TPU მასალების სინთეზი, დამუშავება, შესრულება და გამოყენება

TPU (თერმოპლასტიკური პოლიურეთანი)არის პოლიურეთანის სახეობა, რომლის პლასტიფიცირება შესაძლებელია გაცხელებით და მისი გახსნა შესაძლებელია გამხსნელებით. შერევისა და ჩამოსხმის ტიპის პოლიურეთანთან შედარებით, თერმოპლასტიკურ პოლიურეთანს ქიმიურ სტრუქტურაში არ აქვს ან აქვს მცირე ქიმიური ჯვარედინი შეერთება და მისი მოლეკულები ძირითადად წრფივია, მაგრამ არსებობს გარკვეული რაოდენობის ფიზიკური ცვლა.
ე.წ. ფიზიკური გაცვლის კონცეფცია, რომელიც პირველად შოლენბერგერ CS-მ შემოგვთავაზა 1958 წელს, გულისხმობს შექცევადი „შეერთების წერტილების“ არსებობას ხაზოვან პოლიურეთანის მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის სითბოს ან გამხსნელების ზემოქმედებისას. ეს სინამდვილეში არ არის ქიმიური ჯვარედინი კავშირი. მაგრამ ის მოქმედებს როგორც ქიმიური ჯვარედინი კავშირი. ამ ფიზიკური ჯვარედინი კავშირის შედეგად, პოლიურეთანი ქმნის ჰეტეროგენულ მორფოლოგიურ სტრუქტურულ თეორიას, ხოლო პოლიურეთანის წყალბადური ბმები აძლიერებს მის მორფოლოგიას და ხდის მას მდგრადს მაღალი ტენიანობის მიმართ.

რა არის TPU-ს კლასიფიკაცია?

ახლა, როდესაც ვიცით, რა არის TPU, რა არის მისი კლასიფიკაციები? სხვადასხვა კლასიფიკაციის სტანდარტის მიხედვით, TPU-ს შეიძლება ჰქონდეს მრავალი განსხვავებული კლასიფიკაცია.

მაგალითად, რბილი სეგმენტის სტრუქტურის მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს პოლიესტერის ტიპის, პოლიეთერის ტიპის და ბუტადიენის ტიპის, რომლებიც შესაბამისად შეიცავს ეთერის ჯგუფს, ეთერის ჯგუფს ან ბუტენის ჯგუფს. მყარი სეგმენტის სტრუქტურის მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს ურეთანის ტიპის და ურეთანის შარდოვანას ტიპის, რომლებიც შესაბამისად მიიღება დიოლის ჯაჭვის გამაფართოებლებისგან ან დიამინის ჯაჭვის გამაფართოებლებისგან. საერთო დაყოფა იყოფა პოლიესტერის ტიპის და პოლიეთერის ტიპის.
ჯვარედინი შეკავშირების არსებობის ან არარსებობის მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს სუფთა თერმოპლასტიკურ და ნახევრად თერმოპლასტიკურ. პირველი არის სუფთა წრფივი სტრუქტურა ჯვარედინი შეკავშირების გარეშე; მეორე შეიცავს მცირე რაოდენობით ალოფანატს და სხვა ჯვარედინი შეკავშირების ბმებს. მზა პროდუქციის გამოყენების მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს სპეციალური ფორმის ნაწილებად (სხვადასხვა მექანიკური ნაწილები), მილებად (გარსები, ღეროს პროფილები), ფირებად (ფურცლები, ფურცლები), წებოვან მასალებად, საფარებად და ბოჭკოებად.

როგორ სინთეზირდება TPU?

მიუხედავად იმისა, რომ TPU-ს მრავალი კლასიფიკაცია არსებობს, მოლეკულური სტრუქტურის მიხედვით ისინი ყველა პოლიურეთანს მიეკუთვნება. მაშ, როგორ გაერთიანდა ის? სხვადასხვა სინთეზის პროცესის მიხედვით, ის ძირითადად იყოფა მოცულობით პოლიმერიზაციად და ხსნარში პოლიმერიზაციად.

მასიური პოლიმერიზაციის დროს, წინასწარი რეაქციის არსებობის მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს წინასწარი პოლიმერიზაციის მეთოდად და ერთსაფეხურიან მეთოდად: წინასწარი პოლიმერიზაციის მეთოდი გულისხმობს დიიზოციანატის რეაქციას მაკრომოლეკულურ დიოლთან გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, შემდეგ კი ჯაჭვის გამაფართოებლის დამატებას TPU-ს მისაღებად; მოლეკულური დიოლები, დიიზოთერები და ჯაჭვის გამაფართოებლები ერთდროულად ერევიან და რეაგირებენ TPU-ს წარმოქმნით.
ხსნარის პოლიმერიზაცია გულისხმობს დიიზოციანატის ჯერ გამხსნელში გახსნას, შემდეგ მაკრომოლეკულური დიოლის დამატებას გარკვეული დროის განმავლობაში რეაქციის დასაწყებად და ბოლოს ჯაჭვის გამაფართოებლის დამატებას TPU-ს მისაღებად.
რბილი სეგმენტის ტიპი, მოლეკულური წონა, მყარი ან რბილი სეგმენტის შემცველობა და TPU-ს აგრეგაციის მდგომარეობა გავლენას ახდენს TPU-ს სიმკვრივეზე. სიმკვრივე 1.10-დან 1.25-მდეა, რაც მნიშვნელოვნად არ განსხვავდება სხვა რეზინებისა და პლასტმასისგან. იმავე სიმტკიცის დროს, პოლიეთერული TPU-ს სიმკვრივე უფრო დაბალია, ვიდრე პოლიესტერის TPU-ს.

