Šta je poliuretan?
Takozvani poliuretan je skraćenica od poliuretana, koja nastaje reakcijom poliizocijanata i poliola, a sadrži mnoge ponovljene uretanske grupe (-NH-CO-O-) u molekularnom lancu. U stvarnoj sintetičkoj poliuretanskoj smoli, pored uretanske grupe, postoje i grupe kao što su urea i biuret. Polioli su dugolančani molekuli sa hidroksilnim grupama na kraju, koji se nazivaju "meki segmenti", a poliizocijanati se nazivaju "tvrdi segmenti".
U poliuretanskoj smoli koju stvaraju meki i tvrdi segmenti, uretan je samo manjina, tako da nije nužno prikladno zvati ga poliuretanom. U širem smislu, poliuretan je adicijski polimer izocijanata.
Različiti tipovi izocijanata reaguju sa polihidroksi spojevima i formiraju poliuretane različite strukture, čime se dobijaju polimerni materijali različitih svojstava, kao što su plastika, guma, premazi, vlakna, lepkovi, itd. Poliuretanska guma
Poliuretanska guma je prvi put uspješno razvijena u Njemačkoj 1940. godine, a puštena je u industrijsku proizvodnju nakon 1952. godine, dok je moja zemlja razvijena i puštena u proizvodnju sredinom{2}}ih godina. Poliuretanska guma pripada vrsti specijalne gume koja se dobija reakcijom polietera ili poliestera sa izocijanatom. Postoji mnogo varijanti zbog različitih vrsta sirovina, reakcionih uslova i metoda umrežavanja. Po hemijskoj strukturi razlikuju se tip poliestera i tip polietera, a po načinu obrade postoje tri tipa: mešajući, liveni i termoplastični.
Sintetička poliuretanska guma se općenito proizvodi reakcijom linearnog poliestera ili polietera s diizocijanatom kako bi se dobio predpolimer niske molekularne težine. Nakon reakcije produžetka lanca, formira se visokomolekularni polimer, a zatim se dodaje odgovarajući agens za umrežavanje koji ga zagrijava. Stvrdnuta da postane vulkanizirana guma, ova metoda se zove metoda prepolimerizacije ili metoda u dva koraka.
Također je moguće koristiti metodu u jednom koraku – linearni poliester ili polieter se direktno miješa sa diizocijanatom, produžnim lancem i sredstvom za umrežavanje, tako da dolazi do reakcije za stvaranje poliuretanske gume.
Termoplastična poliuretanska guma (TPU)
Termoplastična poliuretanska guma je (AB) blok linearni polimer n-tipa, A predstavlja poliester visoke molekularne težine ili polieter (molekulska težina 1000-6000), nazvan dugi lanac, B predstavlja 2-12 linearni ugljik Atomski diol je kratak lanac, a hemijska veza između AB segmenata je diizocijanat.
Odnos između strukture i fizičkih svojstava TPU-a
1. Struktura segmenta
A segment u TPU molekuli čini lanac makromolekula lakim za rotaciju, dajući poliuretanskoj gumi dobru elastičnost, smanjujući tačku omekšavanja i sekundarnu prelaznu tačku polimera, i smanjujući tvrdoću i mehaničku čvrstoću. B segment će vezati rotaciju makromolekularnog lanca, tako da se povećavaju tačka omekšavanja i sekundarna prelazna tačka polimera, povećavaju tvrdoća i mehanička čvrstoća, a elastičnost se smanjuje. Podešavanjem molarnog omjera između A i B, mogu se pripremiti TPU s različitim mehaničkim svojstvima.
2. Unakrsno povezana struktura
Pored primarnog umrežavanja, struktura umrežavanja TPU-a mora uzeti u obzir i sekundarno umrežavanje formirano intermolekularnim vodoničnim vezama. Primarna umrežujuća veza poliuretana razlikuje se od vulkanizacione strukture hidroksi gume, a njena uretanska grupa, biuret, alofanatna grupa i druge grupe su pravilno i raspoređene u krute segmente, pa dobijena guma ima pravilnu mrežnu strukturu, pa ima odličnu otpornost na habanje i druga odlična svojstva.
