Co je to polyuretan?
Takzvaný polyuretan je zkratka pro polyurethan, který vzniká reakcí polyisokyanátu a polyolu a obsahuje mnoho opakovaných uretanových skupin (-NH-CO-O-) v molekulárním řetězci. Ve skutečné syntetické polyuretanové pryskyřici jsou kromě uretanové skupiny také skupiny jako močovina a biuret. Polyoly jsou molekuly s dlouhým řetězcem s hydroxylovými skupinami na konci, které se nazývají „měkké segmenty“ a polyisokyanáty se nazývají „tvrdé segmenty“.
V polyuretanové pryskyřici generované měkkými a tvrdými segmenty je uretan pouze menšinový, takže není nezbytně vhodné nazývat jej polyuretanem. V širokém smyslu je polyuretan adičním polymerem isokyanátu.
Různé typy isokyanátů reagují s polyhydroxysloučeninami za vzniku polyuretanů různých struktur, čímž se získávají polymerní materiály s různými vlastnostmi, jako jsou plasty, pryže, povlaky, vlákna, lepidla atd. Polyuretanová pryž
Polyuretanový kaučuk byl poprvé úspěšně vyvinut v Německu v roce 1940 a po roce 1952 byl uveden do průmyslové výroby, zatímco moje země byla vyvinuta a uvedena do výroby v polovině{2}} let. Polyuretanový kaučuk patří k druhu speciálního kaučuku, který se připravuje reakcí polyetheru nebo polyesteru s isokyanátem. Existuje mnoho odrůd díky různým typům surovin, reakčním podmínkám a metodám síťování. Pokud jde o chemickou strukturu, existují typy polyesterů a polyetherů a z hlediska způsobu zpracování existují tři typy: typ míchání, typ odlévání a typ termoplastu.
Syntetický polyuretanový kaučuk se obecně vyrábí reakcí lineárního polyesteru nebo polyetheru s diisokyanátem za vzniku nízkomolekulárního prepolymeru. Po reakci prodlužování řetězce se vytvoří vysokomolekulární polymer a poté se přidá vhodné síťovací činidlo pro jeho zahřátí. Vytvrzená na vulkanizovanou pryž se tato metoda nazývá předpolymerace nebo dvoustupňová metoda.
Je také možné použít jednokrokovou metodu – lineární polyester nebo polyether se přímo smíchá s diisokyanátem, prodlužovačem řetězce a síťovacím činidlem, takže dojde k reakci za vzniku polyuretanové pryže.
Termoplastická polyuretanová pryž (TPU)
Termoplastický polyuretanový kaučuk je (AB) blokový lineární polymer typu n, A představuje vysokomolekulární polyester nebo polyether (molekulová hmotnost 1000-6000), nazývaný dlouhý řetězec, B představuje 2-12 lineární uhlíky Atomový diol je krátký řetězec a chemická vazba mezi AB segmenty je diisokyanát.
Vztah mezi strukturou a fyzikálními vlastnostmi TPU
1. Struktura segmentů
Segment A v molekule TPU usnadňuje rotaci makromolekulárního řetězce, dává polyuretanové pryži dobrou elasticitu, snižuje bod měknutí a sekundární přechodový bod polymeru a snižuje tvrdost a mechanickou pevnost. Segment B bude vázat rotaci makromolekulárního řetězce, takže se zvýší bod měknutí a sekundární přechodový bod polymeru, zvýší se tvrdost a mechanická pevnost a sníží se elasticita. Úpravou molárního poměru mezi A a B lze připravit TPU s různými mechanickými vlastnostmi.
2. Zesíťovaná struktura
Kromě primárního síťování musí síťovací struktura TPU uvažovat také sekundární síťování tvořené mezimolekulárními vodíkovými vazbami. Primární síťující vazba polyuretanu se liší od vulkanizační struktury hydroxykaučuku a jeho uretanová skupina, biuret, allofanátová skupina a další skupiny jsou pravidelně a rozmístěny do tuhých segmentů, takže získaný kaučuk má pravidelnou síťovou strukturu, tzn. má vynikající odolnost proti opotřebení a další vynikající vlastnosti.
