Mi az a poliuretán?
Az úgynevezett poliuretán a poliuretán rövidítése, amely poliizocianát és poliol reakciójával jön létre, és sok ismétlődő uretáncsoportot (-NH-CO-O-) tartalmaz a molekulaláncban. A tényleges szintetikus poliuretán gyantában az uretáncsoporton kívül olyan csoportok is vannak, mint a karbamid és a biuret. A poliolok hosszú láncú molekulák hidroxilcsoportokkal a végén, amelyeket "lágy szegmenseknek", a poliizocianátokat pedig "kemény szegmenseknek" neveznek.
A lágy és kemény szegmensek által generált poliuretán gyantában az uretán csak kisebbségben van, ezért nem feltétlenül célszerű poliuretánnak nevezni. Tágabb értelemben a poliuretán az izocianát addíciós polimerje.
Különböző típusú izocianátok reagálnak polihidroxi-vegyületekkel, és különböző szerkezetű poliuretánokat képeznek, ezáltal különböző tulajdonságokkal rendelkező polimer anyagokat kapnak, mint például műanyagok, gumik, bevonatok, szálak, ragasztók stb. Poliuretán gumi
A poliuretán gumit először Németországban fejlesztették ki sikeresen 1940-ben, majd 1952 után helyezték ipari termelésbe, míg az én hazámban a -1960s évek közepén fejlesztették és helyezték gyártásba. A poliuretán gumi egyfajta speciális gumihoz tartozik, amelyet poliéter vagy poliészter izocianáttal való reakciójával állítanak elő. A különféle alapanyagok, reakciókörülmények és térhálósítási módszerek miatt számos fajta létezik. Kémiai szerkezetét tekintve poliészter típusú és poliéter típusú, a feldolgozási módot tekintve pedig három típusa van: keverési, öntési és hőre lágyuló típusú.
A szintetikus poliuretán gumit általában lineáris poliészter vagy poliéter diizocianáttal való reagáltatásával állítják elő, így kis molekulatömegű prepolimert állítanak elő. A lánchosszabbító reakció után nagy molekulatömegű polimer képződik, majd megfelelő térhálósító szert adunk hozzá a melegítéshez. Ezt a módszert prepolimerizációnak vagy kétlépcsős eljárásnak nevezik.
Egylépéses módszer is használható – a lineáris poliésztert vagy poliétert közvetlenül összekeverik diizocianáttal, lánchosszabbítóval és térhálósító szerrel, így a reakció során poliuretán gumi keletkezik.
Hőre lágyuló poliuretán gumi (TPU)
A hőre lágyuló poliuretán gumi egy (AB) n-típusú lineáris blokkpolimer, A nagy molekulatömegű poliészter vagy poliéter (molekulatömeg 1000-6000), az úgynevezett hosszú lánc, B jelentése 2-12 lineáris szénatom. Az atomdiol rövid lánc, és az AB szegmensek közötti kémiai kötés diizocianát.
A TPU szerkezete és fizikai tulajdonságai közötti kapcsolat
1. Szegmens szerkezet
A TPU molekulában található A szegmens megkönnyíti a makromolekuláris lánc forgatását, jó rugalmasságot biztosítva a poliuretán guminak, csökkenti a polimer lágyulási pontját és másodlagos átmeneti pontját, valamint csökkenti a keménységet és a mechanikai szilárdságot. A B szegmens megköti a makromolekuláris lánc forgását, így nő a polimer lágyulási pontja és másodlagos átmeneti pontja, nő a keménység és a mechanikai szilárdság, valamint csökken a rugalmasság. Az A és B közötti mólarány beállításával különböző mechanikai tulajdonságokkal rendelkező TPU-k készíthetők.
2. Térhálós szerkezet
A TPU térhálósító szerkezetének az elsődleges térhálósításon kívül figyelembe kell vennie az intermolekuláris hidrogénkötések által létrehozott másodlagos térhálósodást is. A poliuretán elsődleges térhálósító kötése eltér a hidroxi-gumi vulkanizációs szerkezetétől, és uretáncsoportja, biuret-, allofanát-csoportja és egyéb csoportjai szabályosan és térközzel merev szegmensekre helyezkednek el, így a kapott A gumi szabályos hálószerkezetű, így kiváló kopásállósággal és egyéb kiváló tulajdonságokkal rendelkezik.
