הסבר מקיף על חומרי TPU

בשנת 1958, חברת Goodrich Chemical (כיום שונה שמה ללובריזול) רשמה לראשונה את מותג TPU Estane. במהלך 40 השנים האחרונות, היו יותר מ-20 שמות מותגים ברחבי העולם, ולכל מותג יש מספר סדרות של מוצרים. כיום, יצרני חומרי הגלם TPU כוללים בעיקר את BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical וכו'.

1、 קטגוריית TPU

על פי מבנה המקטע הרך, ניתן לחלק אותו לסוג פוליאסטר, סוג פוליאתר וסוג בוטאדיאן, המכילים בהתאמה קבוצת אסטר, קבוצת אתר או קבוצת בוטן.

על פי מבנה המקטע הקשה, ניתן לחלק אותו לסוג urethane ו- urethane urea, המתקבלים בהתאמה ממאריכי שרשרת אתילן גליקול או מאריכים שרשרת דיאמין. הסיווג הנפוץ מחולק לסוג פוליאסטר וסוג פוליאתר.

על פי נוכחות או היעדר קישור צולב, ניתן לחלק אותו לתרמופלסטי טהור ולחצי תרמופלסטי.

לראשון יש מבנה ליניארי טהור וללא קשרים צולבים; האחרון מכיל כמות קטנה של קשרים צולבים כגון אסטר חומצה אלופאנית.

על פי השימוש במוצרים מוגמרים, ניתן לחלק אותם לחלקי צדודית (אלמנטים שונים של מכונה), צינורות (נדיפות, פרופילי בר), סרטים (יריעות, צלחות דקות), דבקים, ציפויים, סיבים וכו'.

2、 סינתזה של TPU

TPU שייך לפוליאוריתן מבחינת המבנה המולקולרי. אז איך זה הצטבר?

על פי תהליכי סינתזה שונים, הוא מחולק בעיקר לפילמור בתפזורת ולפילמור פתרון.

בפילמור בתפזורת, ניתן לחלק אותו גם לשיטת פילמור קדם ולשיטה חד-שלבית המבוססת על נוכחות או היעדר תגובה מוקדמת:

שיטת הפרה-פולימריזציה כוללת תגובה של דיאיזוציאנט עם דיולים מקרומולקולריים למשך פרק זמן מסוים לפני הוספת הארכת שרשרת לייצור TPU;

השיטה החד-שלבית כוללת ערבוב ותגובה בו-זמנית של דיולים מקרומולקולריים, דיאיזוציאנטים ומאריכי שרשרת ליצירת TPU.

פילמור פתרון כולל תחילה המסת דיאיזוציאנט בממס, לאחר מכן הוספת דיולים מקרומולקולריים כדי להגיב לפרק זמן מסוים, ולבסוף הוספת מרחיבי שרשרת ליצירת TPU.

סוג המקטע הרך של ה-TPU, המשקל המולקולרי, תכולת המקטע הקשה או הרך ומצב צבירה של TPU יכולים להשפיע על צפיפות ה-TPU, בצפיפות של כ-1.10-1.25, ואין הבדל משמעותי בהשוואה לגומיות ופלסטיקים אחרים.

באותה קשיות, הצפיפות של TPU מסוג פוליאתר נמוכה מזו של TPU מסוג פוליאסטר.

3、 עיבוד של TPU

חלקיקי TPU דורשים תהליכים שונים כדי ליצור את המוצר הסופי, בעיקר באמצעות שיטות התכה ותמיסה לעיבוד TPU.

עיבוד התכה הוא תהליך נפוץ בתעשיית הפלסטיק, כגון ערבוב, גלגול, אקסטרוזיה, יציקת מכה ודפוס;

עיבוד תמיסה הוא תהליך של הכנת תמיסה על ידי המסת חלקיקים בממס או פילמור ישיר שלהם בממס, ולאחר מכן ציפוי, טוויה וכו'.

המוצר הסופי העשוי מ-TPU בדרך כלל אינו דורש תגובה צולבת גיפור, אשר יכולה לקצר את מחזור הייצור ולמחזר חומרי פסולת.

4、 ביצועים של TPU

ל-TPU מודולוס גבוה, חוזק גבוה, התארכות וגמישות גבוהים, עמידות בפני שחיקה מצוינת, עמידות בשמן, עמידות בטמפרטורה נמוכה ועמידות בפני הזדקנות.

חוזק מתיחה גבוה, התארכות גבוהה וקצב דפורמציה קבוע של דחיסה לטווח ארוך הם כולם יתרונות משמעותיים של TPU.

XiaoU תפרט בעיקר על התכונות המכניות של TPU מהיבטים כמו חוזק מתיחה והתארכות, גמישות, קשיות וכו'.

חוזק מתיחה גבוה והתארכות גבוהה

ל-TPU חוזק מתיחה והתארכות מצוינים. מהנתונים באיור למטה, אנו יכולים לראות כי חוזק המתיחה וההתארכות של TPU מסוג פוליאתר טובים בהרבה מאלו של פלסטיק פוליוויניל כלוריד וגומי.

