TPU նյութերի սինթեզ, մշակում, կատարողականություն և կիրառում

TPU (թերմոպլաստիկ պոլիուրեթանային)Պոլիուրեթանի տեսակ է, որը կարող է պլաստիկացվել տաքացնելով և լուծվել լուծիչներով: Խառնող և ձուլման տիպի պոլիուրեթանի համեմատ, ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանը քիմիական կառուցվածքում չունի կամ քիչ քիմիական խաչաձև կապ ունի, և դրա մոլեկուլները հիմնականում գծային են, բայց կա որոշակի քանակությամբ ֆիզիկական փոխանակում:
Այսպես կոչված ֆիզիկական փոխանակման հայեցակարգը, որն առաջին անգամ առաջարկվել է Շոլենբերգեր ԿՍ-ի կողմից 1958 թվականին, վերաբերում է գծային պոլիուրեթանային մոլեկուլային շղթաների միջև դարձիբերվող «միացման կետերի» գոյությանը, երբ դրանք ենթարկվում են ջերմության կամ լուծիչների ազդեցությանը: Այն իրականում քիմիական խաչաձև կապ չէ: Սակայն այն գործում է որպես քիմիական խաչաձև կապ: Այս ֆիզիկական խաչաձև կապի արդյունքում պոլիուրեթանը ձևավորում է տարասեռ ձևաբանական կառուցվածքի տեսություն, և պոլիուրեթանի ջրածնային կապը ամրապնդում է դրա ձևաբանությունը և այն դարձնում ավելի բարձր խոնավության նկատմամբ դիմացկուն:

Ո՞րն է TPU-ի դասակարգումը

Հիմա, երբ մենք գիտենք, թե ինչ է TPU-ն, որո՞նք են դրա դասակարգումները: Տարբեր դասակարգման ստանդարտների համաձայն, TPU-ն կարող է ունենալ բազմաթիվ տարբեր դասակարգումներ:

Օրինակ, փափուկ հատվածի կառուցվածքի համաձայն, այն կարելի է բաժանել պոլիեսթերային, պոլիեթերային և բուտադիենային, որոնք համապատասխանաբար պարունակում են էսթերային խումբ, եթերային խումբ կամ բուտենային խումբ: Կարծր հատվածի կառուցվածքի համաձայն, այն կարելի է բաժանել ուրեթանային և ուրեթանային միզանյութային, որոնք համապատասխանաբար ստացվում են դիոլային կամ դիամինային շղթաների երկարացնողներից: Ընդհանուր բաժանումը բաժանվում է պոլիեսթերային և պոլիեթերային տեսակների:
Խաչաձև կապի առկայության կամ բացակայության համաձայն՝ այն կարելի է բաժանել մաքուր ջերմապլաստիկ և կիսաջերմապլաստիկ։ Առաջինը մաքուր գծային կառուցվածք է՝ առանց խաչաձև կապերի, երկրորդը պարունակում է ալոֆանատի և այլ խաչաձև կապերի փոքր քանակություն։ Պատրաստի արտադրանքի օգտագործման համաձայն՝ այն կարելի է բաժանել հատուկ ձևավորված մասերի (տարբեր մեխանիկական մասեր), խողովակների (պատյաններ, ձողերի պրոֆիլներ), թաղանթների (թերթեր, թերթեր), սոսինձների, ծածկույթների և մանրաթելերի։

Ինչպե՞ս է սինթեզվում TPU-ն

Չնայած կան TPU-ի բազմաթիվ դասակարգումներ, դրանք բոլորը մոլեկուլային կառուցվածքի առումով պատկանում են պոլիուրեթանին: Այսպիսով, ինչպե՞ս է այն առաջացել: Տարբեր սինթեզի գործընթացների համաձայն, այն հիմնականում բաժանվում է զանգվածային պոլիմերացման և լուծույթային պոլիմերացման:

Զանգվածային պոլիմերացման դեպքում, նախնական ռեակցիայի առկայության դեպքում, այն կարելի է բաժանել նախնական պոլիմերացման և միաքայլ մեթոդի։ Նախնական պոլիմերացման մեթոդը դիիզոցիանատը որոշակի ժամանակահատվածում ռեակցիայի մեջ է դնում մակրոմոլեկուլային դիոլի հետ, այնուհետև շղթայի երկարացնող նյութ է ավելացվում՝ TPU ստանալու համար։ Մոլեկուլային դիոլները, դիիզոէսթերները և շղթայի երկարացնող նյութերը միաժամանակ խառնվում և ռեակցիայի մեջ են մտնում՝ TPU ստանալու համար։
Լուծույթի պոլիմերացումը նախ դիիզոցիանատը լուծարում է լուծիչի մեջ, այնուհետև ավելացնում է մակրոմոլեկուլային դիոլ՝ որոշակի ժամանակահատվածում այն ​​ռեակցիայի մեջ դնելու համար, և վերջապես ավելացնում է շղթայի երկարացուցիչ՝ TPU ստանալու համար։
Փափուկ հատվածի տեսակը, մոլեկուլային քաշը, կոշտ կամ փափուկ հատվածի պարունակությունը և TPU ագրեգացման վիճակը կազդեն TPU-ի խտության վրա: Խտությունը տատանվում է 1.10-ից 1.25-ի միջև, որը էականորեն չի տարբերվում այլ ռետիններից և պլաստմասսաներից: Նույն կարծրության դեպքում պոլիեթերային TPU-ի խտությունը ցածր է պոլիեսթերային TPU-ի խտությունից:

