Čo je polyuretán?
Takzvaný polyuretán je skratka pre polyuretán, ktorý vzniká reakciou polyizokyanátu a polyolu a obsahuje mnoho opakovaných uretánových skupín (-NH-CO-O-) v molekulovom reťazci. V skutočnej syntetickej polyuretánovej živici sú okrem uretánovej skupiny aj skupiny ako močovina a biuret. Polyoly sú molekuly s dlhým reťazcom s hydroxylovými skupinami na konci, ktoré sa nazývajú „mäkké segmenty“ a polyizokyanáty sa nazývajú „tvrdé segmenty“.
V polyuretánovej živici generovanej mäkkými a tvrdými segmentmi je uretán len menšinový, takže nie je nevyhnutne vhodné nazývať ho polyuretánom. V širšom zmysle je polyuretán adičným polymérom izokyanátu.
Rôzne typy izokyanátov reagujú s polyhydroxyzlúčeninami za vzniku polyuretánov rôznych štruktúr, čím sa získavajú polymérne materiály s rôznymi vlastnosťami, ako sú plasty, gumy, nátery, vlákna, lepidlá atď. Polyuretánová guma
Polyuretánová guma bola prvýkrát úspešne vyvinutá v Nemecku v roku 1940 a po roku 1952 bola uvedená do priemyselnej výroby, zatiaľ čo moja krajina bola vyvinutá a uvedená do výroby v polovici{2} rokov. Polyuretánová guma patrí k druhu špeciálnej gumy, ktorá sa pripravuje reakciou polyéteru alebo polyesteru s izokyanátom. Existuje mnoho odrôd v dôsledku rôznych druhov surovín, reakčných podmienok a metód zosieťovania. Pokiaľ ide o chemickú štruktúru, existujú typy polyesterov a polyéterov a z hľadiska spôsobu spracovania existujú tri typy: typ miešania, typ odlievania a typ termoplastu.
Syntetický polyuretánový kaučuk sa vo všeobecnosti vyrába reakciou lineárneho polyesteru alebo polyéteru s diizokyanátom za vzniku nízkomolekulárneho predpolyméru. Po reakcii predlžovania reťazca sa vytvorí vysokomolekulárny polymér a potom sa pridá vhodné zosieťovacie činidlo na jeho zahriatie. Táto metóda vytvrdená na vulkanizovanú gumu sa nazýva predpolymerizačná metóda alebo dvojkroková metóda.
Je tiež možné použiť jednostupňovú metódu - lineárny polyester alebo polyéter sa priamo zmieša s diizokyanátom, predlžovačom reťazca a zosieťovacím činidlom, takže reakcia prebehne za vzniku polyuretánovej gumy.
Termoplastická polyuretánová guma (TPU)
Termoplastický polyuretánový kaučuk je (AB) blokový lineárny polymér typu n, A predstavuje polyester alebo polyéter s vysokou molekulovou hmotnosťou (molekulová hmotnosť 1000-6000), nazývaný dlhý reťazec, B predstavuje 2-12 lineárne uhlíky Atómový diol je krátky reťazec a chemická väzba medzi AB segmentmi je diizokyanát.
Vzťah medzi štruktúrou a fyzikálnymi vlastnosťami TPU
1. Štruktúra segmentov
Segment A v molekule TPU umožňuje, aby sa makromolekulárny reťazec ľahko otáčal, čo dáva polyuretánovej gume dobrú elasticitu, znižuje bod mäknutia a sekundárny bod prechodu polyméru a znižuje tvrdosť a mechanickú pevnosť. Segment B bude viazať rotáciu makromolekulového reťazca, takže sa zvýši bod mäknutia a sekundárny bod prechodu polyméru, zvýši sa tvrdosť a mechanická pevnosť a zníži sa elasticita. Úpravou molárneho pomeru medzi A a B možno pripraviť TPU s rôznymi mechanickými vlastnosťami.
2. Zosieťovaná štruktúra
Okrem primárneho zosieťovania musí sieťovacia štruktúra TPU zohľadňovať aj sekundárne zosieťovanie tvorené medzimolekulovými vodíkovými väzbami. Primárna zosieťovacia väzba polyuretánu sa líši od vulkanizačnej štruktúry hydroxykaučuku a jeho uretánová skupina, biuret, alofanátová skupina a ďalšie skupiny sú pravidelne a rozmiestnené do tuhých segmentov, takže získaná guma má pravidelnú sieťovú štruktúru, takže má vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu a ďalšie vynikajúce vlastnosti.
