Kas yra Poliuretanas?
Vadinamasis poliuretanas yra poliuretano, kuris susidaro reaguojant poliizocianatui ir polioliui, santrumpa, kurio molekulinėje grandinėje yra daug pasikartojančių uretano grupių (-NH-CO-O-). Faktinėje sintetinėje poliuretano dervoje, be uretano grupės, taip pat yra tokių grupių kaip karbamidas ir biuretas. Polioliai yra ilgos grandinės molekulės, kurių gale yra hidroksilo grupės, kurios vadinamos „minkštaisiais segmentais“, o poliizocianatai – „kietais segmentais“.
Poliuretano dervoje, kurią sukuria minkšti ir kieti segmentai, uretano yra tik mažuma, todėl nebūtinai tikslinga jį vadinti poliuretanu. Plačiąja prasme poliuretanas yra papildomas izocianato polimeras.
Įvairių tipų izocianatai reaguoja su polihidroksi junginiais, sudarydami įvairių struktūrų poliuretanus ir taip gaunamos skirtingų savybių polimerinės medžiagos, tokios kaip plastikai, gumos, dangos, pluoštai, klijai ir kt. Poliuretano kaučiukas
Poliuretano kaučiukas pirmą kartą buvo sėkmingai sukurtas Vokietijoje 1940 m., o pramoninė gamyba buvo pradėta po 1952 m., o mano šalis buvo sukurta ir pradėta gaminti viduryje. Poliuretano kaučiukas priklauso specialios gumos rūšiai, kuri gaunama reaguojant polieteriui arba poliesteriui su izocianatu. Yra daug veislių dėl skirtingų žaliavų tipų, reakcijos sąlygų ir kryžminio susiejimo metodų. Pagal cheminę struktūrą yra poliesterio tipo ir polieterio tipo, o pagal apdorojimo būdą – trys tipai: maišymo, liejimo ir termoplastinio tipo.
Sintetinė poliuretano guma paprastai gaminama linijiniam poliesteriui arba polieteriui reaguojant su diizocianatu, kad būtų sudarytas mažos molekulinės masės prepolimeras. Po grandinės pratęsimo reakcijos susidaro didelės molekulinės masės polimeras, o po to pridedamas tinkamas kryžminio ryšio agentas, kad jį pašildytų. Sukietėjęs iki vulkanizuotos gumos, šis metodas vadinamas prepolimerizacija arba dviejų pakopų metodu.
Taip pat galima naudoti vieno etapo metodą – linijinis poliesteris arba polieteris tiesiogiai sumaišomas su diizocianatu, grandinės ilgintuvu ir kryžminiu ryšiu, kad reakcija įvyktų ir susidarytų poliuretano kaučiukas.
Termoplastinė poliuretano guma (TPU)
Termoplastinis poliuretano kaučiukas yra (AB) n tipo blokinis linijinis polimeras, A reiškia didelės molekulinės masės poliesterį arba polieterį (molekulinė masė 1000-6000), vadinamą ilga grandine, B reiškia 2-12 linijines anglies atomus. Atominis diolis yra trumpa grandinė, o cheminis ryšys tarp AB segmentų yra diizocianatas.
Ryšys tarp TPU struktūros ir fizinių savybių
1. Segmentų struktūra
TPU molekulėje esantis A segmentas leidžia lengvai pasukti stambiamolekulinę grandinę, todėl poliuretano guma yra gerai elastinga, sumažina polimero minkštėjimo ir antrinio perėjimo tašką bei sumažina kietumą ir mechaninį stiprumą. B segmentas suriš makromolekulinės grandinės sukimąsi, kad padidėtų polimero minkštėjimo taškas ir antrinis perėjimo taškas, padidėtų kietumas ir mechaninis stiprumas, sumažėtų elastingumas. Reguliuojant molinį santykį tarp A ir B, galima paruošti skirtingų mechaninių savybių TPU.
2. Kryžminė struktūra
Be pirminio kryžminio sujungimo, TPU kryžminio susiejimo struktūroje taip pat reikia atsižvelgti į antrinį kryžminį ryšį, kurį sudaro tarpmolekuliniai vandenilio ryšiai. Pirminis poliuretano kryžminis ryšys skiriasi nuo hidroksi kaučiuko vulkanizacijos struktūros, o jo uretano grupė, biuretas, alofanato grupė ir kitos grupės yra taisyklingai ir suskirstytos į standžius segmentus, todėl gauta Guma turi taisyklingą tinklinę struktūrą, todėl jis turi puikų atsparumą dilimui ir kitas puikias savybes.
