Mis on polüuretaan?
Nn polüuretaan on polüuretaani lühend, mis tekib polüisotsüanaadi ja polüooli reaktsioonil ning sisaldab molekulaarahelas palju korduvaid uretaanrühmi (-NH-CO-O-). Tegelikus sünteetilises polüuretaanvaigus on lisaks uretaanrühmale ka selliseid rühmi nagu uurea ja biureet. Polüoolid on pika ahelaga molekulid, mille lõpus on hüdroksüülrühmad, mida nimetatakse "pehmeteks segmentideks" ja polüisotsüanaate "kõvadeks segmentideks".
Pehmete ja kõvade segmentide tekitatud polüuretaanvaigus on uretaan vaid väike osa, mistõttu pole tingimata asjakohane nimetada seda polüuretaaniks. Laiemas mõttes on polüuretaan isotsüanaadi liitpolümeer.
Erinevat tüüpi isotsüanaadid reageerivad polühüdroksüühenditega, moodustades erineva struktuuriga polüuretaane, saades seeläbi erinevate omadustega polümeermaterjale, nagu plastid, kummid, katted, kiud, liimid jne. Polüuretaankumm
Polüuretaankummi töötati esmakordselt edukalt välja Saksamaal 1940. aastal ja pärast 1952. aastat hakati seda tööstuslikuks tootma, samas kui minu kodumaal arendati ja hakati tootma s-i keskel. Polüuretaankumm kuulub spetsiaalse kummi hulka, mis valmistatakse polüeetri või polüestri reaktsioonil isotsüanaadiga. Erinevat tüüpi toorainest, reaktsioonitingimustest ja ristsidumise meetoditest tulenevalt on palju sorte. Keemilise struktuuri poolest eristatakse polüestertüüpi ja polüeetritüüpi ning töötlemismeetodi poolest kolme tüüpi: segamistüüp, valamistüüp ja termoplastiline tüüp.
Sünteetiline polüuretaankummi valmistatakse tavaliselt lineaarse polüestri või polüeetri reageerimisel diisotsüanaadiga, et saada madala molekulmassiga eelpolümeer. Pärast ahela pikendamise reaktsiooni moodustub suure molekulmassiga polümeer ja seejärel lisatakse selle kuumutamiseks sobiv ristsiduv aine. Vulkaniseeritud kummiks kõvenenud meetodit nimetatakse eelpolümerisatsioonimeetodiks või kaheastmeliseks meetodiks.
Samuti on võimalik kasutada üheastmelist meetodit – lineaarne polüester või polüeeter segatakse otse diisotsüanaadi, ahela pikendaja ja ristsiduva ainega, nii et reaktsioon tekib polüuretaankummi tekkeks.
Termoplastne polüuretaankumm (TPU)
Termoplastne polüuretaankumm on (AB) n-tüüpi plokkline lineaarne polümeer, A tähistab suure molekulmassiga polüestrit või polüeetrit (molekulmass 1000-6000), mida nimetatakse pika ahelaga, B tähistab 2-12 lineaarset süsinikku Aatomdiool on lühike ahel ja keemiline side AB segmentide vahel on diisotsüanaat.
TPU struktuuri ja füüsikaliste omaduste seos
1. Segmendi struktuur
TPU molekulis olev A-segment muudab makromolekulaarse ahela kergesti pööratavaks, andes polüuretaankummile hea elastsuse, vähendades polümeeri pehmenemispunkti ja sekundaarset üleminekupunkti ning vähendades kõvadust ja mehaanilist tugevust. B-segment seob makromolekulaarse ahela pöörlemise, nii et polümeeri pehmenemispunkt ja sekundaarne üleminekupunkt suurenevad, kõvadus ja mehaaniline tugevus suurenevad ning elastsus väheneb. Reguleerides molaarsuhet A ja B vahel, saab valmistada erinevate mehaaniliste omadustega TPU-sid.
2. Ristseotud struktuur
Lisaks primaarsele ristsidumisele peab TPU ristsidumise struktuur arvestama ka sekundaarset ristsidumist, mis on moodustatud molekulidevaheliste vesiniksidemete kaudu. Polüuretaani esmane ristsiduv side erineb hüdroksükummi vulkaniseerimisstruktuurist ning selle uretaanrühm, biureet, allofanaatrühm ja muud rühmad on korrapäraselt ja jaotatud jäikadeks segmentideks, nii et saadud kummil on korrapärane võrgustruktuur, nii et sellel on suurepärane kulumiskindlus ja muud suurepärased omadused.