Po druhé, pretože polyuretánový kaučuk obsahuje veľa skupín, ako sú močovinové skupiny alebo uretánové skupiny s veľkou kohéznou energiou, vodíkové väzby vytvorené medzi molekulovými reťazcami majú vysokú pevnosť a sekundárne zosieťovanie tvorené vodíkovými väzbami Zdravie má tiež dôležitý vplyv na vlastnosti z polyuretánovej gumy. Sekundárne zosieťovanie spôsobuje, že polyuretánový kaučuk má na jednej strane vlastnosti termosetového elastoméru a na druhej strane zosieťovanie v skutočnosti nie je zosieťovanie, je to virtuálne zosieťovanie a zosieťovanie stav závisí od teploty.
Pri zvyšovaní teploty toto zosieťovanie postupne slabne a mizne a polymér má určitú tekutosť a je možné ho termoplasticky spracovať. Keď sa teplota zníži, toto zosieťovanie sa postupne obnoví a znovu vytvorí. Pridaním malého množstva plniva sa zväčšuje vzdialenosť medzi molekulami, schopnosť vytvárať vodíkové väzby medzi molekulami je oslabená a pevnosť prudko klesá.
3. Stabilita skupiny
Výskum ukazuje, že poradie stability každej skupiny v polyuretánovej gume od vysokej po nízku je: ester, éter, močovina, uretán, biuret. V procese starnutia polyuretánového kaučuku je prvou biuretovou a močovinovou skupinou. Štiepia sa mravčanové zosieťovanie, po ktorom nasledujú uretánové a močovinové väzby, tj hlavný reťazec sa štiepi.
Vlastnosti polyuretánovej gumy
Modul pružnosti TPU je medzi gumou a plastom. Jeho najväčšou vlastnosťou je, že má zároveň tvrdosť a pružnosť, ktorú iné gumy a plasty nemajú.
TPU sa delí na dva typy: polyesterový typ a polyéterový typ. V porovnaní s fyzikálnymi vlastnosťami má polyesterový typ lepší výkon pre gumu s nízkou tvrdosťou, zatiaľ čo typ polyéteru je lepší pre gumu s vysokou tvrdosťou. Polyesterová guma má lepšiu odolnosť voči olejom, tepelnú odolnosť a priľnavosť ku kovu, zatiaľ čo typ polyéteru je lepší pre odolnosť proti hydrolýze, odolnosť proti chladu a antibakteriálne vlastnosti.
1. Charakteristiky prostredia
TPU má vo všeobecnosti dobrú tepelnú odolnosť, teplota na nepretržité dlhodobé používanie je 80 až 90 stupňov a v krátkom čase môže dosiahnuť asi 120 stupňov. Dobrá je aj odolnosť polyuretánu pri nízkych teplotách. Teplota krehkosti polyesterového polyuretánu je -40 stupeň C, zatiaľ čo polyéterpolyuretán je -70 ~ -80 stupeň C, ale pri nízkej teplote stvrdne.
Odolnosť voči oleju TPU je pomerne dobrá, ale odolnosť voči vode sa líši v závislosti od štruktúry. Najzávažnejšiu degradáciu TPU spôsobuje reverzibilita reakcie tvorby esteru. Keď sa ester dostane do kontaktu s vodou, pretvorenie kyseliny je zodpovedné za autokatalytickú reakciu vedúcu k rozpadu molekuly. Polyesteruretány sa viac rozpadajú, keď sú vystavené vlhkosti vo vzduchu, ako keď sú úplne ponorené do vody. Pri ponorení do vody sa totiž vzniknutá kyselina neustále odplavuje.
Odolnosť polyéterpolyuretánu voči hydrolýze je 3 až 5-krát väčšia ako odolnosť polyesterového polyuretánu, pretože éterová skupina nereaguje s vodou.
Existujú dva dôvody, prečo vniknutie vody vedie k zníženiu výkonu polyuretánu: jedným je, že vniknutá voda vytvára vodíkové väzby s polárnymi skupinami v polyuretáne, čo oslabuje vodíkové väzby medzi molekulami polyméru. Tento proces je reverzibilný. Po obnovení fyzikálnych vlastností.
Druhým je, že vnikajúca voda hydrolyzuje polyuretán, čo je nevratné.
Pri dlhšom vystavení slnečnému žiareniu sa polyuretán zafarbí a stmavne a jeho fyzikálne vlastnosti sa postupne znížia. Enzýmové baktérie môžu tiež viesť k degradácii polyuretánu, preto sa do polyuretánovej gumy používanej v priemyselnej výrobe pridávajú antioxidanty, absorbéry ultrafialového žiarenia, antienzýmové činidlá atď.
2. Mechanické vlastnosti
Pevnosť v ťahu: Pevnosť v ťahu polyuretánovej gumy je relatívne vysoká, vo všeobecnosti dosahuje 28 až 42 MPa a TPU je v strede, asi 35 MPa.