Ինչպե՞ս է մշակվում TPU-ն

TPU խեժը պետք է մշակվի՝ պատրաստի արտադրանք ստանալու համար, և TPU-ն հիմնականում մշակվում է հալման և լուծույթի եղանակով: Դրա մոլեկուլային կառուցվածքը կոշտ բլոկ է, որը ստացվում է դիֆենիլմեթան դիիզոցիանատի (MDI) կամ տոլուոլ դիիզոցիանատի (TDI) և շղթայի երկարացնողի, ինչպես նաև դիիզոցիանատի, օրինակ՝ դիֆենիլմեթան դիիզոցիանատի (MDI) կամ տոլուոլ դիիզոցիանատի (TDI) հետ ռեակցիայի միջոցով: Մոլեկուլները և մակրոմոլեկուլային պոլիոլները հերթագայորեն փոխազդում են՝ ճկուն հատվածներ առաջացնելով:

Հալույթի մշակումը պլաստմասսայի արդյունաբերության մեջ լայնորեն կիրառվող գործընթաց է, ինչպիսիք են խառնումը, կալենդերավորումը, էքստրուզիան, փչման և ձուլման գործընթացը (ներառյալ ներարկումը, սեղմումը, փոխանցումը և ցենտրիֆուգացումը և այլն): Լուծույթի մշակումը գնդիկների լուծարումն է լուծիչներում կամ լուծիչներում ուղղակի պոլիմերացումը: Լուծույթ պատրաստելուց հետո կատարվում են ծածկույթ, պտտում և այլն:
Վերջնական արտադրանքը պատրաստվում է TPU-ից, որը, ընդհանուր առմամբ, չի պահանջում վուլկանացում և խաչաձև կապակցման ռեակցիա, ինչը կարող է կրճատել արտադրական ցիկլը, իսկ թափոնները կարող են վերամշակվել և վերօգտագործվել։

TPU-ի կատարողականություն

Ինչպես ձուլածո պոլիուրեթանը (հեղուկ) և խառնած պոլիուրեթանը (պինդ), TPU-ն ունի բարձր մոդուլ, բարձր ամրություն, բարձր երկարացում և բարձր առաձգականություն, գերազանց մաշվածության դիմադրություն, յուղի դիմադրություն, ցածր ջերմաստիճանի դիմադրություն և ծերացման դիմադրություն: Դրանց թվում են բարձր ձգման դիմադրությունը, բարձր երկարացումը և ցածր երկարատև սեղմման ամրացումը, որոնք բոլորը TPU-ի նշանակալի առավելություններն են:

1. Բարձր ձգման ամրություն և բարձր երկարացում
TPU-ն ունի գերազանց ձգման ամրություն և երկարացում: Ստորև բերված նկարի տվյալներից կարող ենք տեսնել, որ պոլիեթերային TPU-ի ձգման ամրությունը և երկարացումը շատ ավելի լավ են, քան պոլիվինիլքլորիդային պլաստիկինն ու ռետինինն են:

Բացի այդ, TPU-ն կարող է բավարարել սննդի արդյունաբերության պահանջները՝ առանց մշակման գործընթացում ավելացնելու կամ քիչ հավելումներ ավելացնելու, ինչը դժվար է այլ նյութերի, ինչպիսիք են PVC-ն և ռետինը, համար։

2. Դիմացկունությունը շատ զգայուն է ջերմաստիճանի նկատմամբ
TPU-ի դիմադրողականությունը վերաբերում է դեֆորմացիոն լարման վերացումից հետո իր սկզբնական ձևին արագ վերականգնման աստիճանին, որը արտահայտվում է վերականգնման էներգիայով, այսինքն՝ դեֆորմացիայի նահանջի աշխատանքի և դեֆորմացիայի համար անհրաժեշտ աշխատանքի հարաբերակցությամբ։ Այն էլաստոմերի դինամիկ մոդուլի և ներքին շփման ֆունկցիա է և շատ զգայուն է ջերմաստիճանի նկատմամբ։

Ջերմաստիճանի նվազմանը զուգընթաց հետադարձ ցատկը նվազում է, մինչև որոշակի ջերմաստիճան, առաձգականությունը կրկին արագորեն աճում է: Այս ջերմաստիճանը փափուկ հատվածի բյուրեղացման ջերմաստիճանն է, որը կախված է մակրոմոլեկուլային դիոլի կառուցվածքից, և պոլիեթերային TPU-ն ավելի ցածր է, քան պոլիեսթերային TPU-ն: Բյուրեղացման ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճաններում էլաստոմերը շատ կարծր է դառնում և կորցնում է իր առաձգականությունը, հետևաբար, հետադարձ ցատկը նման է կոշտ մետաղական մակերեսից հետադարձ ցատկին:

3. Կարծրության միջակայքը Shore A60~D80 է
Կարծրությունը նյութի դեֆորմացիային, քերծվածքներին և կտրվածքներին դիմակայելու ունակության ցուցանիշ է։
TPU-ի կարծրությունը կարելի է կարգավորել՝ կարգավորելով փափուկ և կոշտ շղթայի հատվածների հարաբերակցությունը։ Հետևաբար, TPU-ն ունի համեմատաբար լայն կարծրության միջակայք։ Դրա կարծրությունը տատանվում է Shore A60-ից մինչև D80՝ ընդգրկելով ռետինի և պլաստիկի կարծրությունը, և ունի կարծրության լայն միջակայք ամբողջ կարծրության միջակայքում։ Բարձր առաձգականություն։
Կարծրության փոփոխության հետ մեկտեղ, TPU-ի որոշ հատկություններ կփոխվեն։ Օրինակ, եթե TPU-ի կարծրությունը մեծանա, կլինեն աշխատանքային փոփոխություններ, ինչպիսիք են ձգման մոդուլի և պատռման ամրության աճը, կոշտության և սեղմման լարման (բեռնվածության հզորության) աճը, երկարացման նվազումը, խտության և դինամիկ ջերմության առաջացման աճը, ինչպես նաև շրջակա միջավայրի դիմադրության աճը։

TPU-ի կիրառման ոլորտը

TPU-ն առաջին անգամ հաջողությամբ առևտրայնացվել է ամերիկյան Goodrich Chemical Company-ի (այժմ՝ Lubrizol) կողմից 1958 թվականին, և այդ ժամանակվանից ի վեր հետազոտվել և ընդլայնվել է ամբողջ աշխարհում: Ներկայումս TPU հումքի արտադրողների թվում են հիմնականում BASF-ը, Covestro-ն, Lubrizol-ը, Huntsman-ը, Wanhua Chemical-ը, Shanghai Hengan-ը, Ruihua-ն, Asahikawa Chemical-ը և այլն:
Որպես գերազանց կատարողականությամբ էլաստոմեր, TPU-ն ունի լայն տեսականիով արտադրանք և լայնորեն կիրառվում է առօրյա կարիքների, սպորտային ապրանքների, խաղալիքների, դեկորատիվ նյութերի և այլ ոլորտներում: Ահա մի քանի օրինակներ:
1. Կոշիկի նյութ
TPU-ն կոշիկի նյութերում օգտագործվում է հիմնականում իր գերազանց առաձգականության և մաշվածության դիմադրության շնորհիվ: TPU պարունակող կոշիկները շատ ավելի հարմարավետ են կրելու առումով, քան սովորական կոշիկները, ուստի դրանք լայնորեն օգտագործվում են բարձրակարգ կոշիկեղենի, մասնավորապես որոշ սպորտային և առօրյա կոշիկների մեջ:


2. գուլպաներ
Քանի որ TPU խողովակն ունի փափկություն, լավ ձգման ամրություն, հարվածային դիմադրություն և բարձր ու ցածր ջերմաստիճանների դիմադրություն, TPU խողովակը լայնորեն օգտագործվում է Չինաստանում ինքնաթիռների, տանկերի, ավտոմեքենաների, մոտոցիկլետների, հաստոցների և այլ մեխանիկական սարքավորումների գազի և նավթի փոխադրման համար:



3. Մալուխ
TPU-ն ապահովում է պատռվածքի, մաշվածության և ծռման դիմադրություն, իսկ բարձր և ցածր ջերմաստիճանների դիմադրությունը մալուխի աշխատանքի գրավականն է: Հետևաբար, չինական շուկայում TPU-ն օգտագործվում է բարձրակարգ մալուխների, ինչպիսիք են կառավարման և սնուցման մալուխները, համար՝ բարդ կառուցվածք ունեցող մալուխների ծածկույթային նյութերը պաշտպանելու համար, և դրա կիրառությունը գնալով ավելի լայն է դառնում:



4. Բժշկական սարքավորումներ
TPU-ն ՊՎՔ-ի անվտանգ, կայուն և բարձրորակ այլընտրանք է: Այն չի պարունակում վնասակար քիմիական նյութեր, ինչպիսիք են ֆտալատները, և կարող է միգրացվել արյան կամ այլ հեղուկների մեջ բժշկական կաթետերների կամ բժշկական պայուսակների մեջ՝ առաջացնելով կողմնակի ազդեցություններ: Էքստրուզիայի և ներարկման աստիճանի TPU-ն կարող է հեշտությամբ օգտագործվել առկա ՊՎՔ սարքավորումների մեջ փոքր-ինչ ճշգրտմամբ: