Термопластичный полиуретан что это такое?

Свойства и особенности термопластичного полиуретана

Современная наука ежегодно разрабатывает новые материалы, основой которых становятся синтетические полимеры. Эти вещества широко распространены во всех сферах производства и быта. Без полимеров трудно представить современный мир. Потребность в новых материалах, более прочных и твердых (или наоборот эластичных), выдерживающих высокое электрическое напряжение и резкие перепады температур, толкает ученых на различные эксперименты, связанные с синтезом полимеров или соединением органических и неорганических веществ для получения более совершенных составов.

Одним из новых материалов стал термопластичный полиуретан (ТПУ)– полимер, обладающий уникальными техническими характеристиками, благодаря которым он завоевал высокую популярность во многих сферах и отраслях промышленности.

Происхождение и основные свойства

Термопластичный полиуретан – это полимерный материал, сочетающий в себе твердость крепкого пластика и эластичность природного каучука. Появился материал в 60-х годах минувшего века, когда группа американских ученых впервые его синтезировала. В зависимости от основного компонента, итоговые свойства материала могут существенно меняться.

Основой для сырья могут быть:

• простые полиэфиры;
• сложные полиэфиры;
• алифатический изоцианат.

Если в составе полиуретана преобладает простой полиэфир, то основными свойствами полученного вещества станет повышенная стойкость к гидролизу, морозоустойчивость, высокая износостойкость. Дополнительно вещество не будет подвержено действию микроорганизмов.

В случае, когда основу составляют сложные полиэфиры, у готового материала будут несколько иные особенности – дополнительно увеличивается предел прочности на растяжение, износостойкость и появляется возможность быстрого восстановления изначальной формы.

Полиуретан на основе третьего компонента приобретает повышенный уровень сопротивляемости ультрафиолетовому излучению и высокую степень пластичности при отрицательных температурах.

В зависимости от приоритетных свойств готовой продукции, разнятся сферы его применения. Одной из особенностей материала является возможность на изначальной стадии получения вещества задавать и корректировать необходимые параметры, тем самым расширяя область использования. Получают материал в основном методом литья из гранулята – сегментов прямоугольной, круглой или линзовидной формы.

Ключевые характеристики

Вне зависимости от преобладающего вещества в составе термопластичного полиуретана, полученные материалы обладают целым рядом общих характеристик и полезных свойств.

Термопластичный полиуретан, характеристики:

• материал стойкий к погодным условиям и хорошо держит форму;
• высокая прочность при деформации на изгиб и растяжениях;
• хорошие свойства шумопоглощения и виброгашения;
• возможность окрашивания в любой цвет;
• высокая степень износостойкости.

Кроме того, полимер обладает хорошей устойчивостью к морской воде, жирам, не подвержен воздействию микробов или бактерий. Для дополнительной прочности полимер может быть армирован стекловолокном. Материал имеет высокий уровень устойчивости к естественному старению и допускает повторную переработку.

Отрасли применения

Термопластичный полиуретан, свойства которого могут меняться в зависимости от способа производства и основного вещества, успешно применяется в различных сферах – автомобильная промышленность, кабельная продукция, производство товаров народного потребления.

В автомобилестроении материал используется для изготовления ручек переключателей элементов изоляции салона, из него изготавливают амортизационные опоры шасси, солнцезащитные козырьки и декоративные элементы.

Полимер прекрасно подходит для изоляции проводки, в качестве оплетки силовых кабелей или для создания шлангов высокого давления.

Касаемо товаров народного потребления, то здесь материалу нет равных. Больше всего из ТПУ изготавливают обувных подошв. Они обладают высокой стойкостью к морозам (зимняя обувь), эластичностью и прочностью, а высокая эргономичность, износостойкость и антисептические свойства сделали эти подошвы основным элементом любой обуви (повседневная, защитная, спортивная).

При производстве товаров для спорта, туризма и отдыха термопластичные полиуретаны также играют важную роль. В качестве примеров можно привести наконечники для лыж, ботинки для зимних видов спорта (сноуборд, коньки), ролики для скейтов, различные крепежные и соединительные элементы.