Za druhé, protože polyuretanový kaučuk obsahuje mnoho skupin, jako jsou močovinové skupiny nebo uretanové skupiny s velkou kohezní energií, mají vodíkové vazby vytvořené mezi molekulárními řetězci vysokou pevnost a sekundární zesíťování tvořené vodíkovými vazbami Zdraví má také důležitý vliv na vlastnosti z polyuretanové pryže. Sekundární zesíťování způsobuje, že polyuretanový kaučuk má na jedné straně vlastnosti termosetového elastomeru a na druhé straně zesíťování není ve skutečnosti zesíťování, je to virtuální zesíťování a zesíťování stav závisí na teplotě.
S rostoucí teplotou toto zesítění postupně slábne a mizí a polymer má určitou tekutost a lze jej termoplasticky zpracovat. Při snižování teploty se toto zesítění postupně obnovuje a znovu tvoří. Přidáním malého množství plniva se zvětší vzdálenost mezi molekulami, oslabí se schopnost tvořit vodíkové vazby mezi molekulami a pevnost prudce klesne.
3. Stabilita skupiny
Výzkum ukazuje, že pořadí stability každé skupiny v polyuretanové pryži od vysoké po nízkou je: ester, éter, močovina, uretan, biuret. V procesu stárnutí polyuretanového kaučuku je první biuret a skupina močoviny. Dochází ke štěpení formiátových příčných vazeb a následně uretanových a močovinových vazeb, tj. štěpení hlavního řetězce.
Vlastnosti polyuretanové pryže
Modul pružnosti TPU je mezi pryží a plastem. Jeho největší předností je, že má jak tvrdost, tak pružnost, která se u jiných pryží a plastů nenachází.
TPU se dělí na dva typy: polyesterový typ a polyetherový typ. Ve srovnání s fyzikálními vlastnostmi má polyesterový typ lepší vlastnosti pro pryž s nízkou tvrdostí, zatímco typ polyetheru je lepší pro pryž s vysokou tvrdostí. Polyesterový kaučuk má lepší odolnost vůči oleji, tepelnou odolnost a přilnavost ke kovu, zatímco typ polyetheru je lepší pro odolnost proti hydrolýze, odolnost proti chladu a antibakteriální vlastnosti.
1. Charakteristiky prostředí
TPU má obecně dobrou teplotní odolnost, teplota pro nepřetržité dlouhodobé používání je 80 až 90 stupňů a v krátké době může dosáhnout asi 120 stupňů. Nízkoteplotní odolnost polyuretanu je také dobrá. Teplota křehkosti polyesterového polyuretanu je -40 stupňů C, zatímco polyetherpolyuretanu je -70 ~ -80 stupňů C, ale při nízké teplotě ztvrdne.
Odolnost TPU vůči oleji je poměrně dobrá, ale odolnost vůči vodě se liší v závislosti na struktuře. Nejzávažnější degradaci TPU způsobuje reverzibilita reakce tvorby esteru. Když se ester uvede do styku s vodou, přetvoření kyseliny je zodpovědné za autokatalytickou reakci vedoucí k rozpadu molekuly. Polyesteruretany se více rozpadají, když jsou vystaveny vlhkosti ve vzduchu, než když jsou zcela ponořeny do vody. Při ponoření do vody se totiž vzniklá kyselina průběžně odplavuje.
Odolnost polyetherpolyuretanu proti hydrolýze je 3 až 5krát větší než odolnost polyesterpolyuretanu, protože etherová skupina nereaguje s vodou.
Existují dva důvody, proč pronikání vody vede ke snížení výkonu polyuretanu: jedním je, že vniklá voda vytváří vodíkové vazby s polárními skupinami v polyuretanu, což oslabuje vodíkové vazby mezi molekulami polymeru. Tento proces je reverzibilní. Po obnovení fyzikálních vlastností.
Druhým je, že napadající voda hydrolyzuje polyuretan, což je nevratné.
Při dlouhodobém vystavení slunečnímu záření se polyuretan odbarví a ztmavne a jeho fyzikální vlastnosti se budou postupně snižovat. Enzymové bakterie mohou také vést k degradaci polyuretanu, proto se do polyuretanové pryže používané v průmyslové výrobě přidávají antioxidanty, absorbéry ultrafialového záření, antienzymová činidla atd.
2. Mechanické vlastnosti
Pevnost v tahu: Pevnost v tahu polyuretanové pryže je relativně vysoká, obecně dosahuje 28 až 42 MPa a TPU je uprostřed, asi 35 MPa.
Prodloužení: obecně do 400 až 600, maximum je 1000 procent.
Elasticita: Elasticita polyuretanu je relativně vysoká, ale jeho hysterezní ztráta je také poměrně velká, takže vývin tepla je vysoký. Při zatížení vícenásobným ohýbáním a vysokorychlostním válcováním se snadno poškodí.
Tvrdost: Rozsah tvrdosti polyuretanu je širší než u jiných kaučuků, nejnižší je tvrdost Shore 10 a většina výrobků má tvrdost 45 až 95. Když je tvrdost vyšší než 70 stupňů, pevnost v tahu a pevnost v pevném prodloužení jsou vyšší než u přírodního kaučuku. Když je tvrdost 80 až 90 stupňů, pevnost v tahu, pevnost v prodloužení a pevnost v roztržení jsou poměrně vysoké.
Pevnost v roztržení: Pevnost v roztržení polyuretanu je relativně vysoká. Když testovací teplota stoupne na 100-110 stupňů, pevnost v roztržení je ekvivalentní pevnosti styren-butadienového kaučuku.
Odolnost proti opotřebení: Odolnost polyuretanu proti opotřebení je velmi dobrá, 9krát vyšší než u přírodního kaučuku a 1 až 3krát vyšší než u styren-butadienového kaučuku
Požadavky na zpracování
TPU má dvojí vlastnosti: plast a pryž. Právě tyto jedinečné fyzikální a chemické vlastnosti vyžadují, abychom byli speciálně ošetřeni při konstrukci forem a vstřikování.
Design formy:
1. Konstrukce běžce:
Protože je vtokový kanálek místem s nejvyšším tlakem, při uvolnění vstřikovacího tlaku zvýší kondenzát ve vtokovém kanálu odpor díky elastické expanzi, což způsobí přilepení trysky k přední formě. Proto by měl být při navrhování formy co nejvíce zvýšen vykládací sklon vtoku. . Velikost malého konce vtoku nemůže být menší než průměr trysky vstřikovacího stroje. Zvětšení velikosti velkého konce vyžaduje další dobu chlazení a prodlužuje cyklus vstřikování. Zvýšení sklonu odformování je proto realizováno především zkrácením délky vtokového kanálu.
Za normálních okolností je průměr malého konce hlavního kanálu asi 2,5 až 3.0 mm, průměr velkého konce je menší než 6.0 mm a délka by neměla přesahovat 40 mm. Na konci hlavního kanálu by měla být umístěna studená studna se stejným nebo mírně větším průměrem jako ojniční konec, aby se zachytilo studené lepidlo a ohnul výtok vody.
Průměr běhounu by měl záviset na struktuře výrobku a délce běhounu. Obecně řečeno, neměla by být menší než 4.{1}} mm. Slučovací kanál má kruhový tvar pro dosažení lepšího chladicího účinku.
2. Konstrukce brány:
Kvůli špatné tekutosti TPU by hloubka a šířka vtoku měla být větší než u jiných termoplastických materiálů, aby se předešlo nesouladu mezi příčným a podélným smrštěním způsobeným tryskáním a molekulární orientací koloidu procházejícího bránou. , přičemž délkový rozměr Je menší než běžné, aby se usnadnil průchod koloidů. Příliš dlouhé hradlo způsobí vystříknutí koloidu během plnění, což ovlivní vzhled produktu. Je třeba se co nejvíce vyvarovat kolíkových bran, které mohou způsobit nadměrné střihání a tvorbu tepla materiálu.
3. Konstrukce výfukové drážky:
Výfuk formy musí být dostatečný, aby nedocházelo k připalování výrobku, zvláště když se prudce změní směr plnění pryžového materiálu a v části, kde je výrobek finálně naplněn, věnujte zvláštní pozornost nastavení výfuku. Hloubku výfukové drážky je třeba rozlišit podle typu TPU. Někdy je hloubka výfukové drážky pouze 0,01 mm a na výfukové drážce se vytvoří rouška, která má důležitou souvislost se speciálními materiálovými vlastnostmi TPU.