როგორ ხდება TPU-ს დამუშავება

TPU ფისი საჭიროებს დამუშავებას მზა პროდუქციის მისაღებად და TPU ძირითადად მუშავდება დნობის მეთოდით და ხსნარის მეთოდით. ​​მისი მოლეკულური სტრუქტურა არის ხისტი ბლოკი, რომელიც მიიღება დიფენილმეთან დიიზოციანატის (MDI) ან ტოლუოლ დიიზოციანატის (TDI) რეაქციით ჯაჭვის გამაფართოებელთან და დიიზოციანატთან, როგორიცაა დიფენილმეთან დიიზოციანატი (MDI) ან ტოლუოლ დიიზოციანატი (TDI). მოლეკულები და მაკრომოლეკულური პოლიოლები მონაცვლეობით რეაგირებენ მოქნილი სეგმენტების შესაქმნელად.

დნობის დამუშავება პლასტმასის ინდუსტრიაში ფართოდ გამოყენებული პროცესია: როგორიცაა შერევა, კალენდრება, ექსტრუზია, დარტყმითი ჩამოსხმა და ჩამოსხმა (მათ შორის ინექცია, შეკუმშვა, გადატანა და ცენტრიფუგირება და ა.შ.). ხსნარის დამუშავება გულისხმობს გრანულების გახსნას გამხსნელებში ან პირდაპირ პოლიმერიზაციას გამხსნელებში. ხსნარის მომზადების შემდეგ ხორციელდება დაფარვა, დატრიალება და ა.შ.
TPU-სგან მიიღება საბოლოო პროდუქტი, რომელიც, როგორც წესი, არ საჭიროებს ვულკანიზაციას და ჯვარედინი შეერთების რეაქციას, რამაც შეიძლება შეამციროს წარმოების ციკლი, ხოლო ნარჩენების გადამუშავება და ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია.

TPU-ს მუშაობა

ისევე როგორც ჩამოსხმული პოლიურეთანი (თხევადი) და შერეული პოლიურეთანი (მყარი), TPU-ს აქვს მაღალი მოდული, მაღალი სიმტკიცე, მაღალი წაგრძელება და მაღალი ელასტიურობა, შესანიშნავი ცვეთამედეგობა, ზეთისადმი მდგრადობა, დაბალი ტემპერატურისა და დაბერებისადმი მდგრადობა. მათ შორის, მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე, მაღალი წაგრძელება და დაბალი გრძელვადიანი შეკუმშვისადმი გამძლეობა TPU-ს მნიშვნელოვანი უპირატესობებია.

1. მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე და მაღალი წაგრძელება
TPU-ს აქვს შესანიშნავი დაჭიმვის სიმტკიცე და წაგრძელება. ქვემოთ მოცემული ფიგურის მონაცემებიდან ჩანს, რომ პოლიეთერ TPU-ს დაჭიმვის სიმტკიცე და წაგრძელება გაცილებით უკეთესია, ვიდრე პოლივინილქლორიდის პლასტმასის და რეზინის.

გარდა ამისა, TPU-ს შეუძლია დააკმაყოფილოს კვების მრეწველობის მოთხოვნები დამუშავების პროცესში დანამატების დამატების გარეშე, რაც რთულია სხვა მასალებისთვის, როგორიცაა PVC და რეზინი.

2. მდგრადობა ძალიან მგრძნობიარეა ტემპერატურის მიმართ
TPU-ს მდგრადობა გულისხმობს დეფორმაციული სტრესის მოხსნის შემდეგ მისი საწყისი ფორმის სწრაფი აღდგენის ხარისხს, რაც გამოიხატება აღდგენის ენერგიით, ანუ დეფორმაციის შეკუმშვის სამუშაოს თანაფარდობით დეფორმაციისთვის საჭირო სამუშაოსთან. ეს არის ელასტომერის დინამიური მოდულისა და შიდა ხახუნის ფუნქცია და ძალიან მგრძნობიარეა ტემპერატურის მიმართ.

ტემპერატურის კლებასთან ერთად, ელასტიურობა მცირდება გარკვეულ ტემპერატურამდე, რის შემდეგაც ელასტიურობა კვლავ სწრაფად იზრდება. ეს ტემპერატურა რბილი სეგმენტის კრისტალიზაციის ტემპერატურაა, რომელიც დამოკიდებულია მაკრომოლეკულური დიოლის სტრუქტურაზე, ხოლო პოლიეთერული TPU უფრო დაბალია, ვიდრე პოლიესტერის TPU. კრისტალიზაციის ტემპერატურაზე დაბალ ტემპერატურაზე, ელასტომერი ძალიან მაგრდება და კარგავს ელასტიურობას, ამიტომ რიკოშეტი მსგავსია მყარი ლითონის ზედაპირიდან რიკოშეტისა.

