בשנת 1958, חברת Goodrich Chemical (ששמה כיום שונה ל-Lubrizol) רשמה לראשונה את מותג ה-TPU Estane. במהלך 40 השנים האחרונות, היו יותר מ-20 מותגים ברחבי העולם, ולכל מותג מספר סדרות של מוצרים. כיום, יצרני חומרי הגלם של TPU כוללים בעיקר את BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical ועוד.
1. קטגוריה של TPU
על פי מבנה המקטע הרך, ניתן לחלק אותו לסוג פוליאסטר, סוג פוליאתר וסוג בוטאדיאן, המכילים בהתאמה קבוצת אסטר, קבוצת אתר או קבוצת בוטן.
לפי מבנה המקטע הקשיח, ניתן לחלק אותו לסוג אוריתן וסוג אוריתן אוריאה, המתקבלים בהתאמה ממאריכי שרשרת אתילן גליקול או ממאריכי שרשרת דיאמין. הסיווג הנפוץ מחולק לסוג פוליאסטר וסוג פוליאתר.
על פי נוכחות או היעדר קישור צולב, ניתן לחלק אותו לתרמופלסטי טהור ולתרמופלסטי למחצה.
לראשון יש מבנה ליניארי טהור וללא קשרי צולבות; האחרון מכיל כמות קטנה של קשרים מקושרים צולבים כמו אסטר חומצה אלופאנית.
לפי השימוש במוצרים המוגמרים, ניתן לחלק אותם לחלקים פרופיליים (אלמנטים שונים של המכונה), צינורות (נדפים, פרופילי מוטות), סרטים (יריעות, לוחות דקות), דבקים, ציפויים, סיבים וכו'.
2. סינתזה של TPU
TPU שייך לפוליאוריטן מבחינת המבנה המולקולרי. אז איך הוא התגבש?
על פי תהליכי סינתזה שונים, הוא מחולק בעיקר לפולימריזציה בתפזורת ופולימריזציה בתמיסה.
בפולימריזציה בתפזורת, ניתן לחלק אותה גם לשיטת קדם-פולימריזציה ושיטה חד-שלבית על סמך נוכחות או היעדר תגובה מוקדמת:
שיטת הקדם-פולימריזציה כוללת תגובה של דיאיזוציאנט עם דיולים מקרומולקולריים למשך פרק זמן מסוים לפני הוספת הארכת שרשרת לייצור TPU;
השיטה בשלב אחד כוללת ערבוב ותגובה בו זמנית של דיולים מקרומולקולריים, דיאיזוציאנטים ומאריכי שרשרת ליצירת TPU.
פולימריזציה בתמיסה כרוכה תחילה בהמסת דיאיזוציאנט בממס, לאחר מכן הוספת דיולים מקרומולקולריים לתגובה למשך פרק זמן מסוים, ולבסוף הוספת מאריכי שרשרת ליצירת TPU.
סוג הקטע הרך של TPU, המשקל המולקולרי, תכולת הקטעים הקשים או הרכים ומצב הצבירה של TPU יכולים להשפיע על צפיפות ה-TPU, כאשר צפיפותה היא כ-1.10-1.25, ואין הבדל משמעותי בהשוואה לגומי ופלסטיק 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, שיחול, יציקה בניפוח ויציקה;
עיבוד תמיסה הוא תהליך של הכנת תמיסה על ידי המסת חלקיקים בממס או פילמור ישיר שלהם בממס, ולאחר מכן ציפוי, סיבוב וכן הלאה.
המוצר הסופי העשוי מ-TPU בדרך כלל אינו דורש תגובת קישור צולבת של גיפור, מה שיכול לקצר את מחזור הייצור ולמחזר חומרי פסולת.
4、ביצועי ה-TPU
ל-TPU מודולוס גבוה, חוזק גבוה, התארכות וגמישות גבוהות, עמידות מעולה בפני שחיקה, עמידות לשמן, עמידות בטמפרטורה נמוכה ועמידות להזדקנות.
חוזק מתיחה גבוה, התארכות גבוהה וקצב עיוות קבוע נמוך לטווח ארוך הם כולם יתרונות משמעותיים של TPU.
שיאואו יפרט בעיקר על התכונות המכניות של TPU מהיבטים כגון חוזק מתיחה והתארכות, גמישות, קשיות וכו'.
חוזק מתיחה גבוה והתארכות גבוהה
ל-TPU חוזק מתיחה והתארכות מצוינים. מהנתונים באיור למטה, ניתן לראות שחוזק המתיחה וההתארכות של TPU מסוג פוליאתר טובים בהרבה מאלה של פלסטיק וגומי מפוליוויניל כלוריד.
בנוסף, TPU יכול לעמוד בדרישות תעשיית המזון עם מעט מאוד תוספים או ללא תוספים כלל במהלך העיבוד, דבר שקשה להשיג גם עבור חומרים אחרים כמו PVC וגומי.
