Què és el poliuretà?
L'anomenat poliuretà és l'abreviatura de poliuretà, que es forma per la reacció del poliisocianat i el poliol, i conté molts grups d'uretà repetits (-NH-CO-O-) a la cadena molecular. A la resina de poliuretà sintètica real, a més del grup de l'uretà, també hi ha grups com la urea i el biuret. Els poliols són molècules de cadena llarga amb grups hidroxil al final, que s'anomenen "segments tous", i els poliisocianats s'anomenen "segments durs".
En la resina de poliuretà generada pels segments tous i durs, l'uretà és només una minoria, per la qual cosa no és necessàriament adequat anomenar-lo poliuretà. En un sentit ampli, el poliuretà és un polímer d'addició d'isocianat.
Diferents tipus d'isocianats reaccionen amb compostos polihidroxis formant poliuretans de diverses estructures, obtenint així materials polimèrics amb diferents propietats, com ara plàstics, cautxús, recobriments, fibres, adhesius, etc. Cautxú poliuretà
El cautxú de poliuretà es va desenvolupar amb èxit per primera vegada a Alemanya l'any 1940 i es va posar en producció industrial després de 1952, mentre que el meu país es va desenvolupar i es va posar en producció a mitjans-1960. El cautxú de poliuretà pertany a un tipus de cautxú especial, que es prepara mitjançant la reacció de polièter o polièster amb isocianat. Hi ha moltes varietats a causa de diferents tipus de matèries primeres, condicions de reacció i mètodes de reticulació. Pel que fa a l'estructura química, hi ha tipus de polièster i tipus de polièter, i pel que fa al mètode de processament, hi ha tres tipus: tipus de barreja, tipus de fosa i tipus termoplàstic.
El cautxú de poliuretà sintètic es fa generalment fent reaccionar polièster o polièter lineal amb diisocianat per fer un prepolímer de baix pes molecular. Després de la reacció d'extensió de cadena, es forma un polímer d'alt molecular i, a continuació, s'afegeix un agent de reticulació adequat per escalfar-lo. Curat per convertir-se en cautxú vulcanitzat, aquest mètode s'anomena mètode de prepolimerització o mètode de dos passos.
També és possible utilitzar un mètode d'un sol pas: el polièster o polièter lineal es barreja directament amb diisocianat, extensor de cadena i agent de reticulació, de manera que la reacció es produeix per generar cautxú de poliuretà.
Cautxú de poliuretà termoplàstic (TPU)
El cautxú de poliuretà termoplàstic és un polímer lineal de bloc de tipus n (AB), A representa polièster o polièter d'alt pes molecular (pes molecular 1000-6000), anomenat cadena llarga, B representa 2-12 carbonis lineals El diol atòmic és una cadena curta, i l'enllaç químic entre els segments AB és el diisocianat.
La relació entre l'estructura i les propietats físiques de TPU
1. Estructura del segment
El segment A de la molècula de TPU fa que la cadena macromolecular sigui fàcil de girar, donant una bona elasticitat al cautxú de poliuretà, reduint el punt de suavització i el punt de transició secundari del polímer i reduint la duresa i la resistència mecànica. El segment B unirà la rotació de la cadena macromolecular, de manera que s'augmenta el punt de suavització i el punt de transició secundari del polímer, augmenta la duresa i la resistència mecànica i disminueix l'elasticitat. Ajustant la relació molar entre A i B, es poden preparar TPU amb diferents propietats mecàniques.
2. Estructura reticulada
A més de la reticulació primària, l'estructura de reticulació de TPU també ha de tenir en compte la reticulació secundària formada per enllaços d'hidrogen intermoleculars. L'enllaç de reticulació principal del poliuretà és diferent de l'estructura de vulcanització del cautxú hidroxi, i el seu grup d'uretà, biuret, grup al·lofanat i altres grups estan regularment i espaiats en segments rígids, de manera que el cautxú obtingut té una estructura de xarxa regular, de manera que té una excel·lent resistència al desgast i altres excel·lents propietats.
En segon lloc, com que el cautxú de poliuretà conté molts grups com ara grups d'urea o grups d'uretà amb una gran energia de cohesió, els enllaços d'hidrogen formats entre cadenes moleculars tenen una gran resistència i la reticulació secundària formada per enllaços d'hidrogen La salut també té una influència important en les propietats. de cautxú de poliuretà. La reticulació secundària fa que el cautxú de poliuretà tingui les característiques d'elastòmer termoendurible, d'una banda, i d'altra banda, la reticulació no és realment reticulada, és una reticulació virtual i la reticulació estat depèn de la temperatura.
A mesura que augmenta la temperatura, aquesta reticulació es debilita i desapareix gradualment, i el polímer té una certa fluïdesa i es pot processar termoplàsticament. Quan la temperatura es redueix, aquest enllaç es recupera gradualment i es torna a formar. L'addició d'una petita quantitat de farciment augmenta la distància entre les molècules, la capacitat de formar enllaços d'hidrogen entre les molècules es debilita i la força baixarà bruscament.
3. L'estabilitat del grup
La investigació mostra que l'ordre d'estabilitat de cada grup en cautxú de poliuretà d'alt a baix és: èster, èter, urea, uretà, biuret. En el procés d'envelliment del cautxú de poliuretà, el primer és el grup de biuret i urea. Els enllaços de formiat són escindits, seguits dels enllaços d'uretà i urea, és a dir, la cadena principal es trenca.
Propietats del cautxú de poliuretà
El mòdul elàstic del TPU està entre el cautxú i el plàstic. La seva característica més gran és que té duresa i elasticitat, que no es troba en altres cautxús i plàstics.
El TPU es divideix en dos tipus: tipus polièster i tipus polièter. En comparació amb les propietats físiques, el tipus de polièster té un millor rendiment per al cautxú de baixa duresa, mentre que el tipus de polièter és millor per al cautxú d'alta duresa. El cautxú de polièster té una millor resistència a l'oli, resistència a la calor i adherència al metall, mentre que el tipus de polièter és millor per a la resistència a la hidròlisi, la resistència al fred i les propietats antibacterianes.
1. Característiques ambientals
El TPU generalment té una bona resistència a la temperatura, la temperatura per a un ús continu a llarg termini és de 80 a 90 graus i pot arribar a uns 120 graus en poc temps. La resistència a baixa temperatura del poliuretà també és bona. La temperatura de fragilitat del poliuretà de polièster és de -40 graus C, mentre que el poliuretà de polièter és de -70 ~ -80 graus C, però es tornarà dur a baixa temperatura.
La resistència a l'oli de TPU és relativament bona, però la resistència a l'aigua varia segons l'estructura. La degradació més greu de TPU és causada per la reversibilitat de la reacció de formació d'èsters. Quan l'èster entra en contacte amb l'aigua, la reformació de l'àcid és responsable de la reacció autocatalítica que condueix a la desintegració de la molècula. Els uretans de polièster es desintegren més quan s'exposen a la humitat a l'aire que quan estan completament immersos en aigua. Això es deu al fet que quan es submergeix a l'aigua, l'àcid format es renta constantment.
La resistència a la hidròlisi del poliuretà de polièter és de 3 a 5 vegades la del poliuretà de polièster, perquè el grup èter no reaccionarà amb l'aigua.
Hi ha dues raons per les quals la intrusió d'aigua condueix a la disminució del rendiment del poliuretà: una és que l'aigua intruïda forma enllaços d'hidrogen amb grups polars del poliuretà, la qual cosa debilita els enllaços d'hidrogen entre les molècules del polímer. Aquest procés és reversible. Després de restaurar les propietats físiques.
La segona és que l'aigua invasor hidrolitza el poliuretà, que és irreversible.
El poliuretà es decolorarà i s'enfosquirà sota una exposició prolongada a la llum solar, i les seves propietats físiques disminuiran gradualment. Els bacteris enzimàtics també poden provocar la degradació del poliuretà, per la qual cosa s'afegeixen antioxidants, absorbents ultraviolats, agents antienzims, etc. al cautxú de poliuretà utilitzat en la producció industrial.
2. Propietats mecàniques
Resistència a la tracció: la resistència a la tracció del cautxú de poliuretà és relativament alta, arribant generalment a 28 a 42 MPa, i el TPU es troba al mig, uns 35 MPa.
Elongació: generalment fins a 400 a 600, el màxim és del 1000 per cent.
