Hvad er polyurethan?
Den såkaldte polyurethan er forkortelsen for polyurethan, som dannes ved omsætning af polyisocyanat og polyol, og som indeholder mange gentagne urethangrupper (-NH-CO-O-) i molekylkæden. I den egentlige syntetiske polyurethanharpiks er der udover urethangruppen også grupper som urea og biuret. Polyoler er langkædede molekyler med hydroxylgrupper i enden, som kaldes "bløde segmenter", og polyisocyanater kaldes "hårde segmenter".
I polyurethanharpiksen, der genereres af de bløde og hårde segmenter, er urethan kun en minoritet, så det er ikke nødvendigvis hensigtsmæssigt at kalde det polyurethan. I bred forstand er polyurethan en additionspolymer af isocyanat.
Forskellige typer isocyanater reagerer med polyhydroxyforbindelser og danner polyurethaner med forskellige strukturer, hvorved der opnås polymermaterialer med forskellige egenskaber, såsom plast, gummi, belægninger, fibre, klæbemidler osv. Polyurethan gummi
Polyurethan gummi blev først udviklet med succes i Tyskland i 1940, og det blev sat i industriel produktion efter 1952, mens mit land blev udviklet og sat i produktion i midten af -1960erne. Polyurethangummi tilhører en slags specialgummi, som fremstilles ved omsætning af polyether eller polyester med isocyanat. Der er mange varianter på grund af forskellige typer råmaterialer, reaktionsbetingelser og tværbindingsmetoder. Med hensyn til kemisk struktur er der polyestertype og polyethertype, og med hensyn til forarbejdningsmetode er der tre typer: blandingstype, støbetype og termoplastisk type.
Syntetisk polyurethan gummi fremstilles generelt ved at reagere lineær polyester eller polyether med diisocyanat for at fremstille en præpolymer med lav molekylvægt. Efter kædeforlængelsereaktion dannes en højmolekylær polymer, og derefter tilsættes et passende tværbindingsmiddel for at opvarme den. Hærdet til at blive vulkaniseret gummi, denne metode kaldes præpolymerisationsmetode eller to-trins metode.
Det er også muligt at bruge en et-trins metode - den lineære polyester eller polyether blandes direkte med diisocyanat, kædeforlænger og tværbindingsmiddel, så reaktionen sker for at generere polyurethan gummi.
Termoplastisk polyurethan gummi (TPU)
Termoplastisk polyurethan gummi er en (AB) n-type bloklineær polymer, A repræsenterer højmolekylær polyester eller polyether (molekylvægt 1000-6000), kaldet langkædet, B repræsenterer 2-12 lineære carbonatomer. Atomdiolen er en kort kæde, og den kemiske binding mellem AB-segmenterne er diisocyanat.
Forholdet mellem strukturen og fysiske egenskaber af TPU
1. Segmentstruktur
A-segmentet i TPU-molekylet gør den makromolekylære kæde let at rotere, hvilket giver polyurethan-gummiet god elasticitet, reducerer blødgøringspunktet og det sekundære overgangspunkt for polymeren og reducerer hårdheden og den mekaniske styrke. B-segmentet vil binde omdrejningen af den makromolekylære kæde, således at blødgøringspunktet og det sekundære overgangspunkt for polymeren øges, hårdheden og den mekaniske styrke øges, og elasticiteten mindskes. Ved at justere molforholdet mellem A og B kan der fremstilles TPU'er med forskellige mekaniske egenskaber.
2. Tværbundet struktur
Ud over primær tværbinding skal tværbindingsstrukturen af TPU også overveje sekundær tværbinding dannet af intermolekylære hydrogenbindinger. Den primære tværbinding af polyurethan er forskellig fra vulkaniseringsstrukturen af hydroxygummi, og dens urethangruppe, biuret, allophanatgruppe og andre grupper er regelmæssigt og fordelt i stive segmenter, så det opnåede gummi har en regelmæssig netværksstruktur, så den har fremragende slidstyrke og andre fremragende egenskaber.