Краткие итоги

ТПУ является на сегодняшний день одним из наиболее востребованных полимерных материалов. Обладая прекрасными конструктивными и технологическими свойствами, он используется в различных отраслях, начиная от обмотки силового кабеля, заканчивая декоративной накладкой в салоне автомобиля. Ключевая особенность контролировать и изменять свойства готового материала на стадии производства, открывает перед полимером в будущем практические неограниченные горизонты и сферы применения.

Свойства и особенности термопластичного полиуретана

Полиуретан – это полимер, имеющий гетероцепное строение, в составе макромолекул которого содержится незамещенная (замещенная) группа –N(R)–C(O)O–.

• Немного истории
• Основные свойства
• Общие характеристики
• Область использования

Термопластичные полимеры – это материалы, которые способны при повышении температуры переходить в текучее, вязкое состояние и обратимо возвращаться в исходное состояние после снятия нагрева.

Немного истории

Термопластичный полиуретан появился в 60-х годах прошлого века. Он был синтезирован группой американских ученых.

Основные свойства

Как спрос рождает предложения, так и состав определяет свойства.

В зависимости от основного компонента конечные свойства термопластичного полиуретана могут существенно изменяться.

Сырьем может являться:

• Простые полимерные эфиры.
• Сложные полиэфиры.
• Изоционат алифатический.

В первом случае, когда сырьем становится простой полиэфир, то ключевые свойства: морозостойкость, высокая износостойкость, стойкость к гидролизу, микробиологическая стойкость.

Во втором варианте, когда в качестве сырья применяют сложный полиэфир, особенностями материала станет: увеличение предела прочности при растяжении, износостойкость, появляются свойства быстрого восстановления исходной формы.

При использовании в качестве сырья изоционата, полимер становится устойчивым к ультрафиолету и проявляется пластичность при низких температурах.

Таким образом, на этапе производства, можно корректировать свойства конечного материала. Получают термопластичный полимер методом литья из гранулированного сырья.

Общие характеристики

Все термопластичные полиуретаны обладают общими характеристиками и полезными свойствами.

• Стойкость к погодным условиям.
• Держат форму.
• Прочность на изгиб.
• Прочность при растяжении.
• Шумо- и вибропоглощение.
• Можно окрашивать в любой цвет.
• Высокая износостойкость.
• Стойкость к солевым растворам, морским водам.
• Стойкость к жирам.
• Бактериальная стойкость.
• Стойкость к старению.
• Возможность вторичной переработки.

Область использования

Как отмечалось ранее, свойства полимера закладываются его сырьем. Поэтому материал нашел очень широкое применение.

• В автомобилестроении.
• При изготовлении кабельной продукции.
• При производстве товаров общего пользования.

Рассмотрим подробнее что изготавливают из термопластичного полиуретана в каждой области.

В автомобилестроении применяют при изготовлении ручек, переключающих элементов, также при изготовлении амортизационной опоры шасси, козырьков, защищающих от солнца, элементов декора салона.

Термопластичный полиуретан используют при изготовлении шлангов высокого давления, изоляции проводов, оплетки силовых кабелей.

Но больше всего из термопластичного полиуретана изготавливают обувную подошву. Такие свойства полимера, как эргономичность, морозостойкость, стойкость к истиранию, эластичность позволили изготавливать на его основе спортивную, повседневную, специализированную обувь.

На основе термопластичного полиуретана изготавливают наконечники для лыж, ролики для скейтов, крепежные, соединительные элементы и т.п. То есть он широко применяется в области спорта и туризма.

Современная наука не стоит на месте, каждый день ученые трудятся над созданием новых синтетических полимеров, отличающихся определенными свойствами. Данные полимеры используются в разных областях жизни человека. Но потребность в более прочных, эластичных, твердых материалах, материалах, которые могут сочетать в себе несколько противоположных характеристик постоянно растет, с ростом технологического прогресса.