Elasticitat: l'elasticitat del poliuretà és relativament alta, però la seva pèrdua d'histèresi també és relativament gran, de manera que la generació de calor és alta. Es fa malbé fàcilment en condicions de càrrega de flexió múltiple i rodament d'alta velocitat.
Duresa: el rang de duresa del poliuretà és més ampli que el d'altres cautxús, el més baix és la duresa Shore 10, i la majoria dels productes tenen una duresa de 45 a 95. Quan la duresa és superior a 70 graus, la resistència a la tracció i la resistència a l'allargament fix són superiors a les del cautxú natural. Quan la duresa és de 80 a 90 graus, la resistència a la tracció, la resistència a l'allargament fix i la resistència a la llàgrima són força altes.
Resistència a la llàgrima: la resistència a la llàgrima del poliuretà és relativament alta. Quan la temperatura de prova augmenta a 100-110 graus , la resistència al trencament és equivalent a la del cautxú d'estirè-butadiè.
Resistència al desgast: la resistència al desgast del poliuretà és molt bona, 9 vegades superior a la del cautxú natural i d'1 a 3 vegades superior a la del cautxú estirè-butadiè
Requisits de tramitació
El TPU té les característiques dobles de plàstic i cautxú. Són aquestes característiques físiques i químiques úniques les que requereixen un tractament especial en el disseny de motlles i l'emmotllament per injecció.
Disseny del motlle:
1. El disseny del corredor:
Com que el sprue és el lloc amb la pressió més alta, quan s'allibera la pressió d'injecció, el condensat del sprue augmentarà la resistència a causa de l'expansió elàstica, cosa que farà que el filtre s'enganxi al motlle frontal. Per tant, s'ha d'augmentar el pendent de desemmotllament del bebedero tant com sigui possible quan es dissenya el motlle. . La mida de l'extrem petit del bebedero no pot ser inferior al diàmetre del broquet de la màquina d'emmotllament per injecció. L'augment de la mida de l'extrem gran requereix un temps de refredament addicional i allarga el cicle d'injecció. Per tant, l'augment del pendent de desemmotllament es realitza principalment escurçant la longitud del bebedero.
En circumstàncies normals, el diàmetre de l'extrem petit del canal principal és d'entre 2,5 i 3,0 mm, el diàmetre de l'extrem gran és inferior a 6,0 mm i la longitud no ha de ser. superar els 40 mm. A l'extrem del canal principal, s'ha de posar un pou fred amb el mateix diàmetre o una mica més gran que l'extrem gran per recollir cola freda i tancar la sortida d'aigua.
El diàmetre del corredor ha de dependre de l'estructura del producte i de la longitud del corredor. En termes generals, no hauria de ser inferior a 4,0mm. El canal de derivació adopta una forma circular per obtenir un millor efecte de refrigeració.
2. Disseny de la porta:
A causa de la poca fluïdesa del TPU, la profunditat i l'amplada de la porta han de ser més grans que les d'altres materials termoplàstics per evitar la inconsistència entre la contracció lateral i longitudinal causada per l'orientació molecular del col·loide que passa per la porta. , mentre que la dimensió de longitud és més petita que les normals per facilitar el pas dels col·loides. Una porta massa llarga farà que el col·loide s'expulsi durant l'ompliment, cosa que afectarà l'aspecte del producte. S'han d'evitar en la mesura del possible les portes de pin que poden provocar un cisallament excessiu i la generació de calor del material.
3. Disseny de la ranura d'escapament:
L'escapament del motlle ha de ser suficient per evitar que el producte es cremi, especialment quan la direcció d'ompliment del material de cautxú canvia bruscament i la part on finalment s'omple el producte, presteu especial atenció a la configuració de l'escapament. La profunditat de la ranura d'escapament s'ha de distingir segons el tipus de TPU. De vegades, la profunditat de la ranura d'escapament és de només 0,01 mm, i es generarà una cortina a la ranura d'escapament, que té una relació important amb les propietats especials del material de TPU.