Drugo, budući da poliuretanska guma sadrži mnoge grupe kao što su urea grupe ili uretanske grupe sa velikom kohezivnom energijom, vodonične veze formirane između molekularnih lanaca imaju veliku čvrstoću, a sekundarno umrežavanje formirano vodoničnim vezama takođe ima važan uticaj na svojstva. od poliuretanske gume. Sekundarno umrežavanje čini da poliuretanska guma ima karakteristike termoreaktivnog elastomera s jedne strane, as druge strane, umrežavanje nije stvarno umreženo, to je virtualno umrežavanje, a umrežavanje stanje zavisi od temperature.
Kako temperatura raste, ovo umrežavanje postepeno slabi i nestaje, a polimer ima određenu fluidnost i može se termoplastično obraditi. Kada se temperatura spusti, ova poprečna veza se postepeno obnavlja i ponovo formira. Dodavanje male količine punila povećava udaljenost između molekula, sposobnost stvaranja vodikovih veza između molekula je oslabljena, a snaga će naglo pasti.
3. Stabilnost grupe
Istraživanje pokazuje da je red stabilnosti svake grupe u poliuretanskoj gumi od visoke do niske: ester, eter, urea, uretan, biuret. U procesu starenja poliuretanske gume, prva je grupa biureta i uree. Formatne poprečne veze se cijepaju, a zatim uretanske i urea veze, odnosno glavni lanac se cijepa.
Svojstva poliuretanske gume
Modul elastičnosti TPU-a je između gume i plastike. Njegova najveća karakteristika je da ima i tvrdoću i elastičnost, što nema kod drugih guma i plastike.
TPU je podijeljen u dvije vrste: tip poliestera i tip polietera. U poređenju sa fizičkim svojstvima, tip poliestera ima bolje performanse za gumu niske tvrdoće, dok je tip polietera bolji za gumu visoke tvrdoće. Poliesterska guma ima bolju otpornost na ulje, otpornost na toplinu i prianjanje na metal, dok je polieterska vrsta bolja za otpornost na hidrolizu, hladnoću i antibakterijska svojstva.
1. Karakteristike okoline
TPU generalno ima dobru temperaturnu otpornost, temperatura za kontinuiranu dugotrajnu upotrebu je 80 do 90 stepeni, a može dostići oko 120 stepeni za kratko vreme. Otpornost poliuretana na niske temperature je također dobra. Temperatura lomljivosti poliester poliuretana je -40 stepen C, dok je polieter poliuretan -70 ~ -80 stepen C, ali će na niskoj temperaturi postati tvrd.
Otpornost na ulje TPU-a je relativno dobra, ali otpornost na vodu varira ovisno o strukturi. Najozbiljnija degradacija TPU uzrokovana je reverzibilnošću reakcije stvaranja estera. Kada je ester u kontaktu s vodom, reformacija kiseline je odgovorna za autokatalitičku reakciju koja dovodi do dezintegracije molekula. Poliester uretani se više raspadaju kada su izloženi vlazi u zraku nego kada su potpuno uronjeni u vodu. To je zato što kada se uroni u vodu, formirana kiselina se stalno ispire.
Otpornost polieter poliuretana na hidrolizu je 3 do 5 puta veća od poliester poliuretana, jer eterska grupa neće reagirati s vodom.
Dva su razloga zašto prodor vode dovodi do opadanja performansi poliuretana: jedan je taj što umetnuta voda stvara vodonične veze sa polarnim grupama u poliuretanu, što slabi vodikove veze između molekula polimera. Ovaj proces je reverzibilan. Nakon što se fizička svojstva vrate.
Drugi je da voda koja prodire hidrolizira poliuretan, što je nepovratno.
Poliuretan će promijeniti boju i potamniti pod produženim izlaganjem sunčevoj svjetlosti, a njegova fizička svojstva će se postepeno smanjivati. Enzimske bakterije također mogu dovesti do razgradnje poliuretana, pa se poliuretanskoj gumi koja se koristi u industrijskoj proizvodnji dodaju antioksidansi, apsorberi ultraljubičastog zračenja, antienzimska sredstva itd.
2. Mehanička svojstva
Vlačna čvrstoća: Vlačna čvrstoća poliuretanske gume je relativno visoka, uglavnom doseže 28 do 42 MPa, a TPU je u sredini, oko 35 MPa.
Izduženje: općenito do 400 do 600, maksimum je 1000 posto.