Teiseks, kuna polüuretaankummist on palju rühmi, nagu uurearühmad või suure kohesioonienergiaga uretaanrühmad, on molekulaarsete ahelate vahel moodustuvatel vesiniksidemetel suur tugevus ja vesiniksidemetest moodustuv sekundaarne ristsidumine mõjutab omadusi samuti oluliselt. polüuretaankummist. Sekundaarne ristsidumine muudab polüuretaankummi ühelt poolt termoreaktiivse elastomeeri omadustega ja teisest küljest ei ole ristsidumine tegelikult ristsidumine, see on virtuaalne ristsidumine ja ristsidumine olek oleneb temperatuurist.
Temperatuuri tõustes see ristsidumine järk-järgult nõrgeneb ja kaob ning polümeeril on teatav voolavus ja seda saab termoplastiliselt töödelda. Temperatuuri langetamisel taastub see ristside järk-järgult ja moodustub uuesti. Väikese koguse täiteaine lisamine suurendab molekulide vahelist kaugust, nõrgeneb võime moodustada molekulide vahel vesiniksidemeid ja tugevus langeb järsult.
3. Grupi stabiilsus
Uuringud näitavad, et polüuretaankummi iga rühma stabiilsuse järjekord kõrgest madalani on: ester, eeter, uurea, uretaan, biureet. Polüuretaankummi vananemisprotsessis on esimene biureedi ja karbamiidi rühm. Formaadi ristsidemed lõhustuvad, seejärel uretaan- ja karbamiidsidemed, st põhiahel lõhustatakse.
Polüuretaankummi omadused
TPU elastsusmoodul on kummi ja plasti vahel. Selle suurim omadus on see, et sellel on nii kõvadus kui ka elastsus, mida teistes kummides ja plastides ei leidu.
TPU jaguneb kahte tüüpi: polüestertüüp ja polüeeter. Võrreldes füüsikaliste omadustega on polüestertüüp madala kõvadusega kummi puhul parem, polüeetritüüp aga kõrge kõvadusega kummi puhul. Polüesterkummil on parem õlikindlus, kuumakindlus ja haardumine metalliga, polüeetritüüp aga hüdrolüüsikindluse, külmakindluse ja antibakteriaalsete omaduste poolest.
1. Keskkonnaomadused
TPU-l on üldiselt hea temperatuuritaluvus, temperatuur pidevaks pikaajaliseks kasutamiseks on 80–90 kraadi ja see võib lühikese aja jooksul jõuda umbes 120 kraadini. Polüuretaani madala temperatuuritaluvus on samuti hea. Polüesterpolüuretaani rabedustemperatuur on -40 kraadi C, polüeeterpolüuretaanil aga -70 ~ -80 kraadi C, kuid see muutub madalal temperatuuril kõvaks.
TPU õlikindlus on suhteliselt hea, kuid veekindlus varieerub olenevalt struktuurist. TPU kõige tõsisema lagunemise põhjustab estri moodustumise reaktsiooni pöörduvus. Kui ester puutub kokku veega, vastutab happe ümberkujundamine autokatalüütilise reaktsiooni eest, mis viib molekuli lagunemiseni. Polüesteruretaanid lagunevad õhu niiskuse mõjul rohkem laiali kui täielikult vette kastes. Seda seetõttu, et vette kastmisel uhutakse tekkinud hape pidevalt minema.
Polüeeterpolüuretaani hüdrolüüsikindlus on 3–5 korda suurem kui polüesterpolüuretaanil, kuna eetrirühm ei reageeri veega.
On kaks põhjust, miks vee sissetung põhjustab polüuretaani jõudluse langust: üks on see, et sissetungitud vesi moodustab polüuretaanis polaarsete rühmadega vesiniksidemeid, mis nõrgendab vesiniksidemeid polümeeri molekulide vahel. See protsess on pöörduv. Pärast füüsiliste omaduste taastamist.
Teine on see, et sissetungiv vesi hüdrolüüsib polüuretaani, mis on pöördumatu.
Polüuretaan muudab värvi ja tumeneb pikaajalise päikesevalguse käes ning selle füüsikalised omadused vähenevad järk-järgult. Ensüümbakterid võivad viia ka polüuretaani lagunemiseni, mistõttu lisatakse tööstuslikus tootmises kasutatavale polüuretaankummile antioksüdante, ultraviolettkiirguse absorbeerijaid, ensüümivastaseid aineid jne.
