Vad är polyuretan?
Den så kallade polyuretanen är förkortningen av polyuretan, som bildas genom reaktionen av polyisocyanat och polyol, och innehåller många upprepade uretangrupper (-NH-CO-O-) i molekylkedjan. I det faktiska syntetiska polyuretanhartset, förutom uretangruppen, finns det också grupper såsom urea och biuret. Polyoler är långkedjiga molekyler med hydroxylgrupper i slutet, som kallas "mjuka segment", och polyisocyanater kallas "hårda segment".
I polyuretanhartset som genereras av de mjuka och hårda segmenten är uretan bara en minoritet, så det är inte nödvändigtvis lämpligt att kalla det polyuretan. I bred mening är polyuretan en tillsatspolymer av isocyanat.
Olika typer av isocyanater reagerar med polyhydroxiföreningar för att bilda polyuretaner av olika strukturer och därigenom erhålla polymermaterial med olika egenskaper, såsom plast, gummi, beläggningar, fibrer, lim etc. Polyuretan gummi
Polyuretangummi utvecklades först framgångsrikt i Tyskland 1940, och det sattes i industriell produktion efter 1952, medan mitt land utvecklades och sattes i produktion i mitten av 1960-talet. Polyuretangummi tillhör ett slags speciellt gummi, som framställs genom reaktion av polyeter eller polyester med isocyanat. Det finns många sorter på grund av olika typer av råmaterial, reaktionsförhållanden och tvärbindningsmetoder. När det gäller kemisk struktur finns det polyestertyp och polyetertyp, och när det gäller bearbetningsmetod finns det tre typer: blandningstyp, gjutningstyp och termoplastisk typ.
Syntetiskt polyuretangummi tillverkas vanligtvis genom att reagera linjär polyester eller polyeter med diisocyanat för att göra en prepolymer med låg molekylvikt. Efter kedjeförlängningsreaktion bildas en högmolekylär polymer och sedan tillsätts ett lämpligt tvärbindningsmedel för att värma det. Härdat för att bli vulkaniserat gummi kallas denna metod prepolymerisation eller tvåstegsmetod.
Det är också möjligt att använda en enstegsmetod - den linjära polyestern eller polyetern blandas direkt med diisocyanat, kedjeförlängare och tvärbindningsmedel, så att reaktionen sker för att generera polyuretangummi.
Termoplastiskt polyuretangummi (TPU)
Termoplastiskt polyuretangummi är en (AB) n-typ block linjär polymer, A representerar polyester eller polyeter med hög molekylvikt (molekylvikt 1000-6000), kallad lång kedja, B representerar 2-12 linjära kol Atomdiolen är en kort kedja och den kemiska bindningen mellan AB-segmenten är diisocyanat.
Förhållandet mellan strukturen och fysikaliska egenskaper hos TPU
1. Segmentstruktur
A-segmentet i TPU-molekylen gör den makromolekylära kedjan lätt att rotera, vilket ger polyuretangummit god elasticitet, minskar mjukningspunkten och sekundär övergångspunkt för polymeren och minskar hårdheten och mekanisk hållfasthet. B-segmentet kommer att binda rotationen av den makromolekylära kedjan, så att mjukningspunkten och polymerens sekundära övergångspunkt ökas, hårdheten och mekanisk hållfasthet ökas och elasticiteten minskar. Genom att justera molförhållandet mellan A och B kan TPU: er med olika mekaniska egenskaper framställas.
2. Tvärbunden struktur
Förutom primär tvärbindning måste tvärbindningsstrukturen för TPU också överväga sekundär tvärbindning bildad av intermolekylära vätebindningar. Den primära tvärbindningsbindningen av polyuretan skiljer sig från vulkaniseringsstrukturen för hydroxigummi, och dess uretangrupp, biuret, allofanatgrupp och andra grupper är regelbundet och åtskilda i styva segment, så det erhållna Gummit har en regelbunden nätverksstruktur, så det har utmärkt slitstyrka och andra utmärkta egenskaper.
