Vad är polyuretan?
Den så kallade polyuretanen är förkortningen av polyuretan, som bildas genom reaktionen mellan polyisocyanat och polyol, och innehåller många upprepade uretangrupper (-NH-CO-O-) i molekylkedjan. I själva syntetiska polyuretanhartset finns förutom uretangruppen även grupper som urea och biuret. Polyoler är långkedjiga molekyler med hydroxylgrupper i änden, som kallas "mjuka segment", och polyisocyanater kallas "hårda segment".
I polyuretanhartsen som genereras av de mjuka och hårda segmenten är uretan bara en minoritet, så det är inte nödvändigtvis lämpligt att kalla det polyuretan. I vid mening är polyuretan en additionspolymer av isocyanat.
Olika typer av isocyanater reagerar med polyhydroxiföreningar och bildar polyuretaner med olika strukturer och erhåller därigenom polymermaterial med olika egenskaper, såsom plast, gummi, beläggningar, fibrer, lim, etc. Polyuretangummi.
Polyuretangummi utvecklades först framgångsrikt i Tyskland 1940 och sattes i industriell produktion efter 1952, medan mitt land utvecklades och sattes i produktion i mitten av-1960talet. Polyuretangummi tillhör ett slags specialgummi, som framställs genom reaktion av polyeter eller polyester med isocyanat. Det finns många varianter 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, gjuttyp och termoplasttyp.
Syntetiskt polyuretangummi tillverkas i allmänhet 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 upp den. Härdat till att bli vulkaniserat gummi kallas denna metod för förpolymerisationsmetod 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.
Termoplastisk polyuretangummi (TPU)
Termoplastiskt polyuretangummi är en (AB) linjär blockpolymer av n-typ, A representerar högmolekylär polyester eller polyeter (molekylvikt 1000-6000), kallad långkedjig, B representerar 2-12 linjära kolatomer. 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, reducerar mjukningspunkten och sekundär övergångspunkten för polymeren, och minskar hårdheten och den mekaniska styrkan. B-segmentet kommer att binda rotationen av den makromolekylära kedjan, så att mjukningspunkten och den sekundära övergångspunkten för polymeren ökas, hårdheten och den mekaniska styrkan 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 hos TPU också beakta 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 fördelade i stela segment, så det erhållna gummit har en regelbunden nätverksstruktur, så den har utmärkt slitstyrka och andra utmärkta egenskaper.
För det andra, eftersom polyuretangummi innehåller många grupper såsom ureagrupper eller uretangrupper med stor kohesiv energi, har vätebindningarna som bildas mellan molekylkedjorna hög styrka, och den sekundära tvärbindningen som bildas av vätebindningar Hälsa har också en viktig inverkan på egenskaperna av polyuretangummi. Den sekundära tvärbindningen gör att polyuretangummit har egenskaperna hos värmehärdande elastomer å ena sidan, och å andra sidan är tvärbindningen inte riktigt tvärbindande, det är en virtuell tvärbindning och tvärbindningen tillstånd beror på temperaturen.
När temperaturen ökar försvagas och försvinner denna tvärbindning gradvis och polymeren har en viss flytbarhet och kan termoplastiskt bearbetas. 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 hög till låg är: ester, eter, urea, uretan, biuret. I åldringsprocessen av polyuretangummi är den första biuret- och ureagruppen. Formiatetvärbindningarna klyvs, följt av uretan- och ureakopplingarna, dvs huvudkedjan klyvs.
Egenskaper av polyuretangummi
TPU:s elasticitetsmodul ligger 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 uppdelad i två typer: polyestertyp och polyetertyp. Jämfört med fysiska 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, köldbeständighet och antibakteriella egenskaper.
1. Miljöegenskaper
TPU har i allmänhet bra temperaturbeständighet, temperaturen för kontinuerlig långvarig användning är 80 till 90 grader och den kan nå cirka 120 grader på kort tid. Lågtemperaturbeständigheten hos polyuretan är också bra. Sprödhetstemperaturen för polyesterpolyuretan är -40 grader C, medan polyeterpolyuretan är -70 ~ -80 grader C, men den blir hård vid låg temperatur.