Antra, kadangi poliuretano kaučiukėje yra daug grupių, tokių kaip karbamido grupės arba uretano grupės, turinčios didelę kohezijos energiją, vandeniliniai ryšiai, susidarantys tarp molekulinių grandinių, turi didelį stiprumą, o antrinis kryžminis ryšys, kurį sudaro vandeniliniai ryšiai, taip pat turi didelę įtaką savybėms. iš poliuretano gumos. Dėl antrinio kryžminio sujungimo poliuretano guma turi termoreaktingo elastomero savybes, kita vertus, kryžminis sujungimas iš tikrųjų nėra kryžminis, tai yra virtualus kryžminis sujungimas, o kryžminis sujungimas. būklė priklauso nuo temperatūros.
Kylant temperatūrai, šis kryžminis ryšys palaipsniui silpnėja ir išnyksta, o polimeras turi tam tikrą sklandumą ir gali būti apdorotas termoplastiniu būdu. Nuleidus temperatūrą, ši kryžminė jungtis palaipsniui atkuriama ir vėl susidaro. Pridėjus nedidelį kiekį užpildo, padidėja atstumas tarp molekulių, susilpnėja gebėjimas sudaryti vandenilinius ryšius tarp molekulių, stipriai sumažės.
3. Grupės stabilumas
Tyrimai rodo, kad kiekvienos grupės stabilumo tvarka poliuretano kaučiukėje nuo didelio iki žemo yra: esteris, eteris, karbamidas, uretanas, biuretas. Poliuretano kaučiuko senėjimo procese pirmoji yra biureto ir karbamido grupė. Formiato skersiniai ryšiai suskaidomi, po to seka uretano ir karbamido jungtys, ty pagrindinė grandinė suskaidoma.
Poliuretano gumos savybės
TPU tamprumo modulis yra tarp gumos ir plastiko. Didžiausias jo bruožas yra tas, kad jis turi ir kietumą, ir elastingumą, kurio nėra kitose gumose ir plastikuose.
TPU skirstomas į du tipus: poliesterio ir polieterio. Palyginti su fizinėmis savybėmis, poliesterio tipas yra geresnis mažo kietumo gumai, o polieterio tipas yra geresnis didelio kietumo gumai. Poliesterio guma pasižymi geresniu atsparumu alyvai, karščiui ir sukibimui su metalu, o polieterio tipas yra geresnis dėl atsparumo hidrolizei, atsparumo šalčiui ir antibakterinėms savybėms.
1. Aplinkos charakteristikos
TPU paprastai turi gerą atsparumą temperatūrai, nuolatinio ilgalaikio naudojimo temperatūra yra nuo 80 iki 90 laipsnių ir per trumpą laiką gali pasiekti apie 120 laipsnių. Poliuretano atsparumas žemai temperatūrai taip pat yra geras. Poliesterio poliuretano trapumo temperatūra yra -40 laipsniai C, o polieterio poliuretano - -70 ~ -80 laipsniai C, tačiau žemoje temperatūroje jis taps kietas.
TPU atsparumas alyvai yra gana geras, tačiau atsparumas vandeniui skiriasi priklausomai nuo konstrukcijos. Rimčiausią TPU degradaciją sukelia esterių susidarymo reakcijos grįžtamumas. Kai esteris susiliečia su vandeniu, rūgšties pertvarkymas yra atsakingas už autokatalizinę reakciją, dėl kurios molekulė suyra. Poliesterio uretanai labiau suyra veikiami oro drėgmės nei visiškai panardinti į vandenį. Taip yra todėl, kad panardinus į vandenį susidariusi rūgštis nuolat nuplaunama.
Polieterio poliuretano atsparumas hidrolizei yra 3–5 kartus didesnis nei poliesterio poliuretano, nes eterio grupė nereaguos su vandeniu.
Yra dvi priežastys, kodėl dėl vandens įsiskverbimo sumažėja poliuretano efektyvumas: viena yra ta, kad įsiskverbęs vanduo sudaro vandenilinius ryšius su poliuretano polinėmis grupėmis, o tai susilpnina vandenilio ryšius tarp polimero molekulių. Šis procesas yra grįžtamas. Atkūrus fizines savybes.
Antrasis – įsiveržęs vanduo hidrolizuoja poliuretaną, o tai negrįžtama.
Ilgai veikiant saulės spinduliams poliuretanas išbluks ir patamsės, o jo fizinės savybės palaipsniui mažės. Fermentinės bakterijos taip pat gali sukelti poliuretano irimą, todėl į pramoninėje gamyboje naudojamą poliuretano kaučiuką dedama antioksidantų, ultravioletinių spindulių absorbentų, antifermentinių medžiagų ir kt.
2. Mechaninės savybės
Tempiamasis stipris: poliuretano gumos atsparumas tempimui yra gana didelis, paprastai siekia 28–42 MPa, o TPU yra viduryje, apie 35 MPa.