Но в последнее время нужны не просто уникальные соединения, а соединения, которые способны легко утилизироваться, а еще лучше использоваться повторно. Так термопластичный полиуретан один из таких материалов. Ему характерны прекрасные конструктивные и технологические свойства, а способность задавать свойства материала на этапе изготовления раскрывают перед ним все грани. Но самое главное, он может быть переработан и использован повторно. Это наиценнейшее качество в купе со всем остальными делает его полезным для людей и безопасным для окружающего мира.

Рост технологического прогресса ведет к росту экологических проблем, поэтому материалы, которые сегодня могут быть повторно использованы, особенно полезны и нужны нашему миру. Термопластичный полиуретан можно нагревать, формировать, растягивать и гнуть, использовать на солнце и в лютом морозе, можно стирать с ним ничего не произойдет, он не стареет и не портится. А если он надоест и станет бесполезным, повторная переработка даст ему новую жизнь.

Термопластичный полиуретан

Синтетические полимеры – семейство полностью синтезирующихся в результате прохождения химических реакций полимеризации высокомолекулярных соединений, применяемых в бытовых и производственных условиях. Общее для всей группы полимеров – вязкость и эластичность.

Что такое термопластичный полиуретан

Высокую популярность из-за исключительных технических характеристик имеет термопластичный полиуретан (ТПУ), он используется в разных областях человеческой жизнедеятельности. Термопластичный полиуретан – термопластичный полимер (класс эластомеров) известный сопротивлением к царапанью, высокой устойчивостью к износу, чрезвычайно высокой стойкостью на раздир и разрыв, хорошей гибкостью при отрицательных температурах, длительным сроком эксплуатации. ТПУ после придания ему самых разнообразных форм способен сохранять геометрию и возвращать свою первоначальную структуру множество раз. Этим объясняется его высокая износоустойчивость, главное преимущество, по которому он превосходит резину, – своего главного конкурента.

Процесс изготовления полиуретана

Изготовление полиуретана осуществляется с использованием метода сложных и простых олигоэфиров с толуилендиизоцианатом в присутствии диаминов или гликолей (удлинителей цепей). Чаще всего в процессе не применяют растворители, в большинстве своем производители стремятся к тому, чтобы полимер не имел химических сшивок. Производство полиуретана в России приобрело большие масштабы и потребителям предлагаются разнообразные эластомеры разного назначения.

Преимущества полиуретана

Качественный термопластичный полиуретан имеет множество положительных свойств:

• Устойчив к изнашиванию.
• Устойчив к агрессивным средам.
• Холодостойкий.
• Отлично восстанавливает первоначальное положение.
• Крепкий при изгибе и ударах.
• Виброгасящий и шумопоглощающий.
• Устойчивый к продольному изгибу и эластичный.
• Сохраняет стабильность размеров.
• При раздирании и пробивании очень прочный.
• Допускает повторную переработку.

Полимер BASF

Одним из высококачественных материалов является полимер BASF, производством которого занимается ведущий производитель в своей отрасли – немецкий концерн BASF. Потребителями продукции концерна являются кожевенная, автомобильная, строительная и многие другие виды промышленности. Особыми физико-механическими свойствами характеризуется полиуретановый эластомер, сравнимый по твёрдости со сталью, по упругости он похож на каучук и по износостойкости превосходит чугун.

Термопластичный полиуретановый эластомер

Эластомер – упругие материалы, которые ведут себя как резина – принимают исходное положение после растягивания. В автомобильной промышленности наиболее востребованы термопластичные полиуретановые эластомеры, которые используют при производстве подушек безопасности, шин, камер. Полиуретан применяется при производстве текстиля и обуви, в строительстве и медицине. Он неопасен для людей, даже несмотря на то, что является синтетической субстанцией.

Стоимость полиуретана зависит от многих факторов: фирмы-производителя, вида материала, объема партии и т. д. Своей долговечностью, отличными эксплуатационными характеристиками и надёжностью полиуретан окупится довольно быстро.