2. Mehaanilised omadused
Tõmbetugevus: polüuretaankummi tõmbetugevus on suhteliselt kõrge, ulatudes üldiselt 28–42 MPa ja TPU on keskel, umbes 35 MPa.
Pikendus: tavaliselt kuni 400 kuni 600, maksimaalne on 1000 protsenti.
Elastsus: polüuretaani elastsus on suhteliselt kõrge, kuid selle hüstereesikadu on samuti suhteliselt suur, seega on soojuse teke kõrge. Seda saab kergesti kahjustada mitmekordse painutamise ja suure kiirusega veeremise koormustingimustes.
Kõvadus: polüuretaani kõvadusvahemik on laiem kui teistel kummidel, madalaim on Shore'i kõvadus 10 ja enamiku toodete kõvadus on 45 kuni 95. Kui kõvadus on üle 70 kraadi, on tõmbetugevus ja fikseeritud pikenemistugevus kõrgemad kui looduslikul kummil. Kui kõvadus on 80–90 kraadi, on tõmbetugevus, fikseeritud pikenemistugevus ja rebenemistugevus üsna kõrged.
Rebimistugevus: polüuretaani rebimistugevus on suhteliselt kõrge. Kui katsetemperatuur tõuseb 100-110 kraadini, on rebimistugevus võrdne stüreenbutadieenkummi omaga.
Kulumiskindlus: polüuretaani kulumiskindlus on väga hea, 9 korda kõrgem kui looduslikul kummil ja 1–3 korda kõrgem kui stüreenbutadieenkummil.
Töötlemisnõuded
TPU-l on plastikust ja kummist kaks omadust. Just need ainulaadsed füüsikalised ja keemilised omadused nõuavad meilt spetsiaalset töötlemist vormide kujundamisel ja survevalumisel.
Vormi disain:
1. Jooksja kujundus:
Kuna tõmbetoru on kõige suurema rõhuga koht, siis sissepritsesurve vabastamisel suurendab kanalis olev kondensaat elastse paisumise tõttu takistust, mille tõttu otsik kleepub esivormi külge. Seetõttu tuleks vormi projekteerimisel võimalikult palju suurendada renni lammutamise kallet. . Toru väikese otsa suurus ei tohi olla väiksem survevalumasina otsiku läbimõõdust. Suure otsa suuruse suurendamine nõuab täiendavat jahutusaega ja pikendab süstimistsüklit. Seetõttu realiseerub lammutuskalde suurendamine peamiselt vooliku pikkuse lühendamisega.
Tavaolukorras on põhikanali väikese otsa läbimõõt umbes 2,5–30 mm, suurema otsa läbimõõt on alla 60 mm ja pikkus ei tohiks olla üle 40 mm. Põhikanali lõppu tuleks asetada külma liimi kogumiseks ja vee väljalaskeava lukustamiseks külma kaev, mille läbimõõt on sama või veidi suurem kui suur ots.
Jooksu läbimõõt peaks sõltuma toote struktuurist ja jooksja pikkusest. Üldiselt ei tohiks see olla väiksem kui 4.{1}}mm. Parema jahutusefekti saavutamiseks on šuntkanal ümmargune.
2. Värava kujundus:
TPU halva voolavuse tõttu peaks värava sügavus ja laius olema suurem kui teistel termoplastilistel materjalidel, et vältida väravat läbiva kolloidi jugast ja molekulaarsest orientatsioonist põhjustatud külg- ja pikisuunalise kokkutõmbumise ebakõla. , samas pikkusmõõt See on tavalistest väiksem, et hõlbustada kolloidide läbimist. Liiga pikk värav põhjustab täitmise ajal kolloidi väljutamise, mis mõjutab toote välimust. Nii palju kui võimalik tuleks vältida tihvtidega väravaid, mis võivad põhjustada materjali liigset lõikamist ja kuumuse teket.
3. Väljalaskesoone konstruktsioon:
Vormi väljatõmme peab olema piisav, et vältida toote kõrbemist, eriti kui kummimaterjali täitmissuund muutub järsult ja see osa, kus toode lõpuks täidetakse, pööra erilist tähelepanu väljalaske seadistusele. Väljalaske soone sügavust tuleks eristada vastavalt TPU tüübile. Mõnikord on väljalaskesoone sügavus vaid 0,01 mm ja väljalaske soone juures tekib kattekiht, millel on oluline seos TPU materjali eriomadustega.