Pailgėjimas: paprastai iki 400 iki 600, didžiausias yra 1000 procentų.
Elastingumas: poliuretano elastingumas yra gana didelis, tačiau jo histerezės nuostoliai taip pat yra gana dideli, todėl šilumos generavimas yra didelis. Jis lengvai pažeidžiamas daugkartinio lenkimo ir didelio greičio riedėjimo apkrovos sąlygomis.
Kietumas: poliuretano kietumo diapazonas yra platesnis nei kitų gumų, mažiausias yra Shore kietumas 10, o daugumos gaminių kietumas yra nuo 45 iki 95. Kai kietumas yra didesnis nei 70 laipsnių, tempiamasis stipris ir fiksuotas pailgėjimo stipris yra didesnis nei natūralaus kaučiuko. Kai kietumas yra nuo 80 iki 90 laipsnių, atsparumas tempimui, fiksuotas pailgėjimo stiprumas ir atsparumas plyšimui yra gana dideli.
Plyšimo stiprumas: poliuretano atsparumas plyšimui yra gana didelis. Kai bandymo temperatūra pakyla iki 100-110 laipsnio, atsparumas plyšimui prilygsta stireno-butadieno gumos stiprumui.
Atsparumas dilimui: poliuretano atsparumas dilimui yra labai geras, 9 kartus didesnis nei natūralaus kaučiuko ir 1–3 kartus didesnis nei stireno-butadieno kaučiuko.
Apdorojimo reikalavimai
TPU turi dvigubas plastiko ir gumos savybes. Būtent dėl šių unikalių fizinių ir cheminių savybių turime būti specialiai apdoroti formų projektavimo ir liejimo įpurškimo metu.
Formos dizainas:
1. Bėgiko dizainas:
Kadangi sraigtas yra ta vieta, kurioje slėgis didžiausias, atleidus įpurškimo slėgį kondensatas, esantis sraigėje, padidins atsparumą dėl elastinio plėtimosi, todėl antgalis prilips prie priekinės formos. Todėl projektuojant formą reikėtų kiek įmanoma padidinti sriegio išardymo nuolydį. . Mažojo spygliuočio galo dydis negali būti mažesnis už liejimo mašinos antgalio skersmenį. Padidinus didelio galo dydį, reikia papildomo aušinimo laiko ir pailgėja įpurškimo ciklas. Todėl griovimo nuolydžio didinimas daugiausia realizuojamas sutrumpinant sriegio ilgį.
Įprastomis aplinkybėmis pagrindinio kanalo mažojo galo skersmuo yra apie 2,5–30 mm, didžiojo galo skersmuo yra mažesnis nei 60 mm, o ilgis neturėtų būti viršyti 40 mm. Pagrindinio kanalo gale turi būti įrengtas tokio pat arba šiek tiek didesnio skersmens šaltas šulinys, kaip ir didysis galas, kad būtų surinkti šalti klijai ir užsegta vandens išleidimo anga.
Bėgimo skersmuo turėtų priklausyti nuo gaminio struktūros ir bėgiko ilgio. Paprastai tariant, jis neturėtų būti mažesnis nei 4.{1}}mm. Šunto kanalas įgauna apskritimo formą, kad būtų geresnis aušinimo efektas.
2. Vartų dizainas:
Dėl prasto TPU sklandumo vartų gylis ir plotis turėtų būti didesni nei kitų termoplastinių medžiagų, kad būtų išvengta neatitikimo tarp šoninio ir išilginio susitraukimo, kurį sukelia pro vartus einančio koloido srovė ir molekulinė orientacija. , o ilgio matmuo yra mažesnis nei įprastų, kad palengvintų koloidų praėjimą. Dėl per ilgų vartelių užpildymo metu išsiskirs koloidas, o tai turės įtakos gaminio išvaizdai. Reikėtų kiek įmanoma vengti kaištinių vartų, kurie gali sukelti pernelyg didelį medžiagos kirpimą ir šilumos susidarymą.
3. Išmetimo griovelio konstrukcija:
Formos išmetimas turi būti pakankamas, kad gaminys neapdegtų, ypač kai stipriai keičiasi guminės medžiagos užpildymo kryptis ir dalis, kurioje gaminys galutinai užpildomas, ypatingą dėmesį atkreipkite į išmetimo nustatymą. Išmetimo griovelio gylis turėtų būti atskirtas pagal TPU tipą. Kartais išmetimo griovelio gylis yra tik 0,01 mm, o prie išmetimo griovelio susidarys apdangalas, o tai svarbus ryšys su ypatingomis TPU medžiagos savybėmis.