For det andet, fordi polyurethan gummi indeholder mange grupper såsom ureagrupper eller urethangrupper med stor sammenhængende energi, har hydrogenbindingerne dannet mellem molekylekæder høj styrke, og den sekundære tværbinding dannet af hydrogenbindinger Sundhed har også en vigtig indflydelse på egenskaberne af polyurethan gummi. Den sekundære tværbinding gør på den ene side, at polyurethan-gummiet har karakteristika af termohærdende elastomer, og på den anden side er tværbindingen ikke rigtig tværbinding, det er en virtuel tværbinding, og tværbindingen tilstand afhænger af temperaturen.
Efterhånden som temperaturen stiger, svækkes og forsvinder denne tværbinding gradvist, og polymeren har en vis fluiditet og kan termoplastisk bearbejdes. Når temperaturen sænkes, genoprettes denne tværbinding gradvist og dannes igen. Tilsætning af en lille mængde fyldstof øger afstanden mellem molekyler, evnen til at danne brintbindinger mellem molekyler svækkes, og styrken vil falde kraftigt.
3. Gruppens stabilitet
Forskningen viser, at rækkefølgen af stabilitet for hver gruppe i polyurethan gummi fra høj til lav er: ester, ether, urinstof, urethan, biuret. I ældningsprocessen af polyurethan gummi er den første biuret- og ureagruppe. Formiat-tværbindingerne spaltes, efterfulgt af urethan- og ureabindingerne, dvs. hovedkæden spaltes.
Egenskaber af polyurethan gummi
TPU's elasticitetsmodul er mellem gummi og plast. Dens største egenskab er, at den har både hårdhed og elasticitet, som ikke findes i andre gummier og plastik.
TPU er opdelt i to typer: polyester type og polyether type. Sammenlignet med fysiske egenskaber har polyestertypen bedre ydeevne til gummi med lav hårdhed, mens polyethertypen er bedre til gummi med høj hårdhed. Polyestergummi har bedre oliebestandighed, varmebestandighed og vedhæftning til metal, mens polyethertypen er bedre til hydrolyseresistens, kuldebestandighed og antibakterielle egenskaber.
1. Miljømæssige egenskaber
TPU har generelt god temperaturbestandighed, temperaturen for kontinuerlig langvarig brug er 80 til 90 grader, og den kan nå omkring 120 grader på kort tid. Den lave temperaturbestandighed af polyurethan er også god. Skørhedstemperaturen for polyesterpolyurethan er -40 grader C, mens polyetherpolyurethanen er -70 ~ -80 grader C, men den bliver hård ved lav temperatur.
TPU's oliemodstand er relativt god, men vandmodstanden varierer afhængigt af strukturen. Den mest alvorlige nedbrydning af TPU er forårsaget af reversibiliteten af esterdannelsesreaktionen. Når esteren bringes i kontakt med vand, er omdannelsen af syren ansvarlig for den autokatalytiske reaktion, der fører til opløsningen af molekylet. Polyesterurethaner desintegrerer mere, når de udsættes for fugt i luften, end når de er helt nedsænket i vand. Det skyldes, at den dannede syre, når den er nedsænket i vand, konstant skylles væk.
Hydrolyseresistensen af polyetherpolyurethan er 3 til 5 gange den for polyesterpolyurethan, fordi ethergruppen ikke vil reagere med vand.
Der er to grunde til, at indtrængen af vand fører til faldet i polyurethans ydeevne: Den ene er, at det indtrængte vand danner hydrogenbindinger med polære grupper i polyurethanen, hvilket svækker hydrogenbindingerne mellem polymermolekyler. Denne proces er reversibel. Efter at de fysiske egenskaber er gendannet.
Den anden er, at det invaderende vand hydrolyserer polyurethanen, hvilket er irreversibelt.
Polyurethan vil misfarve og blive mørkere under længerevarende sollys, og dets fysiske egenskaber vil gradvist falde. Enzymbakterier kan også føre til nedbrydning af polyurethan, så antioxidanter, ultraviolette absorbere, anti-enzymmidler osv. tilsættes polyurethan-gummi, der bruges i industriel produktion.