Másodszor, mivel a poliuretán gumi számos csoportot tartalmaz, például karbamidcsoportokat vagy nagy kohéziós energiájú uretáncsoportokat, a molekulaláncok között kialakuló hidrogénkötések erősek, és a hidrogénkötések által kialakított másodlagos térhálósodás is fontos hatással van a tulajdonságokra. poliuretán gumiból. A másodlagos térhálósítás révén a poliuretán gumi egyrészt a hőre keményedő elasztomer tulajdonságaival rendelkezik, másrészt a térhálósítás valójában nem térhálósító, hanem virtuális térhálósítás, és a térhálósítás. állapota a hőmérséklettől függ.
A hőmérséklet emelkedésével ez a térhálósodás fokozatosan gyengül és megszűnik, és a polimernek van bizonyos folyékonysága, és hőre lágyulóan feldolgozható. Amikor a hőmérsékletet lecsökkentjük, ez a keresztkötés fokozatosan helyreáll és újra kialakul. Kis mennyiségű töltőanyag hozzáadása növeli a molekulák közötti távolságot, gyengül a molekulák közötti hidrogénkötések kialakításának képessége, és az erősség meredeken csökken.
3. A csoport stabilitása
A kutatás azt mutatja, hogy az egyes csoportok stabilitási sorrendje a poliuretán gumiban a magastól az alacsonyig: észter, éter, karbamid, uretán, biuret. A poliuretán gumi öregedési folyamatában az első a biuret és a karbamid csoport. A formiát térhálósodások felhasadnak, ezt követik az uretán és a karbamid kötések, azaz a főlánc hasad.
A poliuretán gumi tulajdonságai
A TPU rugalmassági modulusa a gumi és a műanyag között van. Legnagyobb tulajdonsága, hogy van keménysége és rugalmassága is, ami más gumikban és műanyagokban nem található meg.
A TPU két típusra oszlik: poliészter típusú és poliéter típusú. A fizikai tulajdonságokhoz képest a poliészter típus jobb teljesítményt nyújt az alacsony keménységű gumihoz, míg a poliéter típus a nagy keménységű gumihoz. A poliészter gumi jobb olajállósággal, hőállósággal és fémhez tapadással rendelkezik, míg a poliéter típus jobb a hidrolízis-ellenállóság, a hidegállóság és az antibakteriális tulajdonságok szempontjából.
1. Környezeti jellemzők
A TPU általában jó hőállósággal rendelkezik, a folyamatos, hosszú távú használat hőmérséklete 80-90 fok, és rövid időn belül elérheti a 120 fokot. A poliuretán alacsony hőmérséklet-állósága is jó. A poliészter-poliuretán ridegségi hőmérséklete -40 °C, míg a poliéter-poliuretáné -70 ~ -80 °C, de alacsony hőmérsékleten megkeményedik.
A TPU olajállósága viszonylag jó, de a vízállósága szerkezettől függően változik. A TPU legsúlyosabb lebomlását az észterképződési reakció reverzibilitása okozza. Amikor az észter vízzel érintkezik, a sav újraképződése felelős az autokatalitikus reakcióért, amely a molekula széteséséhez vezet. A poliészter-uretánok jobban szétesnek, ha levegőben lévő nedvességnek vannak kitéve, mint ha teljesen vízbe merítik. Ennek az az oka, hogy vízbe merítve a keletkezett sav folyamatosan kimosódik.
A poliéter-poliuretán hidrolízisállósága 3-5-szöröse a poliészter-poliuretánénak, mivel az étercsoport nem lép reakcióba a vízzel.
Két oka van annak, hogy a víz behatolása a poliuretán teljesítményének csökkenéséhez vezet: az egyik az, hogy a beszivárgó víz a poliuretánban poláris csoportokkal hidrogénkötéseket hoz létre, ami gyengíti a polimer molekulák közötti hidrogénkötéseket. Ez a folyamat visszafordítható. Miután a fizikai tulajdonságok helyreálltak.
A második az, hogy a beáramló víz hidrolizálja a poliuretánt, ami visszafordíthatatlan.
A poliuretán hosszan tartó napfény hatására elszíneződik és elsötétül, fizikai tulajdonságai pedig fokozatosan romlanak. Az enzimbaktériumok a poliuretán lebomlásához is vezethetnek, ezért az ipari gyártásban használt poliuretán gumihoz antioxidánsokat, ultraibolya-abszorbereket, enzimellenes szereket stb.
2. Mechanikai tulajdonságok
Szakítószilárdság: A poliuretán gumi szakítószilárdsága viszonylag magas, általában eléri a 28-42 MPa-t, és a TPU középen van, körülbelül 35 MPa.
Megnyúlás: általában 400-600, a maximum 1000 százalék.