4. Aušinimo sistemos konstrukcija:
Formos aušinimo efektas yra geresnis. Kitoms termoplastinėms medžiagoms, jei užšalęs sluoksnis ant gaminio paviršiaus yra pakankamai tvirtas liejimo metu, gaminį galima išstumti ir išardyti aukštesnėje temperatūroje. TPU atveju, kai temperatūra yra aukšta, vandeniliniai ryšiai tarp molekulių neatsistato, o gaminio atsparumas tempimui yra mažas. Priverstinis išstūmimas ir išardymas tik sukels gaminio deformaciją. Raktas yra visiškai atkurtas, o TPU galima išardyti tik tada, kai TPU turi pakankamai tvirtumo, todėl reikia geresnio formos vėsinimo efekto.
5. Susitraukimo greičio nustatymas:
TPU susitraukimo greitis labai skiriasi priklausomai nuo naudojamo TPU prekės ženklo, gaminio storio ir struktūros bei temperatūros ir slėgio liejimo metu, o jo diapazonas yra nuo {{0}},1 iki 2,0 proc. . Kuriant formą reikia ne tik remtis duomenimis apie žaliavos susitraukimo greitį, bet ir pagal gaminio struktūrą bei storį, kad būtų galima įvertinti įpurškimo temperatūrą ir slėgį, kuris bus naudojamas liejant įpurškimui, ir atlikti atitinkamus pataisymus. Gaminiams su storesnėmis vietinėmis klijų pozicijomis įpurškimui reikalingas slėgis yra didesnis, o formuojamo gaminio susitraukimo greitis yra mažesnis, todėl būtina sumažinti TPU susitraukimo greitį. Gaminiams su gana vienoda klijų padėtimi ir storu gaminiu susitraukimo laipsnio vertė turėtų būti atitinkamai padidinta.
Injekcinis apdorojimas
1. Žaliavų džiovinimas Kadangi drėgmės įsiskverbimas gali pabloginti TPU
Kai TPU drėgmės kiekis viršija 0,2 proc., nukenčia ne tik gaminio išvaizda, bet ir akivaizdžiai pablogėja mechaninės savybės, o įpurškiamas produktas yra silpnas elastingumas ir mažas stiprumas. Todėl prieš formuojant įpurškimą, jis turi būti džiovinamas 80–110 laipsnių temperatūroje 2–3 valandas.
2. Statinės valymas
Injekcinio liejimo mašinos statinė turi būti išvalyta, o sumaišius labai nedaug kitų žaliavų sumažės gaminio mechaninis stiprumas. ABS, PMMA ir PE išvalytas statines prieš liejimą reikia dar kartą nuvalyti TPU antgalio medžiaga, o statinėje likusias medžiagas pašalinti TPU antgalio medžiaga.
3. Apdorojimo temperatūros kontrolė
TPU apdorojimo temperatūra turi lemiamos įtakos galutiniam gaminio dydžiui, išvaizdai ir deformacijai. Temperatūra priklauso nuo naudojamo TPU klasės ir specifinių formos konstrukcijos sąlygų. Bendra tendencija tokia, kad norint gauti nedidelį susitraukimo greitį, reikia padidinti apdorojimo temperatūrą; norint gauti didelį susitraukimo greitį, reikia sumažinti apdorojimo temperatūrą. Net esant normaliam TPU apdorojimo temperatūrų diapazonui, jei žaliava per ilgai išliks statinėje, tai sukels TPU terminį skilimą, o likutinė medžiaga statinėje turi būti ištuštinta prieš liejimą. Taip pat labai svarbu kontroliuoti purkštukų temperatūrą. Įprastomis aplinkybėmis ji turėtų būti maždaug 5 laipsniais aukštesnė už statinės priekinio galo temperatūrą.
4. Įpurškimo greičio ir slėgio kontrolė
Mažesnis įpurškimo greitis ir ilgesnis laikymo laikas pagerins molekulinę orientaciją ir, nors gali būti gautas mažesnis gaminio dydis, gaminio deformacija bus didesnė, o skirtumas tarp skersinio ir išilginio susitraukimo bus didelis. Dėl didelio laikymo slėgio koloidas taip pat bus per daug suspaustas formoje, o gaminio dydis po išardymo bus didesnis nei formos ertmės dydis.
5. Lydymosi greičio ir priešslėgio kontrolė
TPU medžiaga yra jautresnė kirpimui. Kai kirpimo šiluma, kurią sukuria didelis lydymosi greitis ir priešslėgis, yra per didelė, tai sukels TPU terminį skilimą. Todėl TPU lydymui paprastai naudojamas mažas arba vidutinis greitis. Jei liejimo įpurškimo ciklas yra ilgas, reikia naudoti atidėto lydymosi funkciją, o pelėsių atidarymas prasidės po lydymosi pabaigos, kad žaliavos per ilgai neliktų statinėje ir nesuirtų.