2. Mekaniske egenskaber
Trækstyrke: Trækstyrken af polyurethan gummi er relativt høj og når generelt 28 til 42 MPa, og TPU er i midten, omkring 35 MPa.
Forlængelse: generelt op til 400 til 600, maksimum er 1000 procent.
Elasticitet: Polyurethans elasticitet er relativt høj, men dets hysteresetab er også relativt stort, så varmeudviklingen er høj. Den beskadiges let under belastningsforholdene ved flere bøjninger og højhastighedsrulning.
Hårdhed: Polyurethans hårdhed er bredere end andre gummier, den laveste er Shore hårdhed 10, og de fleste produkter har en hårdhed på 45 til 95. Når hårdheden er højere end 70 grader, er trækstyrken og den faste forlængelsesstyrke højere end naturgummi. Når hårdheden er 80 til 90 grader, er trækstyrken, den faste forlængelsesstyrke og rivestyrken ret høj.
Rivestyrke: Rivestyrken af polyurethan er relativt høj. Når testtemperaturen stiger til 100-110 grad, svarer rivstyrken til styren-butadien-gummi.
Slidstyrke: Polyurethans slidstyrke er meget god, 9 gange højere end naturgummi og 1 til 3 gange højere end styren-butadiengummi.
Behandlingskrav
TPU har de dobbelte egenskaber af plast og gummi. Det er disse unikke fysiske og kemiske egenskaber, der kræver, at vi bliver specialbehandlet i formdesign og sprøjtestøbning.
Form design:
1. Løberens design:
Fordi indløbet er det sted med det højeste tryk, når indsprøjtningstrykket udløses, vil kondensatet i indløbet øge modstanden på grund af elastisk ekspansion, hvilket vil få dysen til at klæbe til den forreste form. Derfor bør udtagningshældningen af indløbet øges så meget som muligt, når formen designes. . Størrelsen af den lille ende af indløbet kan ikke være mindre end diameteren af dysen på sprøjtestøbemaskinen. Forøgelsen af størrelsen af den store ende kræver yderligere afkølingstid og forlænger injektionscyklussen. Derfor realiseres stigningen af afformningshældningen hovedsageligt ved at forkorte indløbslængden.
Under normale omstændigheder er diameteren af den lille ende af hovedkanalen ca. 2,5 til 3,0 mm, diameteren af den store ende er mindre end 6,0 mm, og længden bør ikke over 40 mm. For enden af hovedkanalen skal en kold brønd med samme eller lidt større diameter som den store ende indstilles til at opsamle kold lim og spænde vandudløbet.
Diameteren af løberen skal afhænge af produktets struktur og længden af løberen. Generelt bør den ikke være mindre end 4,0mm. Shuntkanalen antager en cirkulær form for at opnå en bedre køleeffekt.
2. Portdesign:
På grund af TPU's dårlige fluiditet bør dybden og bredden af porten være større end andre termoplastiske materialer for at undgå inkonsistensen mellem den laterale og langsgående krympning forårsaget af jetting og molekylær orientering af kolloidet, der passerer gennem porten , mens længdedimensionen Den er mindre end almindelige for at lette passagen af kolloider. En port, der er for lang, vil medføre, at kolloidet skydes ud under påfyldningen, hvilket vil påvirke produktets udseende. Stigleporte, der kan forårsage overdreven klipning og varmeudvikling af materialet, bør så vidt muligt undgås.
3. Design af udstødningsrille:
Formens udstødning skal være tilstrækkelig til at forhindre produktet i at brænde, især når gummimaterialets påfyldningsretning ændrer sig kraftigt, og den del, hvor produktet til sidst fyldes, skal du være særligt opmærksom på indstillingen af udstødningen. Dybden af udstødningsrillen skal skelnes efter typen af TPU. Nogle gange er dybden af udstødningsrillen kun 0.01 mm, og der vil blive genereret en afdækning ved udstødningsrillen, som har et vigtigt forhold til TPU's særlige materialeegenskaber.