4. Jahutussüsteemi konstruktsioon:
Vormi jahutav toime on parem. Muude termoplastsete materjalide puhul, kui toote pinnal olev külmunud kiht on survevalu ajal piisavalt tugev, saab toodet kõrgemal temperatuuril välja visata ja lahti võtta. TPU puhul, kui temperatuur on kõrge, ei taastu molekulidevahelised vesiniksidemed ja toote tõmbetugevus on madal. Sunniviisiline väljaviskamine ja vormist lahti võtmine toob kaasa ainult toote deformatsiooni. Võti on täielikult taastatud ja TPU-d saab lahti võtta ainult siis, kui TPU-l on piisavalt tugevust, mis nõuab, et vormi jahutav toime oleks parem.
5. Kokkutõmbumise määra määramine:
TPU kokkutõmbumismäär varieerub suuresti sõltuvalt kasutatavast TPU kaubamärgist, toote paksusest ja struktuurist ning survevalu ajal valitsevast temperatuurist ja rõhust ning selle vahemik on {{0}},1–2,0 protsenti . Vormi projekteerimisel tuleks mitte ainult tugineda toormaterjali kokkutõmbumiskiiruse andmetele, vaid ka vastavalt toote struktuurile ja paksusele, et hinnata survevalu puhul kasutatavat süstimistemperatuuri ja -rõhku ning teha asjakohaseid parandusi. Paksemate lokaalsete liimiasenditega toodete puhul on survevalu jaoks vajalik rõhk suurem ja vormitud toote kokkutõmbumiskiirus väiksem, mistõttu on vaja TPU kokkutõmbumiskiirust vähendada. Suhteliselt ühtlase liimiasendiga ja paksu tootega toodete puhul tuleks kokkutõmbumiskiiruse väärtust vastavalt suurendada.
Süstimise töötlemine
1. Toormaterjalide kuivatamine Kuna niiskuse sissetung võib TPÜ-d halvendada
Kui TPU niiskusesisaldus ületab 0,2 protsenti, ei mõjuta see mitte ainult toote välimust, vaid ka mehaanilised omadused on ilmselgelt halvenenud ning survevalutootel on halb elastsus ja madal tugevus. Seetõttu tuleks seda enne survevalu 2–3 tundi kuivatada temperatuuril 80–110 kraadi.
2. Tünni puhastamine
Survevalu masina silinder tuleks puhastada ja väga väheste muude toorainete segamine vähendab toote mehaanilist tugevust. ABS, PMMA ja PE-ga puhastatud tünnid tuleks enne survevalu uuesti puhastada TPU otsiku materjaliga ning tünnis olevad jääkmaterjalid eemaldada TPU otsiku materjaliga.
3. Töötlemistemperatuuri juhtimine
TPU töötlemistemperatuuril on oluline mõju toote lõplikule suurusele, välimusele ja deformatsioonile. Temperatuur sõltub kasutatava TPU kvaliteedist ja vormi disaini eritingimustest. Üldine suundumus on see, et väikese kokkutõmbumiskiiruse saavutamiseks tuleb töötlemistemperatuuri tõsta; suure kokkutõmbumiskiiruse saavutamiseks tuleb töötlemistemperatuuri alandada. Isegi TPU tavapärase töötlemistemperatuuri vahemikus, kui tooraine jääb tünnis liiga kauaks, põhjustab see TPU termilist lagunemist ja tünnis olevad jääkmaterjalid tuleks enne survevormimist tühjendada. Väga oluline on ka düüsi temperatuuri kontroll. Tavaolukorras peaks see olema umbes 5 kraadi kõrgem kui tünni esiosa temperatuur.
4. Sissepritse kiiruse ja rõhu juhtimine
Madalam süstimiskiirus ja pikem ooteaeg parandavad molekulide orientatsiooni ning kuigi toote suurus võib olla väiksem, on toote deformatsioon suurem ning põik- ja pikisuunalise kokkutõmbumise erinevus on suur. Suur hoidmisrõhk põhjustab ka kolloidi vormis liigse kokkusurumise ja toote suurus pärast vormist lahtivõtmist on suurem kui vormiõõne suurus.
5. Sulamiskiiruse ja vasturõhu juhtimine
TPU materjal on nihke suhtes tundlikum. Kui suure sulamiskiiruse ja vasturõhu tekitatud lõikesoojus on liiga kõrge, põhjustab see TPU termilist lagunemist. Seetõttu kasutatakse TPU sulatamiseks tavaliselt madalat või keskmist kiirust. Kui survevalu tsükkel on pikk, tuleks kasutada viivitatud sulamisfunktsiooni ja vormi avamine algab pärast sulamise lõppemist, et vältida toorainete liiga kauaks jäämist ja lagunemist.