Elastičnost: Elastičnost poliuretana je relativno visoka, ali je i njegov gubitak na histerezu relativno velik, tako da je stvaranje topline veliko. Lako se oštećuje pod uslovima opterećenja višestrukim savijanjem i velikim brzinama kotrljanja.
Tvrdoća: Raspon tvrdoće poliuretana je širi nego kod drugih guma, najniža je tvrdoća po Shoreu 10, a većina proizvoda ima tvrdoću od 45 do 95. Kada je tvrdoća veća od 70 stepeni, vlačna čvrstoća i čvrstoća fiksnog istezanja su viši od onih od prirodne gume. Kada je tvrdoća od 80 do 90 stepeni, vlačna čvrstoća, čvrstoća fiksnog istezanja i čvrstoća na kidanje su prilično visoke.
Čvrstoća na kidanje: Čvrstoća na kidanje poliuretana je relativno visoka. Kada testna temperatura poraste na 100-110 stepen, čvrstoća na kidanje je ekvivalentna onoj stiren-butadien gume.
Otpornost na habanje: Otpornost na habanje poliuretana je vrlo dobra, 9 puta veća od prirodne gume i 1 do 3 puta veća od stiren-butadien gume
Zahtjevi za obradu
TPU ima dvostruke karakteristike plastike i gume. Upravo ove jedinstvene fizičke i kemijske karakteristike zahtijevaju od nas da budemo posebno tretirani u dizajnu kalupa i brizganju.
Dizajn kalupa:
1. Dizajn trkača:
Budući da je izljev mjesto s najvećim pritiskom, kada se tlak ubrizgavanja oslobodi, kondenzat u izljevu će povećati otpor zbog elastičnog širenja, što će uzrokovati da se mlaznica zalijepi za prednji kalup. Zbog toga, prilikom projektovanja kalupa, treba povećati nagib lijnika što je više moguće. . Veličina malog kraja spruve ne može biti manja od prečnika mlaznice mašine za brizganje. Povećanje veličine velikog kraja zahteva dodatno vreme hlađenja i produžava ciklus ubrizgavanja. Stoga se povećanje nagiba deformacije uglavnom ostvaruje skraćivanjem dužine spruve.
U normalnim okolnostima, prečnik malog kraja glavnog kanala je oko 2,5 do 3.0 mm, prečnik velikog kraja je manji od 6.0 mm, a dužina ne bi trebala prelazi 40 mm. Na kraju glavnog kanala treba postaviti hladni bunar istog ili malo većeg prečnika kao i veliki kraj za prikupljanje hladnog ljepila i zakopčavanje izlaza vode.
Promjer vodilice treba ovisiti o strukturi proizvoda i dužini vodilice. Uopšteno govoreći, ne bi trebao biti manji od 4.0mm. Šant kanal ima kružni oblik kako bi se postigao bolji efekat hlađenja.
2. Dizajn kapije:
Zbog loše fluidnosti TPU-a, dubina i širina kapije treba da budu veće od onih kod drugih termoplastičnih materijala kako bi se izbjegla neusklađenost između bočnog i uzdužnog skupljanja uzrokovanog mlazom i molekularnom orijentacijom koloida koji prolazi kroz kapiju. , dok je dužina dimenzija manja od običnih da bi se olakšao prolaz koloida. Predugačka kapija će uzrokovati izbacivanje koloida tokom punjenja, što će uticati na izgled proizvoda. Zatvarači za klinove koji mogu uzrokovati prekomjerno smicanje i stvaranje topline materijala treba izbjegavati što je više moguće.
3. Dizajn izduvnog utora:
Ispuh kalupa mora biti dovoljan da spriječi izgaranje proizvoda, posebno kada se smjer punjenja gumenog materijala naglo promijeni i dio gdje se proizvod konačno puni, obratite posebnu pažnju na podešavanje ispuha. Dubina izduvnog žlijeba treba razlikovati prema vrsti TPU-a. Ponekad je dubina izduvnog žleba samo 0.01 mm, a na izduvnom žljebu će se stvoriti zavjesa, što ima važnu vezu sa posebnim svojstvima materijala TPU-a.
4. Dizajn rashladnog sistema:
Efekat hlađenja kalupa je bolji. Za druge termoplastične materijale, sve dok smrznuti sloj na površini proizvoda ima dovoljnu čvrstoću tokom brizganja, proizvod se može izbaciti i izvaditi iz kalupa na višoj temperaturi. Za TPU, kada je temperatura visoka, vodonične veze između molekula se ne obnavljaju, a vlačna čvrstoća proizvoda je niska. Nasilno izbacivanje i vađenje iz kalupa samo će dovesti do deformacije proizvoda. Ključ je potpuno oporavljen, a TPU se može izvaditi iz kalupa samo kada TPU ima dovoljnu čvrstoću, što zahtijeva da učinak hlađenja kalupa bude bolji.
5. Određivanje brzine skupljanja:
Stopa skupljanja TPU-a uvelike varira u zavisnosti od brenda TPU-a koji se koristi, debljine i strukture proizvoda, te temperature i pritiska tokom brizganja, a njegov raspon je između {{0}}.1 posto i 2.0 posto . Prilikom projektovanja kalupa, ne samo da se treba pozvati na podatke o stopi skupljanja sirovine, već i prema strukturi i debljini proizvoda da se proceni temperatura i pritisak ubrizgavanja koji će se koristiti u brizganju i izvršiti odgovarajuće korekcije. Za proizvode sa debljim lokalnim položajima ljepila, pritisak potreban za brizganje je veći, a brzina skupljanja oblikovanog proizvoda je manja, pa je potrebno smanjiti brzinu skupljanja TPU-a. Za proizvode s relativno ujednačenim položajem ljepila i debelim proizvodom, vrijednost stope skupljanja treba na odgovarajući način povećati.
Injekciona obrada
1. Sušenje sirovina Budući da prodor vlage može degradirati TPU
Kada sadržaj vlage u TPU-u premaši 0.2 posto, ne utiče samo na izgled proizvoda, već su i mehanička svojstva očigledno pogoršana, a brizgani proizvod ima slabu elastičnost i nisku čvrstoću. Zbog toga ga treba sušiti na temperaturi od 80 stepeni do 110 stepeni 2 do 3 sata pre brizganja.
2. Čišćenje cijevi
Cijev mašine za brizganje treba očistiti, a miješanje vrlo malo drugih sirovina će smanjiti mehaničku čvrstoću proizvoda. Bačve očišćene ABS, PMMA i PE treba ponovo očistiti TPU materijalom za mlaznice prije brizganja, a ostatak materijala u cijevi treba ukloniti TPU materijalom za mlaznice.
3. Kontrola temperature obrade
Temperatura obrade TPU-a ima presudan utjecaj na konačnu veličinu, izgled i deformaciju proizvoda. Temperatura zavisi od vrste TPU-a koji se koristi i specifičnih uslova dizajna kalupa. Opći trend je da je potrebno povećati temperaturu obrade da bi se postigla mala stopa skupljanja; da bi se postigla velika stopa skupljanja, potrebno je sniziti temperaturu obrade. Čak i unutar normalnog raspona temperature obrade TPU-a, ako sirovina ostane u buretu predugo, to će dovesti do termičke degradacije TPU-a, a preostali materijal u cijevi treba isprazniti prije brizganja. Kontrola temperature mlaznice je takođe veoma važna. U normalnim okolnostima, trebalo bi da bude oko 5 stepeni viša od temperature prednjeg kraja cevi.
4. Kontrola brzine i pritiska ubrizgavanja
Manja brzina ubrizgavanja i duže vrijeme zadržavanja će poboljšati molekularnu orijentaciju, i iako se može dobiti manja veličina proizvoda, deformacija proizvoda će biti veća, a razlika između poprečnog i uzdužnog skupljanja će biti velika. Veliki pritisak zadržavanja će također uzrokovati prekomjerno komprimiranje koloida u kalupu, a veličina proizvoda nakon vađenja je veća od veličine šupljine kalupa.
5. Kontrola brzine topljenja i povratnog pritiska
TPU materijal je osjetljiviji na smicanje. Kada je toplota smicanja nastala velikom brzinom topljenja i povratnim pritiskom previsoka, to će dovesti do termičke degradacije TPU-a. Stoga se za topljenje TPU uglavnom koristi mala ili srednja brzina. Ako je ciklus brizganja dug, treba koristiti funkciju odgođenog topljenja, a otvaranje kalupa će početi nakon što se topljenje završi, kako bi se spriječilo da sirovine ostanu predugo u buretu i degradiraju.