Таким образом, термопластичный полиуретан на сегодняшний день является одним из самых необходимых полимерных материалов. Благодаря своим полезным свойствам ТПУ применяется во многих областях человеческой деятельности: при производстве обуви, изолировании силового кабеля и т. д.

Добавлено: 11.03.2021 17:13:20

Еще статьи в рубрике Статьи про современные строительные материалы, применяемые при строительстве:

• Евробалки постепенно вытесняют современные строительные материалы

Один из основных законов строительного рынка можно сформулировать следующим образом: «Лидером становится тот, кто постоянно работает над улучшением технологий строительства, ищет .

Компания ТАЛАН — многообразие высококачественных стройматериалов

Компания ТАЛАН конкурирует на рынке с 1991 года. Основные направления деятельности — реализация материалов, обеспечивающих тепло- и шумоизоляцию жилых и производственных .

Бетон: состав, применение, технические свойства, срок эксплуатации

Стяжка – это специальный комплекс мероприятий, который позволяет создать качественную основу. Точнее, это не процедура, а материал – цементно-песчаная основа. Считается .

Вреден ли экструдированный пенополистирол

Утепление домов стало очень востребованным последнее время, ведь это возможность значительно уменьшить расходы на отопление дома. Однако из-за большого спроса растет .

Особенности выбора цемента для различных нужд

Цемент является одним из тех материалов, без которых не обходится ни один строительный процесс, именно из него изготавливают высокопрочный бетон и .

Как выбрать и где заказать железобетонные вентиляционные блоки?

Всегда востребованными, как показывает практика, остаются ЖБИ вентиляционные блоки — изделия, которые могут иметь прямоугольную или квадратную форму с отверстиями для .

Преимущества ТПУ (TPU) перед ПВХ-материалом

Термопластичный полиуретан, или ТПУ (TPU) – современный полимерный материал, относящийся к классу эластомеров, веществ с повышенной эластичностью (в два раза эластичнее резины). Ткань с покрытием из ТПУ идеально подходит для изготовления надувного оборудования, и превосходит привычную ПВХ-ткань по многим ключевым показателям.



ТПУ – это атмосферостойкий и светостойкий материал, не подверженный гидролизу. Он также устойчив к воздействию масел и жиров, износу и трению, не теряет форму, не растягивается даже при длительном воздействии, не плавится при температуре до +80 о С. На сегодняшний день он используется, в том числе, при производстве надувных лодок, пневмокаркасных палаток, надувного игрового оборудования – зорбов, всесезонных аттракционов.

Сравнение ТПУ и ПВХ

ПВХ-ткань – это полотно из синтетической нити, покрытое поливинилхлоридом. Нередко поверх наносится еще какое-либо вещество, для придания особых качеств – лучшей износостойкости, морозостойкости. Выпускаются виды ПВХ-текстиля с различными характеристиками плотности, весом от 200 до 1500 г/м 2 .

ТПУ называют симбиозом каучука и пластмассы. Его производят на основе алифатического изоцианата, простых и сложных полиэфиров. Именно наличие алифатических изоцианатов делает термопластичный полиуретан устойчивым к атмосферным воздействиям, в том числе и ультрафиолету. Этот же компонент делает ТПУ невосприимчивым к микроорганизмам.

Преимущества ТПУ-материала

ТПУ или ПВХ – что лучше? Оба материалы огнестойки, водо- и воздухонепроницаемы, выпускаются в разных цветах либо прозрачными. За ними легко ухаживать. Некоторые механические характеристики, такие как адгезия, прочность на растяжение, разрыв и раздирание у TPU и PVC одинаковы и зависят от конкретной марки материала.

Тем не менее, если взять в руки кусочки ПВХ-ткани и ТПУ-материала, можно отметить, что последний более мягкий, эластичный и лёгкий, специфический запах у него отсутствует. Благодаря этим качествам его используют даже для изготовления верхней детской одежды для прогулок в непогоду, для так полюбившихся современным мамам «непромокаек».