Predĺženie: všeobecne do 400 až 600, maximum je 1000 percent.
Elasticita: Elasticita polyuretánu je relatívne vysoká, ale jeho hysterézna strata je tiež relatívne veľká, takže tvorba tepla je vysoká. Pri zaťažení viacnásobným ohýbaním a vysokorýchlostným valcovaním sa ľahko poškodí.
Tvrdosť: Rozsah tvrdosti polyuretánu je širší ako rozsah iných kaučukov, najnižšia je tvrdosť Shore 10 a väčšina výrobkov má tvrdosť 45 až 95. Keď je tvrdosť vyššia ako 70 stupňov, pevnosť v ťahu a pevnosť v predĺžení sú vyššia ako u prírodného kaučuku. Keď je tvrdosť 80 až 90 stupňov, pevnosť v ťahu, pevnosť v predĺžení a pevnosť v roztrhnutí sú dosť vysoké.
Pevnosť v roztrhnutí: Pevnosť v roztrhnutí polyuretánu je relatívne vysoká. Keď testovacia teplota stúpne na 100-110 stupeň, pevnosť v roztrhnutí je ekvivalentná pevnosti styrén-butadiénového kaučuku.
Odolnosť proti opotrebeniu: Odolnosť polyuretánu proti opotrebeniu je veľmi dobrá, 9-krát vyššia ako u prírodného kaučuku a 1 až 3-krát vyššia ako u styrén-butadiénového kaučuku
Požiadavky na spracovanie
TPU má dvojité vlastnosti: plast a gumu. Práve tieto jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti vyžadujú, aby sme boli špeciálne ošetrení pri navrhovaní foriem a vstrekovaní.
Dizajn formy:
1. Dizajn bežca:
Pretože vtokový kanál je miestom s najvyšším tlakom, pri uvoľnení vstrekovacieho tlaku kondenzát vo vtokovom kanáli zvýši odpor v dôsledku elastickej expanzie, čo spôsobí prilepenie dýzy k prednej forme. Preto by sa pri navrhovaní formy mal čo najviac zväčšiť sklon vtokového kanála. . Veľkosť malého konca vtoku nemôže byť menšia ako priemer dýzy vstrekovacieho stroja. Zväčšenie veľkosti veľkého konca vyžaduje dodatočný čas chladenia a predlžuje vstrekovací cyklus. Zväčšenie sklonu odformovania sa preto realizuje najmä skrátením dĺžky vtoku.
Za normálnych okolností je priemer malého konca hlavného kanála približne 2,5 až 3.0 mm, priemer veľkého konca je menší ako 6.0 mm a dĺžka by nemala presahuje 40 mm. Na konci hlavného kanála by mala byť umiestnená studená studňa s rovnakým alebo o niečo väčším priemerom ako ojnica, aby zhromaždila studené lepidlo a upevnila výtok vody.
Priemer bežca by mal závisieť od štruktúry výrobku a dĺžky bežca. Vo všeobecnosti by nemala byť menšia ako 4.{1}} mm. Bočný kanál má kruhový tvar, aby sa dosiahol lepší chladiaci efekt.
2. Dizajn brány:
Kvôli zlej tekutosti TPU by hĺbka a šírka vtoku mala byť väčšia ako u iných termoplastických materiálov, aby sa predišlo nesúladu medzi laterálnym a pozdĺžnym zmršťovaním spôsobeným tryskaním a molekulárnou orientáciou koloidu prechádzajúceho bránou. , pričom dĺžkový rozmer Je menší ako bežné, aby sa uľahčil prechod koloidov. Príliš dlhá brána spôsobí vytlačenie koloidu počas plnenia, čo ovplyvní vzhľad produktu. Mali by ste sa čo najviac vyhnúť kolíkovým bránam, ktoré môžu spôsobiť nadmerné strihanie a tvorbu tepla materiálu.
3. Konštrukcia výfukovej drážky:
Výfuk formy musí byť dostatočný na to, aby nedochádzalo k pripaľovaniu výrobku, najmä pri prudkej zmene smeru plnenia gumového materiálu a časti, kde sa výrobok konečne plní, venujte zvláštnu pozornosť nastaveniu výfuku. Hĺbku výfukovej drážky treba rozlišovať podľa typu TPU. Niekedy je hĺbka výfukovej drážky iba 0,01 mm a na výfukovej drážke sa vytvorí rúška, ktorá má dôležitý vzťah so špeciálnymi materiálovými vlastnosťami TPU.