3. სიხისტის დიაპაზონი არის Shore A60~D80
სიმტკიცე არის მასალის დეფორმაციის, ნაკაწრებისა და ნაკაწრებისადმი წინააღმდეგობის უნარის მაჩვენებელი.
TPU-ს სიმტკიცის რეგულირება შესაძლებელია რბილი და მყარი ჯაჭვის სეგმენტების თანაფარდობის რეგულირებით. ამიტომ, TPU-ს აქვს შედარებით ფართო სიმტკიცის დიაპაზონი. მისი სიმტკიცე მერყეობს Shore A60-დან D80-მდე, მოიცავს რეზინისა და პლასტმასის სიმტკიცეს და აქვს სიმტკიცის ფართო დიაპაზონი მთელ სიმტკიცის დიაპაზონში. მაღალი ელასტიურობა.
სიმტკიცის ცვლილებასთან ერთად, TPU-ს ზოგიერთი თვისება შეიცვლება. მაგალითად, თუ TPU-ს სიმტკიცე გაიზრდება, იქნება ისეთი ცვლილებები, როგორიცაა დაჭიმვის მოდულის და ცრემლის სიმტკიცის ზრდა, სიმტკიცის და შეკუმშვის სტრესის (დატვირთვის ტევადობის) ზრდა, წაგრძელების შემცირება, სიმკვრივის და დინამიური სითბოს გამომუშავების ზრდა და გარემო პირობებისადმი წინააღმდეგობის გაზრდა.

TPU-ს გამოყენების სფერო

TPU პირველად წარმატებით კომერციალიზებული იქნა American Goodrich Chemical Company-ის (ახლანდელი Lubrizol) მიერ 1958 წელს და მას შემდეგ მისი კვლევა და გაფართოება მთელ მსოფლიოში მიმდინარეობს. ამჟამად, TPU ნედლეულის მწარმოებლები ძირითადად არიან BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical და ა.შ.
როგორც შესანიშნავი შესრულების მქონე ელასტომერი, TPU-ს აქვს პროდუქციის ფართო ასორტიმენტი და ფართოდ გამოიყენება ყოველდღიური მოხმარების საგნებში, სპორტულ საქონელში, სათამაშოებში, დეკორატიულ მასალებსა და სხვა სფეროებში. აქ მოცემულია რამდენიმე მაგალითი.
1. ფეხსაცმლის მასალა
TPU ფეხსაცმლის მასალებში ძირითადად გამოიყენება მისი შესანიშნავი ელასტიურობისა და ცვეთამედეგობის გამო. TPU შემცველი ფეხსაცმლის პროდუქტები გაცილებით უკეთესია ტარების კომფორტის თვალსაზრისით, ვიდრე ჩვეულებრივი ფეხსაცმელი, ამიტომ ისინი ფართოდ გამოიყენება მაღალი კლასის ფეხსაცმლის პროდუქტებში, განსაკუთრებით ზოგიერთ სპორტულ და ყოველდღიურ ფეხსაცმელში.


2. შლანგი
რადგან TPU შლანგს აქვს რბილი, კარგი დაჭიმვის სიმტკიცე, დარტყმის სიმტკიცე და მაღალი და დაბალი ტემპერატურისადმი წინააღმდეგობა, TPU შლანგი ფართოდ გამოიყენება ჩინეთში თვითმფრინავების, ტანკების, ავტომობილების, მოტოციკლების, ჩარხების და სხვა მექანიკური მოწყობილობების შლანგების გაზისა და ნავთობის ტრანსპორტირებისთვის.



3. კაბელი
TPU უზრუნველყოფს ცრემლსადენ, ცვეთამედეგ და მოხრის მახასიათებლებს, ხოლო მაღალი და დაბალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა კაბელის მუშაობის გასაღებია. ამიტომ, ჩინეთის ბაზარზე, TPU გამოიყენება მაღალი კლასის კაბელებისთვის, როგორიცაა მართვის კაბელები და დენის კაბელები, რთული დიზაინის კაბელების საფარის მასალების დასაცავად და მისი გამოყენება სულ უფრო და უფრო ფართოვდება.



4. სამედიცინო აღჭურვილობა
TPU წარმოადგენს PVC-ის უსაფრთხო, სტაბილურ და მაღალი ხარისხის ალტერნატივას. ის არ შეიცავს მავნე ქიმიურ ნივთიერებებს, როგორიცაა ფტალატი, და გადადის სისხლთან ან სხვა სითხეებთან სამედიცინო კათეტერებში ან სამედიცინო ჩანთებში, რაც იწვევს გვერდით მოვლენებს. ექსტრუზიის და ინექციის ხარისხის TPU-ს გამოყენება მარტივად შეიძლება არსებულ PVC აღჭურვილობაში მცირედი კორექტირებით.