För det andra, eftersom polyuretangummi innehåller många grupper såsom ureagrupper eller uretangrupper med stor sammanhängande energi, har vätebindningarna som bildas mellan molekylära kedjor hög hållfasthet, och den sekundära tvärbindningen som bildas av vätebindningar Hälsa har också ett viktigt inflytande på egenskaperna hos polyuretangummi. Den sekundära tvärbindningen gör att polyuretangummit har egenskaperna hos värmehärdande elastomer å ena sidan, och å andra sidan är tvärbindningen inte riktigt tvärbindning, det är en virtuell tvärbindning och tvärbindningstillståndet beror på temperaturen.
När temperaturen ökar försvagas och försvinner denna tvärbindning gradvis, och polymeren har en viss fluiditet och kan bearbetas termoplastiskt. När temperaturen sänks återställs denna tvärbindning gradvis och bildas igen. Tillsatsen av en liten mängd fyllmedel ökar avståndet mellan molekyler, förmågan att bilda vätebindningar mellan molekyler försvagas och styrkan kommer att sjunka kraftigt.
3. Gruppens stabilitet
Forskningen visar att stabilitetsordningen för varje grupp i polyuretangummi från högt till lågt är: ester, eter, urea, uretan, biuret. I åldringsprocessen av polyuretangummi är den första biuret- och ureagruppen Formaterans tvärbindningar klyvs, följt av uretan- och ureabindningarna, dvs huvudkedjan klyvs.
Egenskaper hos polyuretangummi
Den elastiska modulen för TPU är mellan gummi och plast. Dess största egenskap är att den har både hårdhet och elasticitet, vilket inte finns i andra gummin och plaster.
TPU är indelad i två typer: polyestertyp och polyetertyp. Jämfört med fysikaliska egenskaper har polyestertyp bättre prestanda för gummi med låg hårdhet, medan polyetertyp är bättre för gummi med hög hårdhet. Polyestergummi har bättre oljebeständighet, värmebeständighet och vidhäftning till metall, medan polyetertyp är bättre för hydrolysbeständighet, kallmotstånd och antibakteriella egenskaper.
1. Miljömässiga egenskaper
TPU har i allmänhet god temperaturbeständighet, temperaturen för kontinuerlig långvarig användning är 80 till 90 ° C och den kan nå cirka 120 ° C på kort tid. Polyuretanens låga temperaturbeständighet är också bra. Sprödhetstemperaturen för polyesterpolyuretan är -40 ° C, medan polyeterpolyuretan är -70 ~ -80 ° C, men den blir hård vid låg temperatur.
Oljebeständigheten hos TPU är relativt bra, men vattenbeständigheten varierar beroende på strukturen. Den allvarligaste nedbrytningen av TPU orsakas av reversibiliteten hos esterbildningsreaktionen. När estern kommer i kontakt med vatten är reformationen av syran ansvarig för den autokatalytiska reaktionen som leder till sönderdelning av molekylen. Polyesteruretaner sönderfaller mer när de utsätts för fukt i luften än när de är helt nedsänkta i vatten. Detta beror på att när den nedsänktes i vatten tvättas den bildade syran kontinuerligt bort.
Hydrolysbeständigheten hos polyeterpolyuretan är 3 till 5 gånger den för polyesterpolyuretan, eftersom etergruppen inte reagerar med vatten.
Det finns två skäl till varför intrånget av vatten leder till nedgången i polyuretanens prestanda: en är att det intruderade vattnet bildar vätebindningar med polära grupper i polyuretanen, vilket försvagar vätebindningarna mellan polymermolekyler. Denna process är reversibel. Efter att de fysikaliska egenskaperna har återställts.
Den andra är att det invaderande vattnet hydrolyserar polyuretanen, vilket är irreversibelt.
Polyuretan kommer att missfärgas och mörkna under långvarig exponering för solljus, och dess fysikaliska egenskaper kommer gradvis att minska. Enzymbakterier kan också leda till nedbrytning av polyuretan, så antioxidanter, ultravioletta absorberare, antienzymmedel etc. tillsätts till polyuretangummit som används i industriell produktion.
2. Mekaniska egenskaper
Draghållfasthet: Draghållfastheten hos polyuretangummi är relativt hög och når i allmänhet 28 till 42 MPa, och TPU är i mitten, cirka 35 MPa.
Förlängning: i allmänhet upp till 400 till 600, maximalt är 1000%.
Elasticitet: Polyuretanens elasticitet är relativt hög, men dess hysteresförlust är också relativt stor, så värmeproduktionen är hög. Den skadas lätt under belastningsförhållandena för flera böjningar och höghastighetsrullning.
Hårdhet: Hårdhetsområdet för polyuretan är bredare än för andra gummin, det lägsta är Shore-hårdhet 10, och de flesta produkter har en hårdhet på 45 till 95. När hårdheten är högre än 70 grader är draghållfastheten och den fasta töjningsstyrkan högre än för naturgummi. När hårdheten är 80 till 90 grader är draghållfastheten, fast töjningsstyrka och rivstyrka ganska hög.
Rivstyrka: Rivstyrkan hos polyuretan är relativt hög. När testtemperaturen stiger till 100-110 °C motsvarar rivhållfastheten den för styren-butadiengummi.
Slitstyrka: Slitstyrkan hos polyuretan är mycket bra, 9 gånger högre än för naturgummi och 1 till 3 gånger högre än för styren-butadiengummi
Krav på behandling
TPU har de dubbla egenskaperna hos plast och gummi. Det är dessa unika fysiska och kemiska egenskaper som kräver att vi behandlas speciellt i formdesign och formsprutning.
Form design:
1. Löparens design:
Eftersom sprue är platsen med det högsta trycket, när injektionstrycket släpps, kommer kondensatet i sprue att öka motståndet på grund av elastisk expansion, vilket gör att munstycket fastnar på den främre formen. Därför bör sprueens avhärdande lutning ökas så mycket som möjligt vid utformningen av formen. . Storleken på den lilla änden av sprue kan inte vara mindre än diametern på munstycket på formsprutningsmaskinen. Ökningen av storleken på den stora änden kräver ytterligare kyltid och förlänger injektionscykeln. Därför realiseras ökningen av den demoldingslutningen huvudsakligen genom att förkorta längden på sprue.
Under normala omständigheter är diametern på huvudkanalens lilla ände ca 2,5 till 3,0 mm, diametern på den stora änden är mindre än 6,0 mm och längden bör inte överstiga 40 mm. I slutet av huvudkanalen bör en kall brunn med samma eller något större diameter som den stora änden ställas in för att samla kallt lim och spänna vattenutloppet.
Löparens diameter bör bero på produktens struktur och löparens längd. Generellt sett bör det inte vara mindre än 4,0 mm. Shuntkanalen antar en cirkulär form för att få bättre kyleffekt.
2. Portens utformning:
På grund av TPU: s dåliga fluiditet bör portens djup och bredd vara större än för andra termoplastiska material för att undvika inkonsekvensen mellan den laterala och längsgående krympningen orsakad av sprutning och molekylär orientering av kolloiden som passerar genom porten, medan längddimensionen Det är mindre än vanliga för att underlätta passagen av kolloider. En grind som är för lång kommer att orsaka att kolloiden matas ut under fyllning, vilket kommer att påverka produktens utseende. Stiftportar som kan orsaka överdriven skjuvning och värmeproduktion av materialet bör undvikas så mycket som möjligt.
3. Utformning av avgasspår:
Formens avgaser måste vara tillräckliga för att förhindra att produkten brinner, särskilt när gummimaterialets påfyllningsriktning ändras kraftigt och den del där produkten slutligen fylls, var särskilt uppmärksam på avgasinställningen. Djupet på avgasspåret bör särskiljas beroende på typen av TPU. Ibland är avgasspårets djup bara 0,01 mm, och ett draperi genereras vid avgasspåret, vilket har ett viktigt förhållande till TPU: s speciella materialegenskaper.