4. Disseny del sistema de refrigeració:
L'efecte de refrigeració del motlle és millor. Per a altres materials termoplàstics, sempre que la capa congelada a la superfície del producte tingui una resistència suficient durant l'emmotllament per injecció, el producte es pot expulsar i desemmotllar a una temperatura més alta. Per al TPU, quan la temperatura és alta, els enllaços d'hidrogen entre les molècules no es restableixen i la resistència a la tracció del producte és baixa. L'expulsió i el desemmotllament per força només provocaran la deformació del producte. La clau està totalment recuperada i el TPU només es pot desemmotllar quan el TPU té la força suficient, la qual cosa requereix que l'efecte de refrigeració del motlle sigui millor.
5. Determinació de la taxa de contracció:
La taxa de contracció de TPU varia molt amb la marca de TPU utilitzada, el gruix i l'estructura del producte i la temperatura i la pressió durant l'emmotllament per injecció, i el seu rang és d'entre {{0}},1 per cent i 2,0 per cent. . Quan es dissenya el motlle, no només s'ha de fer referència a les dades de la taxa de contracció de la matèria primera, sinó també segons l'estructura i el gruix del producte per estimar la temperatura i la pressió d'injecció que s'utilitzaran en el modelat per injecció i fer les correccions adequades. Per als productes amb posicions adhesives locals més gruixudes, la pressió necessària per a l'emmotllament per injecció és més gran i la taxa de contracció del producte modelat és menor, per la qual cosa és necessari reduir la taxa de contracció de TPU. Per als productes amb una posició de cola relativament uniforme i un producte gruixut, el valor de la taxa de contracció s'ha d'augmentar adequadament.
Processament d'injecció
1. Assecat de matèries primeres Perquè la intrusió d'humitat pot degradar el TPU
Quan el contingut d'humitat del TPU supera el 0,2 per cent, no només es veu afectada l'aspecte del producte, sinó que també es veuen deteriorades les propietats mecàniques, i el producte modelat per injecció té poca elasticitat i poca resistència. Per tant, s'ha d'assecar a una temperatura de 80 a 110 graus durant 2 o 3 hores abans de l'emmotllament per injecció.
2. Neteja de la bóta
S'ha de netejar el barril de la màquina d'emmotllament per injecció i la barreja de molt poques matèries primeres reduirà la resistència mecànica del producte. Els barrils netejats amb ABS, PMMA i PE s'han de netejar de nou amb material de broquet de TPU abans de l'emmotllament per injecció, i el material residual del canó s'ha d'eliminar amb material de broquet de TPU.
3. Control de la temperatura de processament
La temperatura de processament de TPU té un impacte crucial en la mida final, l'aspecte i la deformació del producte. La temperatura depèn del grau de TPU utilitzat i de les condicions específiques del disseny del motlle. La tendència general és que per obtenir una petita taxa de contracció, cal augmentar la temperatura de processament; per obtenir una gran taxa de contracció, s'ha de reduir la temperatura de processament. Fins i tot dins del rang de temperatura de processament normal de TPU, si la matèria primera roman al barril durant massa temps, provocarà una degradació tèrmica del TPU, i el material residual del barril s'hauria de buidar abans de l'emmotllament per injecció. El control de la temperatura del broquet també és molt important. En circumstàncies normals, hauria de ser uns 5 graus superior a la temperatura de l'extrem frontal del canó.
4. Control de velocitat i pressió d'injecció
Una velocitat d'injecció més baixa i un temps de permanència més llarg milloraran l'orientació molecular i, tot i que es pot obtenir una mida de producte més petita, la deformació del producte serà més gran i la diferència entre la contracció transversal i longitudinal serà gran. Una gran pressió de retenció també farà que el col·loide estigui sobrecomprimit al motlle i la mida del producte després del desemmotllament sigui més gran que la mida de la cavitat del motlle.
5. Control de velocitat de fusió i contrapressió
El material de TPU és més sensible a la cisalla. Quan la calor de cisalla generada per l'alta velocitat de fusió i la contrapressió és massa alta, provocarà una degradació tèrmica del TPU. Per tant, la velocitat baixa o mitjana s'utilitza generalment per a la fusió de TPU. Si el cicle d'emmotllament per injecció és llarg, s'ha d'utilitzar la funció de fusió retardada i l'obertura del motlle s'iniciarà un cop finalitzada la fusió, per evitar que les matèries primeres es quedin al barril durant massa temps i es degraden.