בנוסף, TPU יכול לעמוד בדרישות של תעשיית המזון עם מעט תוספים או ללא תוספים במהלך העיבוד, דבר שקשה להשיג גם לחומרים אחרים כגון PVC וגומי.

החוסן רגיש מאוד לטמפרטורה

הגמישות של TPU מתייחסת לדרגה שבה הוא מתאושש במהירות למצבו המקורי לאחר שחרור מתח הדפורמציה, המתבטאת כאנרגיית התאוששות, שהיא היחס בין עבודת נסיגת הדפורמציה לעבודה הנדרשת לייצור דפורמציה. זה פונקציה של המודולוס הדינמי והחיכוך הפנימי של גוף אלסטי והוא רגיש מאוד לטמפרטורה.

הריבאונד יורד עם ירידת הטמפרטורה עד לטמפרטורה מסוימת, והגמישות שוב עולה במהירות. טמפרטורה זו היא טמפרטורת ההתגבשות של המקטע הרך, אשר נקבעת על ידי מבנה הדיול המקרומולקולרי. TPU מסוג פוליאתר נמוך מ-TPU מסוג פוליאסטר. בטמפרטורות מתחת לטמפרטורת ההתגבשות, האלסטומר הופך קשה מאוד ומאבד מגמישותו. לכן, חוסן דומה לריבאונד מפני השטח של מתכת קשה.

טווח הקשיות הוא Shore A60-D80

קשיות היא אינדיקטור ליכולת של חומר לעמוד בפני דפורמציה, ניקוד ושריטות.

הקשיות של TPU נמדדת בדרך כלל באמצעות בודקי קשיות Shore A ו- Shore D, כאשר Shore A משמש עבור TPUs רכים יותר ו- Shore D משמש עבור TPUs קשיחים יותר.

ניתן להתאים את הקשיות של TPU על ידי התאמת הפרופורציה של מקטעי שרשרת רכים וקשים. לכן, ל-TPU טווח קשיות רחב יחסית, הנע בין Shore A60-D80, המתפרש על קשיות הגומי והפלסטיק, ובעל גמישות גבוהה לאורך כל טווח הקשיות.

ככל שהקשיות משתנה, מאפיינים מסוימים של TPU עשויים להשתנות. לדוגמה, הגדלת הקשיות של ה-TPU תגרום לשינויים בביצועים כגון מודול מתיחה וחוזק קריעה מוגבר, קשיחות מוגברת ולחץ לחיצה (קיבולת עומס), ירידה בהתארכות, צפיפות מוגברת ויצירת חום דינמי והתנגדות סביבתית מוגברת.

5、 יישום של TPU

בתור אלסטומר מעולה, ל-TPU מגוון רחב של כיווני מוצרים במורד הזרם והוא נמצא בשימוש נרחב בצרכי היומיום, מוצרי ספורט, צעצועים, חומרים דקורטיביים ותחומים אחרים.

חומרי נעליים

TPU משמש בעיקר לחומרי נעליים בשל הגמישות המצוינת והעמידות בפני שחיקה. מוצרי הנעלה המכילים TPU נוחים הרבה יותר ללבישה ממוצרי הנעלה רגילים, ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב יותר במוצרי הנעלה יוקרתיים, במיוחד כמה נעלי ספורט ונעלי קז'ואל.

זַרנוּק

בשל רכותו, חוזק מתיחה טוב, חוזק השפעה ועמידות לטמפרטורות גבוהות ונמוכות, צינורות TPU נמצאים בשימוש נרחב בסין כצינורות גז ונפט לציוד מכני כגון מטוסים, טנקים, מכוניות, אופנועים וכלי מכונות.

כֶּבֶל

TPU מספק עמידות בפני קריעה, עמידות בפני שחיקה וכיפוף, כאשר עמידות בטמפרטורה גבוהה ונמוכה היא המפתח לביצועי הכבלים. אז בשוק הסיני, כבלים מתקדמים כגון כבלי בקרה וכבלי חשמל משתמשים ב-TPU כדי להגן על חומרי הציפוי של עיצובי כבלים מורכבים, והיישומים שלהם הופכים נפוצים יותר ויותר.

מכשירים רפואיים

TPU הינו חומר תחליף PVC בטוח, יציב ואיכותי, אשר לא יכיל Phthalate וחומרים מזיקים כימיים אחרים, וינדוד לדם או לנוזלים אחרים בקטטר הרפואי או בשקית הרפואית כדי לגרום לתופעות לוואי. זהו גם TPU בדרגת שחול ובדרגת הזרקה שפותחה במיוחד.

סֶרֶט

סרט TPU הוא סרט דק העשוי מחומר גרגירי TPU באמצעות תהליכים מיוחדים כגון גלגול, יציקה, ניפוח וציפוי. בשל חוזק גבוה, עמידות בפני שחיקה, גמישות טובה ועמידות בפני מזג אוויר, סרטי TPU נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות, חומרי נעליים, התאמת בגדים, רכב, כימיקלים, אלקטרוניים, רפואיים ותחומים אחרים.