4. Návrh chladicího systému:
Chladicí účinek formy je lepší. U jiných termoplastických materiálů, pokud má zmrzlá vrstva na povrchu výrobku během vstřikování dostatečnou pevnost, může být výrobek vyhozen a vyjmut z formy při vyšší teplotě. U TPU, když je teplota vysoká, vodíkové vazby mezi molekulami se neobnoví a pevnost produktu v tahu je nízká. Násilné vyhození a vyjmutí z formy povede pouze k deformaci produktu. Klíč je plně obnoven a TPU lze vyjmout z formy pouze tehdy, když má TPU dostatečnou pevnost, což vyžaduje, aby byl chladicí účinek formy lepší.
5. Stanovení rychlosti smrštění:
Míra smrštění TPU se značně liší podle použité značky TPU, tloušťky a struktury produktu a teploty a tlaku během vstřikování a její rozsah je mezi {{0}},1 procenta a 2,0 procenta . Při navrhování formy byste se měli nejen odvolávat na údaje o rychlosti smrštění suroviny, ale také podle struktury a tloušťky produktu, abyste odhadli vstřikovací teplotu a tlak, které mají být použity při vstřikování, a proveďte příslušné korekce. U výrobků se silnějšími lokálními adhezivními polohami je tlak potřebný pro vstřikování větší a rychlost smrštění formovaného výrobku je menší, takže je nutné snížit rychlost smrštění TPU. U výrobků s relativně rovnoměrnou polohou lepidla a tlustým výrobkem by měla být hodnota míry smrštění přiměřeně zvýšena.
Zpracování vstřikování
1. Sušení surovin Protože vnikání vlhkosti může znehodnotit TPU
Když obsah vlhkosti TPU překročí 0,2 procenta, bude ovlivněn nejen vzhled produktu, ale také se zjevně zhorší mechanické vlastnosti a vstřikovaný produkt má špatnou elasticitu a nízkou pevnost. Proto by se měl před vstřikováním sušit při teplotě 80 stupňů až 110 stupňů po dobu 2 až 3 hodin.
2. Čištění hlavně
Váleček vstřikovacího stroje by měl být vyčištěn a smíchání velmi malého počtu dalších surovin sníží mechanickou pevnost produktu. Sudy vyčištěné ABS, PMMA a PE by měly být před vstřikováním znovu vyčištěny materiálem trysek TPU a zbytkový materiál v barelu by měl být odstraněn materiálem trysek TPU.
3. Řízení teploty zpracování
Teplota zpracování TPU má zásadní vliv na konečnou velikost, vzhled a deformaci produktu. Teplota závisí na jakosti použitého TPU a konkrétních podmínkách konstrukce formy. Obecným trendem je, že pro dosažení malé rychlosti smrštění je třeba zvýšit teplotu zpracování; pro dosažení velké míry smrštění je třeba snížit teplotu zpracování. I v normálním rozsahu teplot zpracování TPU, pokud surovina zůstane v válci příliš dlouho, povede to k tepelné degradaci TPU a zbytkový materiál v válci by měl být před vstřikováním vyprázdněn. Velmi důležitá je také kontrola teploty trysky. Za normálních okolností by měla být asi o 5 stupňů vyšší než teplota přední části hlavně.
4. Řízení rychlosti vstřikování a tlaku
Nižší rychlost vstřikování a delší doba prodlevy zlepší orientaci molekul, a přestože lze dosáhnout menší velikosti produktu, deformace produktu bude větší a rozdíl mezi příčným a podélným smrštěním bude velký. Velký přídržný tlak také způsobí nadměrné stlačení koloidu ve formě a velikost výrobku po vyjmutí z formy je větší než velikost dutiny formy.
5. Řízení rychlosti taveniny a protitlaku
Materiál TPU je citlivější na střih. Když je smykové teplo generované vysokou rychlostí tavení a protitlakem příliš vysoké, povede to k tepelné degradaci TPU. Proto se pro tavení TPU obecně používá nízká nebo střední rychlost. Pokud je cyklus vstřikování dlouhý, měla by se použít funkce zpožděného tavení a otevírání formy se spustí po dokončení tavení, aby se zabránilo tomu, že suroviny zůstanou v sudu příliš dlouho a neznehodnocují se.