Oljemotståndet hos TPU är relativt bra, men vattenmotståndet varierar beroende på strukturen. Den allvarligaste nedbrytningen av TPU orsakas av reversibiliteten av esterbildningsreaktionen. När estern bringas i kontakt med vatten är återbildningen av syran ansvarig för den autokatalytiska reaktionen som leder till sönderdelningen 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 sänks ned i vatten, sköljs den bildade syran hela tiden bort.
Hydrolysbeständigheten för polyeterpolyuretan är 3 till 5 gånger högre än för polyesterpolyuretan, eftersom etergruppen inte kommer att reagera med vatten.
Det finns två anledningar till att inträngning av vatten leder till att polyuretans prestanda minskar: den ena är att det inträngda vattnet bildar vätebindningar med polära grupper i polyuretanen, vilket försvagar vätebindningarna mellan polymermolekyler. Denna process är reversibel. Efter att de fysiska egenskaperna har återställts.
Det andra är att det invaderande vattnet hydrolyserar polyuretanen, vilket är irreversibelt.
Polyuretan kommer att missfärgas och mörkna under långvarig exponering för solljus, och dess fysiska egenskaper kommer gradvis att minska. Enzymbakterier kan också leda till nedbrytning av polyuretan, så antioxidanter, ultravioletta absorbatorer, anti-enzymmedel etc. tillsätts till polyuretangummit som används i industriell produktion.
2. Mekaniska egenskaper
Draghållfasthet: Draghållfastheten hos polyuretangummi är relativt hög, i allmänhet når 28 till 42 MPa, och TPU är i mitten, cirka 35 MPa.
Förlängning: i allmänhet upp till 400 till 600, max är 1000 procent.
Elasticitet: Polyuretans elasticitet är relativt hög, men dess hysteresförlust är också relativt stor, så värmeutvecklingen är hög. Den skadas lätt under belastningsförhållandena med flera böjningar och höghastighetsrullning.
Hårdhet: Hårdhetsintervallet för polyuretan är bredare än det för andra gummin, den 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 töjningshållfastheten högre än naturgummi. När hårdheten är 80 till 90 grader är draghållfastheten, den fasta töjningshållfastheten och rivhållfastheten ganska hög.
Rivhållfasthet: Rivhållfastheten hos polyuretan är relativt hög. När testtemperaturen stiger till 100-110 grad är rivhållfastheten likvärdig med styren-butadiengummi.
Slitstyrka: Polyuretans slitstyrka är mycket bra, 9 gånger högre än naturgummi och 1 till 3 gånger högre än styren-butadiengummi.
Bearbetningskrav
TPU har de dubbla egenskaperna plast och gummi. Det är dessa unika fysikaliska och kemiska egenskaper som kräver att vi specialbehandlas i formdesign och formsprutning.
Formdesign:
1. Löparens design:
Eftersom inloppet är platsen med högst tryck, när insprutningstrycket släpps, kommer kondensatet i inloppet att öka motståndet på grund av elastisk expansion, vilket gör att munstycket fastnar på den främre formen. Därför bör urtagningslutningen på inloppet ökas så mycket som möjligt när formen utformas. . Storleken på den lilla änden av inloppet kan inte vara mindre än diametern på munstycket på formsprutningsmaskinen. Ökningen av storleken på den stora änden kräver ytterligare kylningstid och förlänger insprutningscykeln. Därför realiseras ökningen av urtagningslutningen huvudsakligen genom att förkorta inloppets längd.
Under normala omständigheter är diametern på den lilla änden av huvudkanalen cirka 2,5 till 3,0 mm, diametern på den stora änden är mindre än 6,{5}} mm, och längden bör inte överstiga 40 mm. I slutet av huvudkanalen ska en kall brunn med samma eller något större diameter som den stora änden ställas in för att samla upp kalllim och spänna vattenutloppet.
Diametern på löparen bör bero på produktens struktur och längden på löparen. Generellt sett bör den inte vara mindre än 4,0mm. Shuntkanalen antar en cirkulär form för att få en bättre kyleffekt.