Преимущества ТПУ перед ПВХ-тканью:

• Стойкость к абразивному истиранию у ТПУ значительно выше, чем у ПВХ-ткани, материал имеет лучшие показатели износостойкости. Это особенно важно, к примеру, для зорбов, эксплуатируемых на грунте.
• Показатели газопроницаемости TPU лучше, чем у поливинилхлоридной ткани, что позволяет использовать более легкую и тонкую ткань для производства надежных надувных изделий. Для ПВХ любая царапина гораздо опаснее, поскольку может вызвать травление воздуха.
• ТПУ легче ПВХ. При равных эксплуатационных характеристиках изделие из термополиуретана весит меньше, что важно для создания облегченных пневмокаркасных палаток, например.
• Термополиуритан лучше ведет себя на морозе, не теряя гибкости при температуре даже в минус 60 о С. ПВХ на морозе может затвердевать и трескаться – «дубеть».
• Одинаковая пластичность ТПУ на всем продолжении использования. В ПВХ добавляют пластификатор, без него он был бы жестким. Со временем это вещество испаряется и материал «дубеет». С ТПУ такого не происходит.
• Стабильность химической формулы. Термополиуритан незаменим для производства прозрачного надувного оборудования. Под воздействием УФ-излучения в молекуле поливинилхлорида происходит химическая реакция, которая заставляет изделие мутнеть и желтеть. Длительное воздействие прямых солнечных лучей приводит к фотодеструкции, может присутствовать эффект выгорания. В отличие от ПВХ, цветной ТПУ не теряет цвет, а прозрачный – не мутнеет и не желтеет в процессе эксплуатации.

Главный минус термополиуритана – его цена, она выше, чем у ПВХ. При этом износостойкость материала делает надувное изделие из ТПУ разумным выбором, если предполагается продолжительная эксплуатация. Являясь производителем, компания «Тайм Триал» предлагает вам оборудование из ПВХ-ткани или ТПУ. Мы рассчитаем стоимость вашего заказа в двух вариантах исполнения, чтобы вы могли купить надувное оборудование, наилучшим образом подходящее для ваших целей и бюджета.

TPU-материал – что это?

Термопластичный полиуретан (ТПУ) входит в класс полимеров. Это эластомер с признаками пластмассы и каучука — уретановые связи соединяют органические элементы. Эластомер растягивается как резина. Вещи из этого полимера не теряют гибкость при морозе 60 градусов, не тают при жаре 80 градусов, не реагируют на жиры и масла, устойчивы к износу и трению.



Основным компонентом для производства вещества бывают алифатический изоцианат, простые и сложные полиэфиры. Первые уменьшают хрупкость при морозе и увеличивают сопротивляемость ультрафиолету. Вторые придают изделиям морозостойкость, устойчивость к износу и защиту от микробов. Третьи увеличивают коэффициент растяжения и восстановления после деформации.

История появления

Источники выдвигают разные версии об истории создания химической новинки. По одной из них, всё началось с бильярда.

Компания по изготовлению аксессуаров для игры на зелёном сукне объявила: десять тысяч долларов тому, кто отыщет замену слоновой кости, придумает новые материалы. Через четыре года поисков американский изобретатель Джон Уэсли Хайат явил идею использования нитроцеллюлозы. Изобретатель воспользовался итогами работ английского металлурга Александра Паркса на Большой мировой выставке 1855 года.

Американец не продал результат научных поисков, а организовал на паях с братом собственное изготовление пластмасс. Они придумали специальный агрегат для литья пластмассы. Через 36 месяцев конкуренты взяли патент на технику для литья под давлением. Технологию запатентовали в первом десятилетии ХХ века. Ещё пятнадцать лет машины для изготовления пластмассовых заготовок делали не сложные формы.

Затем немецкие технологи в четвертый раз изобрели процесс литья под давлением, оформив технические условия на процесс литья изделий с непростой формой. Немецкий же учёный Байер синтезировал TPU-материал в четвёртом десятилетии двадцатого века.

К середине ХХ века придумали машину для изготовления тонкостенных изделий. Начался массовый выпуск полимера.



