. Температурата зависи от вида на използвания TPU и специфичните условия на дизайна на формата. Общата тенденция е, че за да се получи малка степен на свиване, температурата на обработка трябва да се повиши; за да се получи голяма степен на свиване, температурата на обработка трябва да се понижи. Дори в рамките на нормалния температурен диапазон на обработка на TPU, ако суровината остане в цевта твърде дълго, това ще доведе до термично разграждане на TPU и остатъчният материал в цевта трябва да се изпразни преди леене под налягане. Контролът на температурата на дюзата също е много важен. При нормални обстоятелства тя трябва да е с около 5 градуса по-висока от температурата на предния край на цевта.
4. Контрол на скоростта и налягането на впръскване
По-ниската скорост на инжектиране и по-дългото време на задържане ще подобрят молекулярната ориентация и въпреки че може да се получи по-малък размер на продукта, деформацията на продукта ще бъде по-голяма и разликата между напречното и надлъжното свиване ще бъде голяма. Голямото налягане на задържане също ще доведе до прекомерно компресиране на колоида във формата и размерът на продукта след изваждане от формата е по-голям от размера на кухината на формата.
5. Контрол на скоростта на топене и обратното налягане
TPU материалът е по-чувствителен към срязване. Когато топлината на срязване, генерирана от висока скорост на топене и обратно налягане, е твърде висока, това ще доведе до термично разграждане на TPU. Следователно, обикновено се използва ниска или средна скорост за топене на TPU. Ако цикълът на леене под налягане е дълъг, трябва да се използва функцията за забавено топене и отварянето на матрицата ще започне след приключване на топенето, за да се предотврати престоят на суровините в цевта твърде дълго и разграждането им.