4. Návrh chladiaceho systému:
Chladiaci účinok formy je lepší. Pri iných termoplastických materiáloch, pokiaľ má zamrznutá vrstva na povrchu výrobku dostatočnú pevnosť počas vstrekovania, môže byť výrobok vysunutý a vybratý z formy pri vyššej teplote. V prípade TPU, keď je teplota vysoká, vodíkové väzby medzi molekulami sa neobnovia a pevnosť v ťahu produktu je nízka. Násilné vyhadzovanie a vyberanie z formy povedie len k deformácii produktu. Kľúč je úplne obnovený a TPU je možné demontovať iba vtedy, keď má TPU dostatočnú pevnosť, čo si vyžaduje, aby bol chladiaci účinok formy lepší.
5. Stanovenie rýchlosti zmršťovania:
Miera zmrštenia TPU sa značne líši v závislosti od použitej značky TPU, hrúbky a štruktúry produktu a teploty a tlaku počas vstrekovania a jej rozsah je medzi {{0}},1 percenta a 2,0 percenta . Pri navrhovaní formy by ste sa mali nielen odvolávať na údaje o rýchlosti zmrštenia suroviny, ale aj podľa štruktúry a hrúbky výrobku, aby ste odhadli teplotu a tlak vstrekovania, ktoré sa majú použiť pri vstrekovaní, a vykonajte príslušné opravy. Pre výrobky s hrubšími miestnymi adhezívnymi polohami je tlak potrebný na vstrekovanie väčší a miera zmrštenia lisovaného produktu je menšia, takže je potrebné znížiť rýchlosť zmrštenia TPU. Pre výrobky s relatívne rovnomernou polohou lepidla a hrubým výrobkom by sa mala hodnota miery zmrštenia primerane zvýšiť.
Spracovanie vstrekovania
1. Sušenie surovín Pretože vniknutie vlhkosti môže znehodnotiť TPU
Keď obsah vlhkosti v TPU presiahne 0,2 percenta, nie je ovplyvnený len vzhľad výrobku, ale aj mechanické vlastnosti sa zjavne zhoršia a vstrekovaný výrobok má zlú elasticitu a nízku pevnosť. Preto by sa mal pred vstrekovaním sušiť pri teplote 80 stupňov až 110 stupňov počas 2 až 3 hodín.
2. Čistenie hlavne
Valec vstrekovacieho stroja by sa mal vyčistiť a zmiešanie veľmi malého počtu iných surovín zníži mechanickú pevnosť produktu. Sudy vyčistené ABS, PMMA a PE by sa mali pred vstrekovaním opäť vyčistiť materiálom trysiek TPU a zvyškový materiál v sude by sa mal odstrániť materiálom trysky TPU.
3. Kontrola teploty spracovania
Teplota spracovania TPU má zásadný vplyv na konečnú veľkosť, vzhľad a deformáciu produktu. Teplota závisí od druhu použitého TPU a špecifických podmienok konštrukcie formy. Všeobecným trendom je, že na dosiahnutie malej rýchlosti zmrštenia je potrebné zvýšiť teplotu spracovania; na dosiahnutie veľkej rýchlosti zmrštenia je potrebné znížiť teplotu spracovania. Dokonca aj v rámci normálneho rozsahu teplôt spracovania TPU, ak surovina zostane vo valci príliš dlho, povedie to k tepelnej degradácii TPU a zvyškový materiál vo valci by sa mal pred vstrekovaním vyprázdniť. Veľmi dôležitá je aj kontrola teploty trysky. Za normálnych okolností by mala byť asi o 5 stupňov vyššia ako teplota predného konca hlavne.
4. Kontrola rýchlosti vstrekovania a tlaku
Nižšia rýchlosť vstrekovania a dlhší čas zotrvania zvýšia orientáciu molekúl, a hoci možno dosiahnuť menšiu veľkosť produktu, deformácia produktu bude väčšia a rozdiel medzi priečnym a pozdĺžnym zmrštením bude veľký. Veľký prídržný tlak tiež spôsobí nadmerné stlačenie koloidu vo forme a veľkosť produktu po vybratí z formy je väčšia ako veľkosť dutiny formy.
5. Kontrola rýchlosti taveniny a protitlaku
Materiál TPU je citlivejší na strih. Keď je strihové teplo generované vysokou rýchlosťou tavenia a protitlakom príliš vysoké, povedie to k tepelnej degradácii TPU. Preto sa na tavenie TPU vo všeobecnosti používa nízka alebo stredná rýchlosť. Ak je cyklus vstrekovania dlhý, mala by sa použiť funkcia oneskoreného tavenia a otváranie formy sa spustí po dokončení tavenia, aby sa zabránilo tomu, že suroviny zostanú vo valci príliš dlho a neznehodnotia sa.