2. Portdesign:
På grund av den dåliga flytbarheten hos TPU bör portens djup och bredd vara större än för andra termoplastiska material för att undvika inkonsekvensen mellan den laterala och längsgående krympningen som orsakas av strålningen och den molekylära orienteringen av kolloiden som passerar genom porten , medan längddimensionen Den är mindre än vanliga för att underlätta passagen av kolloider. En för lång grind gör att kolloiden skjuts ut under fyllningen, vilket påverkar produktens utseende. Stiftgrindar som kan orsaka överdriven skjuvning och värmealstring av materialet bör undvikas så mycket som möjligt.
3. Design av avgasspåret:
Formens utsläpp måste vara tillräckligt för att produkten inte ska brännas, speciellt när gummimaterialets fyllningsriktning ändras kraftigt och den del där produkten slutligen fylls på, var särskilt uppmärksam på inställningen av avgaserna. Djupet på avgasspåret bör särskiljas beroende på typen av TPU. Ibland är djupet på avgasspåret bara 0.01 mm, och en drapering kommer att genereras vid avgasspåret, vilket har ett viktigt samband med TPU:s speciella materialegenskaper.
4. Design av kylsystem:
Formens kyleffekt är bättre. För andra termoplastiska material, så länge som det frusna lagret på ytan av produkten har tillräcklig styrka under formsprutning, kan produkten sprutas ut och urformas vid en högre temperatur. För TPU, när temperaturen är hög, återställs inte vätebindningarna mellan molekylerna, och produktens draghållfasthet är låg. Tvångsutkastning och urtagning av formen leder endast till deformation av produkten. Nyckeln är helt återställd, och TPU:n kan endast tas ur formen när TPU:n har tillräcklig styrka, vilket kräver att formens kylningseffekt är bättre.
5. Bestämning av krympningshastighet:
Krymphastigheten för TPU varierar mycket med vilket TPU-märke som används, tjockleken och strukturen på produkten samt temperaturen och trycket under formsprutning, och dess intervall är mellan {{0}},1 procent och 2,0 procent . När du utformar formen bör du inte bara hänvisa till data om krympningshastigheten för råmaterialet, 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 relativt jämn limposition och en tjock produkt bör krympningshastigheten höjas på lämpligt sätt.
Injektionsbearbetning
1. Torkning av råmaterial Eftersom inträngning av fukt kan försämra TPU
När fukthalten i TPU överstiger 0,2 procent påverkas inte bara produktens utseende, utan även de mekaniska egenskaperna försämras uppenbarligen, och den formsprutade produkten har dålig elasticitet och låg hållfasthet. Därför bör den torkas vid en temperatur på 80 grader till 110 grader i 2 till 3 timmar innan formsprutning.
2. Rengöring av pipan
Formsprutningsmaskinens cylinder bör rengöras, och blandningen av mycket få andra råmaterial kommer att minska produktens mekaniska styrka. Fatorna som rengjorts med ABS, PMMA och PE ska rengöras igen med TPU-munstycksmaterial före formsprutning, och restmaterialet i cylindern 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 höjas; för att få en stor krympningshastighet måste bearbetningstemperaturen sänkas. Även inom det normala bearbetningstemperaturintervallet för TPU, om råmaterialet stannar i tunnan för länge, kommer det att leda till termisk nedbrytning av TPU, och restmaterialet i behållaren bör tömmas före formsprutning. Styrningen av munstyckstemperaturen är också mycket viktig. Under normala omständigheter bör den vara cirka 5 grader högre än temperaturen på den främre änden av pipan.
4. Kontroll av insprutningshastighet och tryck
Lägre injektionshastighet och längre uppehållstid kommer att förbättra den molekylära orienteringen, och även om mindre produktstorlek kan erhållas kommer produktdeformationen att bli större och skillnaden mellan tvärgående och longitudinell krympning kommer att vara stor. Stort hålltryck kommer också att orsaka att kolloiden överkomprimeras i formen, och storleken på produkten efter urformningen är större än storleken på formhåligheten.
5. Kontroll av smälthastighet och mottryck
TPU-material är känsligare för klippning. När skjuvvärmen som genereras av hög smälthastighet och mottryck är för hög kommer det att leda till termisk nedbrytning av TPU. Därför används vanligtvis låg eller medelhastighet för smältning av TPU. Om formsprutningscykeln är lång bör den fördröjda smältningsfunktionen användas, och formöppningen kommer att starta efter att smältningen är klar, för att förhindra att råvarorna stannar för länge i fatet och försämras.
