Chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo là gì?

Chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo là gì?

Chất đàn hồi polyurethane là một loạt các vật liệu tổng hợp polyurethane (các loại khác đề cập đến bọt polyurethane, chất kết dính polyurethane, lớp phủ polyurethane và sợi polyurethane), và chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo là một trong ba loại chất đàn hồi polyurethane, Mọi người thường gọi nó là TPU ( hai loại chất đàn hồi polyurethane chính khác là chất đàn hồi polyurethane đúc, viết tắt là CPU và chất đàn hồi polyurethane hỗn hợp, viết tắt là MPU).

TPU là một loại chất đàn hồi polyurethane có thể được làm dẻo bằng cách đun nóng và hòa tan bằng dung môi. So với CPU và MPU, TPU có ít hoặc không có liên kết ngang hóa học trong cấu trúc hóa học của nó. Chuỗi phân tử của nó về cơ bản là tuyến tính, nhưng có một lượng liên kết ngang vật lý nhất định. Đây là chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo có cấu trúc rất đặc trưng.

Cấu trúc và phân loại của TPU

Chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo là một loại polymer tuyến tính khối (AB). A đại diện cho một polyol polymer (ester hoặc polyether, trọng lượng phân tử 1000 ~ 6000) có trọng lượng phân tử cao, được gọi là chuỗi dài; B đại diện cho một diol chứa 2-12 nguyên tử cacbon mạch thẳng, gọi là mạch ngắn.

Trong cấu trúc của chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo, đoạn A được gọi là đoạn mềm, có đặc tính dẻo và mềm nên TPU có khả năng co giãn; Chuỗi urethane được tạo ra bởi phản ứng giữa đoạn B và isocyanate được gọi là đoạn cứng, có cả đặc tính cứng và cứng. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ giữa các đoạn A và B, các sản phẩm TPU có tính chất cơ lý khác nhau sẽ được tạo ra.

Theo cấu trúc phân đoạn mềm, nó có thể được chia thành loại polyester, loại polyether và loại butadiene, lần lượt chứa nhóm ester, nhóm ether hoặc nhóm butene. Theo cấu trúc phân đoạn cứng, nó có thể được chia thành loại urethane và loại urê urethane, tương ứng thu được từ bộ mở rộng chuỗi ethylene glycol hoặc bộ mở rộng chuỗi diamine. Phân loại phổ biến được chia thành loại polyester và loại polyether.

Nguyên liệu thô để tổng hợp TPU là gì?

(1) Diol polyme

Diol cao phân tử có trọng lượng phân tử từ 500 đến 4000 và các nhóm nhị chức, với hàm lượng từ 50% đến 80% trong chất đàn hồi TPU, đóng vai trò quyết định đối với các tính chất vật lý và hóa học của TPU.

Polymer Diol thích hợp cho chất đàn hồi TPU có thể được chia thành polyester và polyether: polyester bao gồm polytetramethylene Adipic acid glycol (PBA) ε PCL, PHC; Polyethers bao gồm polyoxypropylene ether glycol (PPG), tetrahydrofuran polyether glycol (PTMG), v.v.

(2) Diisocyanate

Trọng lượng phân tử nhỏ nhưng chức năng vượt trội, không chỉ đóng vai trò kết nối đoạn mềm và đoạn cứng mà còn mang lại cho TPU nhiều đặc tính cơ lý tốt khác nhau. Các diisocyanate có thể áp dụng cho TPU là: Methylene diphenyl diisocyanate (MDI), methylene bis (-4-cyclohexyl isocyanate) (HMDI), p-phenyldiisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), p-phenyldimethyl diisocyanate ( PXDI), v.v.

(3) Bộ mở rộng xích

Bộ mở rộng chuỗi có trọng lượng phân tử 100 ~ 350, thuộc Diol phân tử nhỏ, trọng lượng phân tử nhỏ, cấu trúc chuỗi mở và không có nhóm thế có lợi cho việc đạt được độ cứng cao và trọng lượng vô hướng cao của TPU. Các chất mở rộng chuỗi thích hợp cho TPU bao gồm 1,4-butanediol (BDO), 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) benzen (HQEE), 1,4-cyclohexanedimanol (CHDM), p-phenyldimethylglycol (PXG), v.v.

Ứng dụng sửa đổi TPU như một chất làm cứng

Để giảm giá thành sản phẩm và đạt được hiệu suất bổ sung, chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo polyurethane có thể được sử dụng làm chất làm cứng thường được sử dụng để làm cứng các vật liệu cao su nhiệt dẻo và cao su biến tính khác nhau.

Do tính phân cực cao, polyurethane có thể tương thích với các loại nhựa hoặc cao su phân cực, chẳng hạn như polyetylen clo hóa (CPE), có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm y tế; Pha trộn với ABS có thể thay thế nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật để sử dụng; Khi sử dụng kết hợp với polycarbonate (PC), nó có các đặc tính như kháng dầu, kháng nhiên liệu, chống va đập và có thể dùng để chế tạo thân xe ô tô; Khi kết hợp với polyester, độ dẻo dai của nó có thể được cải thiện; Ngoài ra, nó có thể tương thích tốt với PVC, Polyoxymethylene hoặc PVDC; Polyester polyurethane có thể tương thích tốt với cao su Nitrile 15% hoặc cao su nitrile 40%/hỗn hợp PVC; Polyether polyurethane cũng có thể tương thích tốt với chất kết dính hỗn hợp cao su nitrile/polyvinyl clorua 40%; Nó cũng có thể đồng tương thích với copolyme acrylonitrile styrene (SAN); Nó có thể hình thành các cấu trúc mạng xuyên thấu (IPN) với các polysiloxan phản ứng. Phần lớn các loại keo pha trộn nói trên đã được sản xuất chính thức.

Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều nghiên cứu về việc tăng cường POM bằng TPU ở Trung Quốc. Sự pha trộn giữa TPU và POM không chỉ cải thiện khả năng chịu nhiệt độ cao và tính chất cơ học của TPU mà còn làm tăng độ cứng đáng kể của POM. Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong các thử nghiệm đứt gãy kéo, so với ma trận POM, hợp kim POM với TPU đã chuyển từ đứt gãy giòn sang gãy dẻo. Việc bổ sung TPU cũng mang lại cho POM hiệu suất ghi nhớ hình dạng. Vùng tinh thể của POM đóng vai trò là pha cố định của hợp kim nhớ hình dạng, trong khi vùng vô định hình của TPU và POM vô định hình đóng vai trò là pha thuận nghịch. Khi nhiệt độ phản hồi phục hồi là 165oC và thời gian phục hồi là 120 giây, tốc độ phục hồi của hợp kim đạt trên 95% và hiệu quả phục hồi là tốt nhất.

TPU khó tương thích với các vật liệu polymer không phân cực như polyetylen, polypropylen, cao su Ethylene propylene, cao su butadien, cao su isopren hoặc bột cao su thải và không thể sử dụng để sản xuất vật liệu tổng hợp có hiệu suất tốt. Vì vậy, các phương pháp xử lý bề mặt như plasma, corona, hóa ướt, sơn lót, ngọn lửa hoặc khí phản ứng thường được sử dụng cho các phương pháp sau. Ví dụ, Công ty Hóa chất và Sản phẩm Hàng không Hoa Kỳ đã tiến hành xử lý bề mặt khí hoạt tính F2/O2 trên bột mịn polyetylen có trọng lượng phân tử cực cao với trọng lượng phân tử 3-5 triệu và thêm nó vào chất đàn hồi polyurethane với tỷ lệ 10 %, có thể cải thiện đáng kể mô đun uốn, độ bền kéo và khả năng chống mài mòn. Và phương pháp xử lý bề mặt khí hoạt tính F2/O2 cũng có thể được áp dụng cho các sợi ngắn kéo dài theo hướng có chiều dài 6-35mm, có thể cải thiện độ cứng và độ bền xé của vật liệu composite.

Các lĩnh vực ứng dụng của TPU là gì?

Năm 1958, Công ty Hóa chất Goodrich (nay đổi tên thành Lubrizol) lần đầu tiên đăng ký nhãn hiệu TPU Estane. Trong 40 năm qua, trên toàn thế giới đã có hơn 20 thương hiệu và mỗi thương hiệu có nhiều dòng sản phẩm. Hiện nay, các nhà sản xuất nguyên liệu TPU chính trên thế giới là: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, v.v.

Là một chất đàn hồi tuyệt vời, TPU có nhiều loại sản phẩm hạ nguồn, được sử dụng rộng rãi trong nhu cầu thiết yếu hàng ngày, đồ thể thao, đồ chơi, vật liệu trang trí và các lĩnh vực khác. Dưới đây là một vài ví dụ.

① Chất liệu giày

TPU chủ yếu được sử dụng làm chất liệu giày do tính đàn hồi và chống mài mòn tuyệt vời. Các sản phẩm giày dép có chứa TPU mang lại cảm giác thoải mái hơn nhiều so với các sản phẩm giày dép thông thường nên được sử dụng rộng rãi hơn trong các sản phẩm giày dép cao cấp, đặc biệt là một số loại giày thể thao và giày thông thường.

② Ống mềm

Do mềm mại, độ bền kéo tốt, độ bền va đập và khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp, ống TPU được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc làm ống dẫn khí và dầu cho các thiết bị cơ khí như máy bay, xe tăng, ô tô, xe máy và máy công cụ.

③ Cáp

TPU cung cấp các đặc tính chống rách, chống mài mòn và uốn cong, với khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp là chìa khóa cho hiệu suất của cáp. Vì vậy, tại thị trường Trung Quốc, các loại cáp tiên tiến như cáp điều khiển và cáp điện đều sử dụng TPU để bảo vệ vật liệu phủ của các thiết kế cáp phức tạp và ứng dụng của chúng ngày càng trở nên phổ biến.

④ Thiết bị y tế

TPU là vật liệu thay thế PVC an toàn, ổn định và chất lượng cao, không chứa Phthalate và các chất độc hại hóa học khác, đồng thời sẽ di chuyển vào máu hoặc các chất lỏng khác trong ống thông y tế hoặc túi y tế để gây ra tác dụng phụ. Hơn nữa, loại ép đùn và loại ép phun được phát triển đặc biệt TPU có thể dễ dàng được sử dụng với một chút sửa lỗi trong thiết bị PVC hiện có.

⑤ Xe cộ và các phương tiện vận tải khác

Bằng cách ép đùn và phủ cả hai mặt của vải nylon bằng chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo polyurethane, có thể chế tạo bè tấn công chiến đấu bơm hơi và bè trinh sát chở 3-15 người, với hiệu suất tốt hơn nhiều so với bè bơm hơi cao su lưu hóa; Chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo polyurethane được gia cố bằng sợi thủy tinh có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận thân xe như các bộ phận đúc ở cả hai bên xe, vỏ cửa, cản, dải chống ma sát và lưới tản nhiệt.