4. Utformning av kylsystem:
Formens kylande effekt är bättre. För andra termoplastiska material, så länge det frusna skiktet på produktens yta har tillräcklig styrka under formsprutning, kan produkten matas ut och avfärgas vid en högre temperatur. För TPU, när temperaturen är hög, återställs inte vätebindningarna mellan molekylerna och produktens draghållfasthet är låg. Tvångsutkastning och avfärgning leder endast till deformation av produkten. Nyckeln är helt återställd, och TPU kan avlivas endast när TPU har tillräcklig styrka, vilket kräver att formens kylande effekt blir bättre.
5. Bestämning av krympningshastighet:
Krympningshastigheten för TPU varierar kraftigt med det använda TPU-märket, produktens tjocklek och struktur och temperaturen och trycket under formsprutning, och dess intervall är mellan 0,1% och 2,0%. Vid utformningen av formen bör man inte bara hänvisa till data om råmaterialets krympningshastighet utan också enligt produktens struktur och tjocklek för att uppskatta injektionstemperaturen och trycket som ska användas vid formsprutning och göra lämpliga korrigeringar. För produkter med tjockare lokala limpositioner är trycket som krävs för formsprutning större och krympningshastigheten för den gjutna produkten är mindre, så det är nödvändigt att minska krympningshastigheten för TPU. För produkter med en relativt enhetlig limposition och en tjock produkt bör värdet på krympningshastigheten ökas på lämpligt sätt.
Bearbetning av injektion
1. Torkning av råvaror Eftersom fuktintrång kan försämra TPU
När fuktinnehållet i TPU överstiger 0,2% påverkas inte bara produktens utseende utan också de mekaniska egenskaperna försämras uppenbarligen och den formsprutade produkten har dålig elasticitet och låg hållfasthet. Därför bör den torkas vid en temperatur av 80 ° C till 110 ° C i 2 till 3 timmar före formsprutning.
2. Rengöring av tunnan
Formsprutningsmaskinens fat ska rengöras, och blandningen av mycket få andra råmaterial minskar produktens mekaniska hållfasthet. Faten som rengörs med ABS, PMMA och PE ska rengöras igen med TPU-munstycksmaterial före formsprutning, och restmaterialet i pipan ska avlägsnas med TPU-munstycksmaterial.
3. Kontroll av bearbetningstemperatur
Bearbetningstemperaturen för TPU har en avgörande inverkan på produktens slutliga storlek, utseende och deformation. Temperaturen beror på vilken typ av TPU som används och de specifika förhållandena för formdesignen. Den allmänna trenden är att för att få en liten krympningshastighet måste bearbetningstemperaturen ökas; För att få en stor krympningshastighet måste bearbetningstemperaturen sänkas. Även inom det normala bearbetningstemperaturområdet för TPU, om råmaterialet stannar i tunnan för länge, kommer det att leda till termisk nedbrytning av TPU, och restmaterialet i tunnan bör tömmas före formsprutning. Kontrollen av munstyckstemperaturen är också mycket viktig. Under normala omständigheter bör den vara cirka 5 °C högre än temperaturen på pipans främre ände.
4. Kontroll av insprutningshastighet och tryck
Lägre injektionshastighet och längre uppehållstid kommer att förbättra molekylär orientering, och även om mindre produktstorlek kan erhållas kommer produktdeformationen att vara större och skillnaden mellan tvärgående och längsgående krympning kommer att vara stor. Stort hålltryck kommer också att orsaka att kolloiden överkomprimeras i formen, och produktens storlek efter avfärgning är större än storleken på formhålan.
5. Kontroll av smälthastighet och mottryck
TPU-material är känsligare för skjuvning. När skjuvningsvärmen som genereras av hög smälthastighet och mottryck är för hög kommer det att leda till termisk nedbrytning av TPU. Därför används låg eller medelhastighet i allmänhet för smältning av TPU. Om formsprutningscykeln är lång bör den fördröjda smältfunktionen användas och formöppningen startar efter att smältningen är klar för att förhindra att råvarorna stannar i tunnan för länge och förnedrande.