4. Design af kølesystem:
Formens køleeffekt er bedre. For andre termoplastiske materialer, så længe det frosne lag på overfladen af produktet har tilstrækkelig styrke under sprøjtestøbning, kan produktet udstødes og fjernes fra formen ved en højere temperatur. For TPU, når temperaturen er høj, genoprettes hydrogenbindingerne mellem molekylerne ikke, og produktets trækstyrke er lav. Tvangsudstødning og udtagning af formen vil kun føre til deformation af produktet. Nøglen er fuldt genvundet, og TPU'en kan kun udtages, når TPU'en har tilstrækkelig styrke, hvilket kræver, at formens køleeffekt er bedre.
5. Bestemmelse af svindhastighed:
Krympningshastigheden for TPU varierer meget med det anvendte TPU-mærke, tykkelsen og strukturen af produktet samt temperaturen og trykket under sprøjtestøbning, og dets område er mellem {{0}},1 procent og 2,0 procent . Når du designer formen, skal du ikke kun henvise til dataene om krympningshastigheden af råmaterialet, men også i henhold til produktets struktur og tykkelse for at estimere den sprøjtetemperatur og -tryk, der skal bruges i sprøjtestøbning, og foretage passende korrektioner. For produkter med tykkere lokale klæbepositioner er det nødvendige tryk til sprøjtestøbning større, og krympningshastigheden af det støbte produkt er mindre, så det er nødvendigt at reducere krympningshastigheden af TPU. For produkter med en relativt ensartet limposition og et tykt produkt, bør værdien af krympningshastigheden øges passende.
Injektionsbehandling
1. Tørring af råmaterialer Fordi indtrængen af fugt kan nedbryde TPU
Når fugtindholdet i TPU overstiger 0,2 procent, påvirkes ikke kun produktets udseende, men også de mekaniske egenskaber forringes naturligvis, og det sprøjtestøbte produkt har dårlig elasticitet og lav styrke. Derfor skal det tørres ved en temperatur på 80 grader til 110 grader i 2 til 3 timer før sprøjtestøbning.
2. Rengøring af tønden
Sprøjtestøbemaskinens cylinder skal rengøres, og blandingen af meget få andre råmaterialer vil reducere produktets mekaniske styrke. Tønderne renset med ABS, PMMA og PE bør rengøres igen med TPU dysemateriale før sprøjtestøbning, og restmaterialet i tønden bør fjernes med TPU dysemateriale.
3. Kontrol af procestemperatur
Forarbejdningstemperaturen af TPU har en afgørende indflydelse på den endelige størrelse, udseende og deformation af produktet. Temperaturen afhænger af den anvendte kvalitet af TPU og de specifikke betingelser for formdesignet. Den generelle tendens er, at for at opnå en lille krympningshastighed skal forarbejdningstemperaturen øges; for at opnå en stor krympningshastighed skal forarbejdningstemperaturen sænkes. Selv inden for det normale behandlingstemperaturområde for TPU, hvis råmaterialet forbliver i tønden for længe, vil det føre til termisk nedbrydning af TPU, og det resterende materiale i tønden skal tømmes før sprøjtestøbning. Styringen af dysetemperaturen er også meget vigtig. Under normale omstændigheder bør den være omkring 5 grader højere end temperaturen på forenden af tønden.
4. Kontrol af indsprøjtningshastighed og tryk
Lavere injektionshastighed og længere opholdstid vil forbedre molekylær orientering, og selvom mindre produktstørrelse kan opnås, vil produktdeformation være større, og forskellen mellem tværgående og langsgående krympning vil være stor. Stort holdetryk vil også medføre, at kolloidet bliver overkomprimeret i formen, og størrelsen af produktet efter afformningen er større end formhulrummets størrelse.
5. Kontrol af smeltehastighed og modtryk
TPU-materiale er mere følsomt over for klipning. Når forskydningsvarmen genereret af høj smeltehastighed og modtryk er for høj, vil det føre til termisk nedbrydning af TPU. Derfor bruges lav eller medium hastighed generelt til smeltning af TPU. Hvis sprøjtestøbningscyklussen er lang, skal den forsinkede smeltefunktion anvendes, og formåbningen starter, efter at smeltningen er afsluttet, for at forhindre, at råmaterialerne bliver for længe i tønden og nedbrydes.