Производство TPU-материала

Компоненты ТПУ химически обрабатывают, и в виде гранул загружают в бункер автомата, оттуда происходит шнековая подача в камеру разогрева.

На термопластавтоматах изготавливают бруски, полосы, листы – простые формы. Разогретая пластичная масса из гранул полиуретана выдавливается через отверстие заданной конфигурации в машине. Процесс называется экструзия.

Для изготовления сложных деталей применяют процесс инжекции – впрыска пластичной массы в литьевую форму.

Перед переработкой требуется произвести сушку сырья: 6 часов при 80 градусах или 2 часа при 100 градусах.

Готовые изделия две — три недели держат в тёплом помещении. Так достигаются параметры эксплуатации вещи. Для сокращения сроков выдержки изделия помещают в печь на 16 часов и сушат при температуре 105 градусов.



Отличия от других пластмасс

Изделия из TPU-материала характеризуются высокой степенью твёрдости, ими нивелируют воздействие сильных механических нагрузок.

При высокой твердости детали эластичны, прочны и устойчивы к деформации, не раскалываются при ударе.

Полиуретановая продукция устойчива к воздействию абразивных веществ твёрдого состояния, с помощью которых полируют и шлифуют поверхности.

Термопластичный полиуретан идёт на изготовление простых и сложных форм, и толстых изделий.

На ТПУ не селится плесень и микробы.

Преимущества и минусы

Плюсы TPU-материала:

1. ТПУ переносит нагрузки большие, нежели резина, эластичнее в два раза, прочнее в два раза, легко восстанавливается после деформации. Данный материал не реагирует на масла, не сцепляется с грязью и изнашивается в три раза медленнее.
2. Полиуретан легче металла, эластичнее, не электропроводен, имеет высокое сопротивление к абразиву. Соотношение стоимости к долговечности – в пользу TPU.
3. Низкая плотность полимера 1,280 г/см3 по сравнению с резиной 1,500 г/см3 и сталью 7,800 г/см3 уменьшает вес готового изделия.
4. За счет добавок можно производить полимерный материал с программируемым коэффициентом трения.
5. Существует возможность выпускать продукцию со свойством растяжения в 6 раз.
6. Вещество допускает, нагрев до 120 градусов

Но, термопластичный полиуретан имеет и минусы :

1. Технология переработки отходов химического вещества – объект постоянных научных разработок. Трудность переработки производственных отходов – основной минус вещества.
2. Сфера применения может превратить положительные свойства вещества в минусы.
3. В автомобилестроении TPU применяют для шарнира из двух втулок и прокладки между ними. Шарнир применяют в передней и задней подвесках, для крепления двигателя и коробки передач. Прокладку делают из резины и из полиуретана. Но изделия из ТПУ жёстче, деформируется скручиванием, а на морозе твердеют и легко разрушаются.
4. В обувной промышленности тоже используют TPU, но он не пропускает воздух, что вредно отражается на здоровье ног.



Применение TPU-материала

В производстве товаров народного потребления TPU-материал применяется в следующих отраслях.

• Машиностроение – формовка шин, уплотнителей, сальников, автомобильных прокладок. Валы, шестерни и вибростойкие детали из полиуретана применяют на внутризаводском транспорте, в горной и нефтегазодобывающей промышленности.



• Шланги, электропровода и кабели. Выбор материала для изготовления кабельной продукции учитывает особенности ТПУ: удлинение в 5-8 раз, прочность на разрыв 5,5МПа, выдерживание растягивающих нагрузок в диапазоне 21-55 МПа. Благодаря коэффициенту твёрдости по Шору 85-90, ПУ применяют как защитную оболочку кабеля с динамической нагрузкой, там, где есть воздействие вибрации и ударной силы.



• Выпуск обуви. Высокая прочность полиуретана увеличивает время эксплуатации обуви.

Товары для спорта (накладки для защиты тела, плёнка на лыжи и на сноуборды, спортивная обувь);

голоса
Рейтинг статьи