עמידות רגישה מאוד לטמפרטורה
גמישות ה-TPU מתייחסת למידה שבה הוא מתאושש במהירות למצבו המקורי לאחר הפגת מאמץ העיוות, המתבטאת באנרגיית התאוששות, שהיא היחס בין עבודת נסיגה של עיוות לעבודה הנדרשת ליצירת עיוות. זוהי פונקציה של מודול הדינמי והחיכוך הפנימי של גוף אלסטי והוא רגיש מאוד לטמפרטורה.
הריבאונד פוחת עם ירידת הטמפרטורה עד לטמפרטורה מסוימת, והאלסטיות עולה שוב במהירות. טמפרטורה זו היא טמפרטורת ההתגבשות של הקטע הרך, אשר נקבעת על ידי מבנה הדיאול המקרומולקולרי. פוליאתר מסוג TPU נמוך יותר מפוליאסטר מסוג TPU. בטמפרטורות מתחת לטמפרטורת ההתגבשות, האלסטומר מתקשה מאוד ומאבד את גמישותו. לכן, הגמישות דומה לריבאונד מפני השטח של מתכת קשה.
טווח הקשיות הוא Shore A60-D80
קשיות היא אינדיקטור ליכולתו של חומר לעמוד בפני עיוות, שריטות ושריטות.
קשיות ה-TPU נמדדת בדרך כלל באמצעות בודקי קשיות Shore A ו-Shore D, כאשר Shore A משמש עבור TPU רך יותר ו-Shore D משמש עבור TPU קשה יותר.
ניתן לכוונן את קשיות ה-TPU על ידי התאמת היחס בין מקטעי השרשרת הרכים והקשים. לכן, ל-TPU טווח קשיות רחב יחסית, הנע בין Shore A60 ל-D80, המשתרע על פני קשיות הגומי והפלסטיק, ובעל גמישות גבוהה לאורך כל טווח הקשיות.
ככל שהקשיות משתנה, חלק מהתכונות של TPU עשויות להשתנות. לדוגמה, הגדלת קשיות ה-TPU תגרום לשינויים בביצועים כגון עלייה במודול המתיחה ובחוזק הקריעה, עלייה בקשיחות ובמאמץ דחיסה (קיבולת עומס), ירידה בהארכה, עלייה בצפיפות וביצירת חום דינמית, ועמידות סביבתית מוגברת.
5、 יישום של TPU
כאלסטומר מעולה, ל-TPU מגוון רחב של כיווני מוצר במורד הזרם והוא נמצא בשימוש נרחב בצרכים יומיומיים, מוצרי ספורט, צעצועים, חומרי נוי ותחומים אחרים.
חומרי נעליים
TPU משמש בעיקר לחומרי נעליים בשל גמישותו המעולים ועמידותו בפני שחיקה. מוצרי הנעלה המכילים TPU נוחים הרבה יותר ללבישה מאשר מוצרי הנעלה רגילים, ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב יותר במוצרי הנעלה יוקרתיים, במיוחד נעלי ספורט ונעלי קז'ואל מסוימות.
זַרנוּק
בשל רכותם, חוזק המתיחה הטוב, חוזק ההשפעה ועמידותם לטמפרטורות גבוהות ונמוכות, צינורות TPU נמצאים בשימוש נרחב בסין כצינורות גז ונפט עבור ציוד מכני כגון מטוסים, טנקים, מכוניות, אופנועים וכלי עבודה.
כֶּבֶל
TPU מספק עמידות בפני קרעים, עמידות בפני שחיקה ומאפייני כיפוף, כאשר עמידות לטמפרטורות גבוהות ונמוכות היא המפתח לביצועי הכבל. לכן, בשוק הסיני, כבלים מתקדמים כמו כבלי בקרה וכבלי חשמל משתמשים ב-TPU כדי להגן על חומרי הציפוי של עיצובים מורכבים של כבלים, והיישומים שלהם הופכים נפוצים יותר ויותר.
מכשירים רפואיים
TPU הוא חומר תחליפי PVC בטוח, יציב ואיכותי, שאינו מכיל פתלטים וחומרים כימיים מזיקים אחרים, ויעבור לדם או לנוזלים אחרים בקטטר הרפואי או בשקית הרפואית ויגרום לתופעות לוואי. זהו גם TPU בדרגת שיחול ובדרגת הזרקה שפותחו במיוחד.
סֶרֶט
סרט TPU הוא סרט דק העשוי מחומר גרגירי TPU באמצעות תהליכים מיוחדים כגון גלגול, יציקה, ניפוח וציפוי. בשל חוזקו הגבוה, עמידותו בפני שחיקה, גמישותו הטובה ועמידותו בפני מזג אוויר, סרטי TPU נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות, חומרי נעליים, התאמת בגדים, רכב, כימיה, אלקטרוניקה, רפואה ותחומים אחרים.
זמן פרסום: 5 בפברואר 2020