Rugalmasság: A poliuretán rugalmassága viszonylag nagy, de hiszterézisvesztesége is viszonylag nagy, így nagy a hőtermelés. Könnyen megsérül többszöri hajlítás és nagysebességű gördülés terhelési körülményei között.
Keménység: A poliuretán keménységi tartománya szélesebb, mint más gumiké, a legalacsonyabb Shore-keménység 10, és a legtöbb termék keménysége 45-95. Ha a keménység meghaladja a 70 fokot, a szakítószilárdság és a rögzített nyúlási szilárdság magasabb, mint a természetes gumié. Amikor a keménység 80-90 fok, a szakítószilárdság, a rögzített nyúlási szilárdság és a szakítószilárdság meglehetősen magas.
Szakítószilárdság: A poliuretán szakítószilárdsága viszonylag magas. Amikor a teszt hőmérséklete 100-110 fokra emelkedik, a szakítószilárdság megegyezik a sztirol-butadién gumiéval.
Kopásállóság: A poliuretán kopásállósága nagyon jó, 9-szer nagyobb, mint a természetes gumié, és 1-3-szor nagyobb, mint a sztirol-butadién gumié
Feldolgozási követelmények
A TPU kettős tulajdonsággal rendelkezik, a műanyag és a gumi. Ez az egyedülálló fizikai és kémiai jellemző, amely megköveteli, hogy speciális kezelést kapjunk a formatervezés és a fröccsöntés során.
Öntőforma tervezés:
1. A futó kialakítása:
Mivel a fúvóka az a hely, ahol a legnagyobb a nyomás, a befecskendezési nyomás felengedésekor a csőben lévő kondenzátum a rugalmas tágulás miatt megnöveli az ellenállást, ami miatt a fúvóka az elülső formához tapad. Ezért az öntőforma tervezésekor a csap lebontási lejtését a lehető legnagyobb mértékben növelni kell. . A fúvóka kis végének mérete nem lehet kisebb, mint a fröccsöntő gép fúvókájának átmérője. A nagy vég méretének növelése további hűtési időt igényel, és meghosszabbítja a befecskendezési ciklust. Ezért a bontási lejtő növelése elsősorban a csonk hosszának lerövidítésével valósul meg.
Normál körülmények között a főcsatorna kis végének átmérője kb. 2,5-30 mm, a nagy végének átmérője kisebb, mint 60 mm, és a hossza nem szabad meghaladja a 40 mm-t. A főcsatorna végén a nagy végével megegyező vagy valamivel nagyobb átmérőjű hideg kutat kell beállítani a hideg ragasztó összegyűjtésére és a vízkivezetés rögzítésére.
A futómű átmérőjének a termék szerkezetétől és a futószalag hosszától kell függnie. Általánosságban elmondható, hogy nem lehet kisebb 40mm-nél. A söntcsatorna kör alakú a jobb hűtési hatás elérése érdekében.
2. Kapu kialakítása:
A TPU gyenge folyékonysága miatt a kapu mélységének és szélességének nagyobbnak kell lennie, mint más hőre lágyuló anyagoké, hogy elkerüljük az oldalirányú és hosszirányú zsugorodás közötti inkonzisztenciát, amelyet a kapun áthaladó kolloid sugárzása és molekuláris orientációja okoz. , míg a hosszméret Kisebb a közönségeseknél, hogy megkönnyítse a kolloidok áthaladását. A túl hosszú kapu a töltés során a kolloid kilökődését okozza, ami befolyásolja a termék megjelenését. Amennyire csak lehetséges, kerülni kell azokat a csapos kapukat, amelyek túlzott nyírást és hőképződést okozhatnak az anyagban.
3. A kipufogóhorony kialakítása:
A forma kipufogójának elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy a termék ne égjen meg, különösen akkor, ha a gumianyag töltési iránya élesen megváltozik, és az a rész, ahol a terméket végül feltöltik, különös figyelmet kell fordítani a kipufogó beállítására. A kipufogóhorony mélységét meg kell különböztetni a TPU típusától függően. Néha a kipufogóhorony mélysége csak 0,01 mm, és a kipufogóhoronynál burkolat keletkezik, ami fontos összefüggésben van a TPU speciális anyagtulajdonságaival.
4. Hűtőrendszer kialakítása:
A forma hűtő hatása jobb. Más hőre lágyuló anyagok esetében, amennyiben a termék felületén lévő fagyott réteg kellő szilárdságú a fröccsöntés során, a termék magasabb hőmérsékleten kilökhető és szétszedhető. A TPU esetében, amikor a hőmérséklet magas, a molekulák közötti hidrogénkötések nem állnak helyre, és a termék szakítószilárdsága alacsony. Az erőszakos kilökődés és a formázás csak a termék deformálódásához vezet. A kulcs teljesen visszanyerhető, és a TPU-t csak akkor lehet szétszerelni, ha a TPU kellő szilárdságú, ami megköveteli, hogy a forma jobb hűtőhatása legyen.
5. A zsugorodási sebesség meghatározása:
A TPU zsugorodási sebessége nagymértékben változik a használt TPU márkától, a termék vastagságától és szerkezetétől, valamint a fröccsöntés közbeni hőmérséklettől és nyomástól függően, és tartománya {{0}},1 százalék és 2,0 százalék között van. . A forma tervezésekor nem csak az alapanyag zsugorodási sebességére vonatkozó adatokra kell hivatkozni, hanem a termék szerkezete és vastagsága alapján is meg kell becsülni a fröccsöntéshez használandó fröccsöntési hőmérsékletet és nyomást, és elvégezni a megfelelő korrekciókat. Vastagabb lokális ragasztópozíciójú termékeknél nagyobb a fröccsöntéshez szükséges nyomás, kisebb a fröccsöntött termék zsugorodási sebessége, ezért csökkenteni kell a TPU zsugorodási sebességét. Viszonylag egyenletes ragasztóhelyzetű és vastag termék esetén a zsugorodási sebesség értékét megfelelően növelni kell.
Injekciós feldolgozás
1. Nyersanyagok szárítása Mivel a nedvesség behatolása ronthatja a TPU-t
Ha a TPU nedvességtartalma meghaladja a 0,2 százalékot, akkor nemcsak a termék megjelenése van hatással, hanem a mechanikai tulajdonságai is nyilvánvalóan romlanak, és a fröccsöntött termék gyenge rugalmasságú és alacsony szilárdságú. Ezért fröccsöntés előtt 80-110 fokos hőmérsékleten kell szárítani 2-3 órán keresztül.
2. A hordó tisztítása
A fröccsöntő gép hengerét meg kell tisztítani, és nagyon kevés más alapanyag keverése csökkenti a termék mechanikai szilárdságát. Az ABS-sel, PMMA-val és PE-vel megtisztított hordókat fröccsöntés előtt újra meg kell tisztítani TPU fúvókaanyaggal, a hordóban lévő maradék anyagot pedig TPU fúvókaanyaggal kell eltávolítani.
3. A feldolgozási hőmérséklet szabályozása
A TPU feldolgozási hőmérséklete döntő hatással van a termék végső méretére, megjelenésére és deformációjára. A hőmérséklet a használt TPU minőségétől és a formatervezés sajátos körülményeitől függ. Az általános tendencia az, hogy kis zsugorodási sebesség elérése érdekében a feldolgozási hőmérsékletet növelni kell; a nagy zsugorodási sebesség eléréséhez a feldolgozási hőmérsékletet csökkenteni kell. Még a TPU normál feldolgozási hőmérsékleti tartományán belül is, ha a nyersanyag túl sokáig marad a hordóban, az a TPU termikus lebomlásához vezet, és a hordóban lévő maradék anyagot ki kell üríteni a fröccsöntés előtt. A fúvóka hőmérsékletének szabályozása is nagyon fontos. Normál körülmények között körülbelül 5 fokkal magasabbnak kell lennie, mint a hordó elülső végének hőmérséklete.
4. A befecskendezési sebesség és nyomás szabályozása
Az alacsonyabb injektálási sebesség és a hosszabb tartózkodási idő javítja a molekuláris orientációt, és bár kisebb termékméret érhető el, a termék deformációja nagyobb lesz, és nagy lesz a különbség a keresztirányú és a hosszirányú zsugorodás között. A nagy tartónyomás hatására a kolloid túlzottan összenyomódik a formában, és a termék mérete a formázás után nagyobb, mint a formaüreg mérete.
5. Az olvadási sebesség és az ellennyomás szabályozása
A TPU anyaga érzékenyebb a nyírásra. Ha a nagy olvadási sebesség és az ellennyomás által generált nyírási hő túl magas, az a TPU termikus lebomlásához vezet. Ezért a TPU olvasztásához általában alacsony vagy közepes sebességet használnak. Ha a fröccsöntési ciklus hosszú, akkor a késleltetett olvasztási funkciót kell használni, és az öntőforma nyitása az olvasztás befejezése után kezdődik, hogy megakadályozzák a nyersanyagok túl sokáig a hordóban maradását és lebomlását.
