Полиуретан характеристики термостойкость

Свойства и особенности термопластичного полиуретана

Полиуретан – это полимер, имеющий гетероцепное строение, в составе макромолекул которого содержится незамещенная (замещенная) группа –N(R)–C(O)O–.

• Немного истории
• Основные свойства
• Общие характеристики
• Область использования

Термопластичные полимеры – это материалы, которые способны при повышении температуры переходить в текучее, вязкое состояние и обратимо возвращаться в исходное состояние после снятия нагрева.

Немного истории

Термопластичный полиуретан появился в 60-х годах прошлого века. Он был синтезирован группой американских ученых.

Основные свойства

Как спрос рождает предложения, так и состав определяет свойства.

В зависимости от основного компонента конечные свойства термопластичного полиуретана могут существенно изменяться.

Сырьем может являться:

• Простые полимерные эфиры.
• Сложные полиэфиры.
• Изоционат алифатический.

В первом случае, когда сырьем становится простой полиэфир, то ключевые свойства: морозостойкость, высокая износостойкость, стойкость к гидролизу, микробиологическая стойкость.

Во втором варианте, когда в качестве сырья применяют сложный полиэфир, особенностями материала станет: увеличение предела прочности при растяжении, износостойкость, появляются свойства быстрого восстановления исходной формы.

При использовании в качестве сырья изоционата, полимер становится устойчивым к ультрафиолету и проявляется пластичность при низких температурах.

Таким образом, на этапе производства, можно корректировать свойства конечного материала. Получают термопластичный полимер методом литья из гранулированного сырья.

Общие характеристики

Все термопластичные полиуретаны обладают общими характеристиками и полезными свойствами.

• Стойкость к погодным условиям.
• Держат форму.
• Прочность на изгиб.
• Прочность при растяжении.
• Шумо- и вибропоглощение.
• Можно окрашивать в любой цвет.
• Высокая износостойкость.
• Стойкость к солевым растворам, морским водам.
• Стойкость к жирам.
• Бактериальная стойкость.
• Стойкость к старению.
• Возможность вторичной переработки.

Область использования

Как отмечалось ранее, свойства полимера закладываются его сырьем. Поэтому материал нашел очень широкое применение.

• В автомобилестроении.
• При изготовлении кабельной продукции.
• При производстве товаров общего пользования.

Рассмотрим подробнее что изготавливают из термопластичного полиуретана в каждой области.

В автомобилестроении применяют при изготовлении ручек, переключающих элементов, также при изготовлении амортизационной опоры шасси, козырьков, защищающих от солнца, элементов декора салона.

Термопластичный полиуретан используют при изготовлении шлангов высокого давления, изоляции проводов, оплетки силовых кабелей.

Но больше всего из термопластичного полиуретана изготавливают обувную подошву. Такие свойства полимера, как эргономичность, морозостойкость, стойкость к истиранию, эластичность позволили изготавливать на его основе спортивную, повседневную, специализированную обувь.

На основе термопластичного полиуретана изготавливают наконечники для лыж, ролики для скейтов, крепежные, соединительные элементы и т.п. То есть он широко применяется в области спорта и туризма.

Современная наука не стоит на месте, каждый день ученые трудятся над созданием новых синтетических полимеров, отличающихся определенными свойствами. Данные полимеры используются в разных областях жизни человека. Но потребность в более прочных, эластичных, твердых материалах, материалах, которые могут сочетать в себе несколько противоположных характеристик постоянно растет, с ростом технологического прогресса.

Но в последнее время нужны не просто уникальные соединения, а соединения, которые способны легко утилизироваться, а еще лучше использоваться повторно. Так термопластичный полиуретан один из таких материалов. Ему характерны прекрасные конструктивные и технологические свойства, а способность задавать свойства материала на этапе изготовления раскрывают перед ним все грани. Но самое главное, он может быть переработан и использован повторно. Это наиценнейшее качество в купе со всем остальными делает его полезным для людей и безопасным для окружающего мира.

Рост технологического прогресса ведет к росту экологических проблем, поэтому материалы, которые сегодня могут быть повторно использованы, особенно полезны и нужны нашему миру. Термопластичный полиуретан можно нагревать, формировать, растягивать и гнуть, использовать на солнце и в лютом морозе, можно стирать с ним ничего не произойдет, он не стареет и не портится. А если он надоест и станет бесполезным, повторная переработка даст ему новую жизнь.

Рабочая температура полиуретана

Этот синтетический эластомер с заранее задаваемыми свойствами представляет собой современный химический состав, разработанный на базе арилов, акрилов или ацилов в сочетании со сложными или простыми связками. В зависимости от того, насколько должен быть теплостойкий или морозостойкий полиуретан, определяется точная формула полимерных компонентов и модификаторов. Большинство разновидностей предусматривает обширный диапазон нагрузок при длительных циклах работы, что делает этот материал востребованным в самых различных отраслях. Рассмотрим детально, какую температуру выдерживает полиуретан.

Основные виды полиуретана: рабочие температуры

Для наиболее «выносливых» эластомеров диапазон температур составляет от –60 0 Сдо +120 0 С, при этом полимер может сохранять начальные свойства твердости и эластичности без последствий при нормализации климатических условий. Существуют также специальные разновидности, для которых рабочие температуры полиуретана могут быть равными +150 0 С и –70 0 С. Хрупкость или необратимая деформация начинает наступать после превышения максимально допустимой отметки более чем на 1–10% в зависимости от уровня влажности. При этом в некоторых случаях полиуретан при низких температурах в описанном диапазоне критических нагрузок не изменяет свою структуру, если они кратковременны.

Рассмотрим боле детально особенности самых популярных марок полиуретана:

• СКУ–7Лиспользуется для изготовления деталей, эксплуатируемых в условиях абразивного износа. Обладает высокой стойкостью к нефтепродуктам и смазывающим веществам. Применяется чаще всего данный полиуретан зимой и/или в холодных климатических зонах. Его рабочий температурный диапазон находится в пределах от –50 0 С до +80 0 С.
• СКУ ПФЛ–100Модин из наиболее «выносливых» и твердых видов рассматриваемых материалов. Он рассчитан на самые агрессивные эксплуатационные условия, стойко сохраняет изначальную форму после сжатия или растяжения, что делает его востребованным при изготовлении деталей для автомобильной отрасли. Диапазон эксплуатации этого полиуретана при низких температурах и перегреве составляет от –70 0 С до +150 0 С.
• ЛУР-СТ широко востребован для производства изделий с большой относительной удлиненностью до разрыва. Рабочая температура полиуретана этого вида – от –30 0 С до +110 0 С.
• «ВИБРАТАН» представляет собой группу материалов серий 6060 и 8000. Первые обладают низким уровнем твердости, стойкостью к износу и небольшой степенью остаточных деформаций при сжатии, что делает их оптимальными для производства упругих деталей. Вторые отличаются высокой эластичностью и стойкостью к ударным воздействиям. Температура применения полиуретана этого вида составляет от –60 до +120 0 С.
• СКУ-ПЛ-60 один из самых эластичных и гибких видов, но значительно уступает конкурентам в прочности на растяжение. Он может использоваться при температуре от –30 0 С до +90 0 С.
• ТТ–129 отличается одними из наибольших предельных параметров прочности при растяжении. Температура эксплуатации полиуретана варьируется от –60 0 С до +110 0 С. Используется для изготовления самых различных изделий и в качестве исходного сырья.

Существуют и другие разновидности полимерных составов, которые успешно заменяют резину в различных отраслях. Их популярность обусловлена многочисленными преимуществами по сравнению с аналогичными материалами на основе каучука, в число которых входит небольшой вес, упрощенная процедура производства, повышенная прочность и износостойкость, а также устойчивость к воздействиям химикатов и агрессивных сред.

Стоит отметить, что свойства полиуретана под воздействием температуры определяются при выборе определенной его разновидности. Обязательно уточняйте информацию о технических характеристиках исходного материала для производства необходимых изделий при оформлении заказа.

Заказать типовые изделия из полиуретана или выпуск партии уникальных комплектующих вы можете в компании «Полимертехпром». При необходимости возможна полная разработка проектной документации.

Свойства полиуретана

Полиуретановые изделия широко применяются в разных отраслях промышленности: штамповка, катки, колеса, покрытия валов, опорные элементы, манжеты, корпусные детали, уплотнительные кольца и т.д. , и их потребление постоянно возрастает.

Благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам полиуретан используется как конструкционный материал во многих отраслях промышленности. Особенность уретановых эластомеров — исключительно высокие эксплуатационные свойства, превосходящие не только все типы каучуков, но и металлы.

На мировом рынке существует множество марок полиуретанов: адипрены, вулколаны, вулкопрены. Отечественные марки СКУ ПФЛ-100, НИЦ-ПУ 5 и другие, полученные на основе отечественных полиэфиров не уступают, а по некоторым характеристикам превосходят импортные аналоги.

Уретановые эластомеры можно получать с широким диапазоном свойств. Благодаря высокому модулю полиуретанов по сравнению с другими эластомерами изделия из них можно делать с более тонкими стенками.

В таких странах как США, Англия, Германия, Япония и др. вместо резины успешно используется полиуретан. Стойкость против старения у полиуретановых эластомеров выше, чем у натурального и синтетического каучуков.

Физико-механические характеристики полиуретана

Полиуретан обладает высоким сопротивлением разрыву, высокой износоустойчивостью и способностью выдерживать большое давление наряду с большой эластичностью, маслостойкостью и теплостойкостью. Полиуретан можно подвергать механической обработке различными способами.

Полиуретан с упехом заменяет резину различных марок (а, в некоторых случаях, и металлы), благодаря таким свойствам как износостойкость, кислотостойкость, маслобензостойкость, высокие диэлектрические свойства, а также возможность работы при высоких давлениях (до 750 атм) в широком температурном диапазоне (от -60 до 140 °С). При специальной обработке полиуретан создает прочные связи с металлом.

Сравнительные характеристики резины и полиуретана

Плотность резины 1,37; плотность полиуретана 1,259;

Наиболее распространенным типом полиуретанов в настоящее время являются литьевые полиуретаны типа СКУ ПФЛ-100, НИЦ ПУ-5, имеющие по отношению к другим видам, более высокие физико-механические характеристики и твердость по Шору А 85 — 90 ед.

Литьевые полиуретаны чаще применяют для изготовления деталей внутризаводского транспорта, различных валов, шестерен, вибростойких деталей, отбойных молотков и других изделий для машиностроения, горнодобывающей, авиационной, автомобильной, нефтегазодобывающей, строительной, полиграфической и других отраслей промышленности.

Особо успешно применяется полиуретан в производстве вибростойких деталей (например, устройство амортизации установок погружного электроцентробежного насоса, протектора центратора подвески НКТ), а также в уплотнительной технике и кузнечно-штамповом производстве.

Волжский завод резинотехнических изделий

Производство резинотехнических изделий, изделий из силикона, полиуретана и композиционных материалов. Разработка проектной документации, изготовление оборудования, пусконаладочные работы, запуск изделий в серийное производство.

1. Главная
2. Статьи
3. Термостойкость (резина, полиуретан, силикон, капролон, фторопласт)

Термостойкость (резина, полиуретан, силикон, капролон, фторопласт)

Термостойкость изделий — это очень важный и нужный показатель, так, например, в промышленном оборудовании и в быту различные предметы техники при эксплуатации нагреваются. Изготовление специальных уплотнителей и прокладок требуется для того, чтобы при повышении температуры агрегаты работали эффективно и бесперебойно. Они должны выдерживать различные нагрузки в этом случае термостойкость резины демонстрируется отличная. Силиконы и каучуки могут деструктироваться, сфера применения будет намного шире. Если продукция имеет свойства резины, то необходимо выделить и термостойкие виды, например, силиконовые полимеры и каучуки с добавлением фтора.

Преимущества термостойкого материала:

• изделия становятся инертными к различным химическим реагентам, в том числе на воздействия агрессивных веществ;
• состояние вакуума при воздействии ультрафиолета и радиации сохраняются все свойства;
• можно эксплуатировать в условиях высокой температуры.

Изделия из силикона с показателем термостойкость имеют экологическую чистоту и безопасны для использования. Кремнийорганические полимеры — это резина пищевого типа, термоустойчивые специальные международные сертификаты подтверждают ее безопасность и высокое качество.

Жароустойчивая резина изготавливается при температуре более 300 градусов, при этом могут выделяться канцерогены, поэтому обязательно выдаются сопроводительные документы, описывающие условия эксплуатации.

Термоустойчивые полиуретаны представлены в виде теплоизоляционных плит, а также монтажной пены, которая применяется для обработки щелей и различных полостей. Термостойкий полиуретан применяется повсеместно, это идеальный изолирующий материал, за счет показателей теплопроводности. Очень много зависит от его плотности и пористости, плотность рассматривается в больших диапазонах. Чем больше изолирующий слой имеет материал, тем ниже показателя плотности, а значит, тепло пропускается хорошо. Чем меньше полостей, тем плотнее материал, он способен проводить тепло на низком уровне, в этом случае действуют изоляционные свойства.

Термоустойчивость фторопластов предусматривает применение температурного интервала -269-+260 градусов. Физико-химические свойства теряются в верхнем температурном пределе, но при этом отдельные химические свойства не изменяются. Разлагаются полимеры при достижении температуры свыше 415 градусов. Если изготавливаются детали для техники высокочастотного типа выбираются материалы с высокой термоустойчивостью.

Термостойкий силикон и его использование

Силиконы, имеющие высокие показатели термоустойчивости чаще всего применяются в промышленной и бытовой сфере деятельности. В быту их используют для кладки печей и каминов, чтобы создать повышенную герметичность, а также при соединениях горячего и холодного трубопровода. Если автомобиль достаточно сильно нагревается, требуются герметики, которые способны выдерживать высокие температуры, они так и называются термостойкие. В отдельную категорию входят жароустойчивые герметики, которые используются в дымоходах и топливных камерах.

Полиуретан

Для полиуретанов не существует основных общих свойств. Говорить о свойствах полиуретана лучше в контексте конкретного продукта. В таблице 2 приведены свойства различных полиуретановых пен.

Табл.1. Свойства гибких интегральных пен

Гибкий пенополиуретан (PUR-F)

Гибкие пены с открытыми ячейками проявляют низкую стойкость к деформации под давлением (DIN 7726). Пеноблоки получают периодическим или непрерывным методами, с последующей обрезкой до нужного размера. Обычно удельный вес составляет порядка 20-40кг/м 3 . Повышенное содержание СО₂ снижает плотность на 10-20%. На рис.1 приведены кривые деформации некоторых образцов. Основное применение — мягкая обитая тканью мебель (40%), матрацы (25%) и салоны автомобилей (20%).

Пены льют горячие либо холодные (без или с подведением тепла до окончательного отверждения) в зависимости от исходной системы. Плотность варьируется от 30 до 300 кг/м 3 в зависимости от области применения.

Табл. 2. Сравнение свойств полиуретановых пен

Рис. 1. Петли гистерезиса; кривая нагрузки; кривая релаксации

Рис. 2. Влияние плотности на свойства гибкого ПУ

Рис. 3. Поведение пенополиуретана при сжатии

Гибкие литые ПУ пены в основном используются для сидений в автомобилях и самолетах, в мягкой мебели и в технических изделиях, например шумоизоляция. Гибкие наполненные пены с плотностью 150-200кг/м 3 используют в салонах автомобилей и для обивки приборной панели. Их получают обратным вспениванием ПВХ или АБС в закрытой форме. Влиять на поведение ПУ при сжатии можно механически, изменяя плотность, либо химически, изменяя систему. Смотри рис 3.

Свойства различных энергопоглощающих ПУ пен при сжатии. Ячеистые ПУ эластомеры представляют собой промежуточное состояние в сравнении с жестким ПУ. Водосодержащей реакционной смесью заполняют форму, а затем вспенивают выделяющимся СО₂.

Жесткие ПУ пены (PUR-R)

Жесткие пены проявляют относительно высокую устойчивость к деформации сжатия. Их наибольшим преимуществом является теплоизолирующие свойства, благодаря наличию газа в порах, и образование твердых композитов с любыми поверхностными слоями(и гибкими и жесткими). Плотность жестких пеноблоков составляет 30-90кг/м 3 . Сравнение свойств смотри табл.2.

Рис. 4. Диаграммы напряжения сжатия полиуретановых эластомеров различной плотности.

Вспененные панели с защитным слоем получают как непрерывным, так и периодическим методом. Материалом подложки может быть алюминий, рулонная сталь, листовой метал, покрытые стекловолоконные маты. Область применения: в строительстве и конструкциях как изоляционное покрытие, сэндвич-панели для промышленных зданий и охладительных установок, сухая штукатурка. Плотность пены составляет 30-40 кг/м 3 . Пену заливают в форму в виде жидкой реакционной смеси, которая при вспенивании заполняет все пустоты. С плотностью 30-60 кг/м 3 пены выступают как теплоизоляторы в охлаждающих установках любых типов, для испарителей и труб теплоснабжения. Плотность распыляемой пены для уплотнения крыши достигает 55кг/м 3 .

Интегральный пенополиуретан (PUR-I)

В то время как гибкие и жесткие пены значительно отличаются по своей структуре (низкая степень сшивки/высокая степень сшивки), интегральные полиуретановые пены представляют собой их сочетание. Активную реакционную смесь заливают в форму, где с помощью регулирования температур и пенообразования получают изделия со вспененной сердцевиной и жесткой коркой. Структура пены плавно изменяется от сердцевины к внешней поверхности. Техника вспенивания высокореакционных ПУ систем называется реакционное литье под давлением (reaction injection molding (RIM)), она используется для получения как крупных изделий, так и изделий с малыми размерами и отношением пути течения к толщине стенки до 1:1000.

Рис. 5. Интегральные пены: (слева) структура, (справа) распределение плотности по образцу. Гибкие интегральные пены с плотностью 200-1100 кг/м 3 используются для автомобильных изделий, велосипедных седел, обувных подошв.

Жесткие интегральные пены со сравнимыми плотностями используются в технических изделиях, конструкциях, мебели и спортивных изделиях различных конструкций. Интегральные пены армированные стекловолокном (R-RIM) с плотностью 1,0-1,4г/см 3 используют для автомобильных частей и корпусов. PUR-R-RIM используют для получения жестких, слоистых изделий, например, боковые автомобильные панели. Волокна, ткани, нетканые материалы или волоконные маты, био материалы, такие как лен, пенька или кокосовое волокно пропитывают ПУ смесью и укладываются в форму, где затем прессуются. В таблице 3 приведен обзор свойств различных систем интегральных пен, а в табл.1 приведены зависимости определенных свойств от плотности. В табл.4 приведен пример свойств гибкой интегральной пены, применяемой в автомобильных целях.

Табл. 3. Сравнение свойств ПУ интегральных пен, армированных ПУ пен

LFI — введение длинных волокон (long fiber injection).

* — модуль прочности на изгиб

Табл.4. Сравнение свойств гибких и интегральных пенополиуретановых автомобильных изделий (RIM)

A: сиденья мотоциклов, внутреннее защитное оборудование

B: покрытие автомобильных бамперов

C: бамперы, внешние детали автомобиля

D: автомобильные детали

Армированные пенополиуретановые изделия (R-RIM с содержанием воластонита 20-25%) могут быть покрыты на линии, например, для внешних частей автомобилей. Пластиковые изделия укрепляют на основание автомобиля до электро-иммерсионного покрытия. Усадка составляет 0,8 или 0,57% соответственно для двукратной тепловой нагрузки по 45 минут при 200 о С. Такие системы также подходят для тонкостенных технологий: автомобильные пороги с толщиной стенки 2 мм и длинной 2 м.

Жесткий полиуретан (PUR’S)

Из жесткого полиуретана получают литьевые изделия, листы, пленки и толстые покрытия (>1мм). Жидкое или расплавленное сырье заливают в открытую форму, где она отверждается при комнатной температуре (холодные системы) или при нагревании до 60-130 о С (горячие системы). ПУ эластомеры доступны с твердостью по Шору от 10А до 70D. Они используются как для литых шин, подшипников ротора, герметизации корпусов, так и для покрытий в судостроительной и автомобильной промышленности и строительстве. В табл.5. приведены свойства некоторых систем.

Табл. 5. Сравнение свойств А: просто эфира полиуретана и В: сложного эфира-полиуретана.

Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. Полиуретаны. TPU

Ценность полиуретанов для производителей трубопроводных систем велика, поскольку из этих материалов производится большое количество уплотнений для труб, фитингов и трубопроводной арматуры. Начнём рассмотрение этой группы материалов с наиболее типичного представителя этого семейства — термопластичного полиуретанового эластомера, который сокращается по-разному: TPU, PUR или PU, хотя последние две аббревиатуры могут применяться и к полиуретановым реактопластам, поэтому мы здесь будем использовать сокращение TPU.

Термопластичный полиуретан представляет собой перерабатываемый из расплава термопластичный эластомер с высокой прочностью и гибкостью. TPU предоставляет большое количество комбинаций физических и химических свойств для самых требовательных применений, таких как автомобильная промышленность, провода и кабели, воздухопроницаемые пленки для отдыха, спортивные и текстильные покрытия, пригодные для атмосферных воздействий, не желтеющие пленки и, конечно, уплотнения для элементов трубопроводов. TPU имеет свойства между характеристиками пластика и резины. Благодаря своей термопластичной природе, он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими эластомерами, которые не могут сравниться с ним, например, по прочности на растяжение, удлинению при разрыве и несущей способности. Термопластичный полиуретан (TPU) был открыт в 1937 году Отто Байером и его сотрудниками в лабораториях И.Г. Фарбен в Леверкузене, Германия. Производители термопластичных полиуретанов выпускают материал под такими марками, как Elastollan (компания BASF), Desmopan (компания Covestro), Diprane и Hyperplast (компания DuPont) и многими другими.

Несколько слов о производстве. TPU получают, когда реакция происходит особым образом между диизоцианатом и одним или несколькими диолами. Три основных вида сырья, необходимых для производства термопластичного полиуретана — это полиол или длинноцепочечный диол, удлинитель цепи или диол с короткой цепью, а также диизоцианат. TPU — это линейный сегментированный блок-сополимер, состоящий из твердых и мягких сегментов. Мягкий сегмент (полиэфир или полиэстер) состоит из полиола и изоцианата, который обеспечивает гибкость и эластомерный характер ТПУ. Жесткий сегмент (ароматический или алифатический) изготовлен из удлинителя цепи и изоцианата, придающих ТПУ его прочность и физические свойства. Ароматические TPU получаются на основе изоцианатов, таких как MDI, алифатические TPU — на основе изоцианатов, таких как H12 MDI, HDI и IPDI.

Основные свойства термопластичного полиуретана следующие. Во-первых, это высокое сопротивление истиранию и царапинам. Высокая стойкость к истиранию и царапинам обеспечивает долговечность и эстетическую ценность. Когда стойкость к истиранию и царапанию имеет решающее значение для таких применений, как автомобильные детали интерьера, спортивные и развлекательные приложения или технические детали, а также специальные кабели, TPU дают отличные результаты по сравнению с другими термопластичными материалами. Сопротивление истиранию материалов обычно определяют путем измерения потери массы образца в стандартизированном испытании на износ, и термопластичный полиуретан демонстрирует отличные результаты, в сотни раз опережая такие материалы, как неопрен, пластифицированный ПВХ, и в десятки раз — натуральные и нитрильные каучуки, PTFE и даже нейлон 11.

Далее отметим высокий комфорт использования TPU в эргономичных приложениях. Последние разработки позволили получить не содержащий пластификаторов TPU в диапазоне твердости от 55 до 80 по Шору. Эти решения обеспечивают высокое качество обработки поверхности, отличную адгезию к конструкционным пластикам, таким как ABS и нейлон, а также непревзойденную стойкость к царапинам и истиранию. Следующее полезное свойство — устойчивость термопластичного полиуретана к ультрафиолетовому излучению. Алифатические TPU обеспечивают не только цветовую устойчивость, но также демонстрируют превосходную устойчивость к ультрафиолетовому излучению и, следовательно, превосходную стабильность цвета, сохраняя при этом хорошие механические свойства. Алифатический ТПУ обладает именно тем сочетанием свойств и универсальностью, которое делает его предпочтительным материалом для электронных применений. Как для светлых, так и для темных деталей, производители могут рассчитывать не только на высокую стойкость TPU к царапанью, но и отличную стойкость к ультрафиолетовому излучению, чем не может похвастаться большинство других термопластов.

ТПУ — дышащий материал, обеспечивающий оптимальный комфорт. Независимо от того, что изготавливает производитель: спортивную одежду, обувь или строительные материалы, для достижения оптимального комфорта предлагается высокопроницаемый ТПУ. В отличие от традиционных ТПУ, которые обычно имеют пропускание пара ниже 1500 г / м2 / день, сорта с высокой воздухопроницаемостью имеют значения до 10 000 г / м2 / день (+ 560%). Традиционный ТПУ может быть смешан с дышащими, чтобы точно настроить воздухопроницаемость в соответствии с требованиями. Также стоит отметить сочетание высокой прозрачности и стойкости к истиранию. Кристально чистые ТПУ доступны с очень хорошей твердостью. Эта характеристика позволяет использовать ТПУ для экструзии прозрачных пленок, трубок и шлангов или для литья под давлением технических, эстетических деталей, где можно достичь прозрачности при толщине до 6 мм. Другие преимущества ТПУ: высокая эластичность во всем диапазоне жесткости, отличная низкотемпературная и ударная вязкость, устойчивость к маслам, смазкам и многочисленным растворителям, хорошая гибкость в широком диапазоне температур, а также атмосферостойкость и высокая радиационная стойкость. Эластичность, низкотемпературная вязкость, стойкость к маслам и атмосферостойкость позволяют использовать полиуретановые уплотнения в трубопроводах для транспортировки горюче-смазочных жидкостей и некоторой агрессивной химии.

Полиуретаны

Свойства и характеристики полиуретана

Общие сведения

Полиуретан (ПУ, polyurethane) является одним из синтетических полимеров гетероцепного типа. Отличительной особенностью ПУ является наличие в основной полимерной цепи повторяющейся «белковой» группы атомов -O-CO-NK-, которая придает пластику особые свойства, с возможностью их модификации. Полиуретан относится к виду полиэфир-полиолов, а широкое разнообразие его характетистик возможно благодаря различиям в молекулярной структуре полимерной цепи.

Рис.1. Схема синтеза полиуретана.

Как правило, ПУ получают путем поликонденсации в ходе реакции двух компонентов полиола и изоцианата. Определенные свойства полиуретану могут придать различные добавки, например они помогают увеличить эластичность или твердость, термостойкость и т.п.

Основные виды полиуретанов, которые имеют между собой очень немного общего по свойствам, используемых в современной жизни – это вспененный полиуретан или пенополиуретан, термопластичный в гранулах, жидкий, листовой. Пенополиуретан (ППУ) и жидкий ПУ в больших количествах используют в строительстве – первый для термо- и звукоизоляции, второй – для гидроизоляции кровель. Термопластичный полимер в гранулах применяют для производства (обычно литья) гибких изделий, напоминающих резиновые, например подошвы обуви. Листовой полиуретан, частный случай термоэластопласта, отформованного в лист, который имеет области применения в машиностроении, автомобильной и других отраслях промышленности.

Литьевой полиуретан перерабатывают в изделия тремя способами: ротационным литьем, свободным литьем в форму и литьем под давлением. Последний метод практически ничем не отличается от литья полиолефинов и прочих пластмасс общего назначения. Изделия ППУ производят методом заливки материала под высоким давлением через специальные смесительные головки в формы или прямо в полость изделий, например оболочек труб. Из листового ПУ или из пластин, стержней и профилей получают разные изделия методом механической обработки.

Полиуретан был впервые описан в 1930-е годы, химиком Отто Бэйером и его коллегами, которые изначально занимались химией полиамидов. В 1937 году они получили разновидности термоэластопластов после реакции диизоцианата с некоторыми химикатами, имеющими в составе гидроксильные группы.

Первые товарные марки ПУ были разработаны в США компанией Dupont и поступили в продажу в 1956 году. Практически одновременно полиуретаны выпустили BASF и Dow Chemical в США по истечении одного года. Изначально полиуретан предназначался для замены других ценных материалов, например каучука, металла, дерева, и во многих темах это удалось.

В Советском Союзе полиуретаны начали разрабатывать в 1960-х годах, когда в мире уже производили тысячи тонн ПУ материалов. Наиболее глубоко исследования продвинулись в НПО «Полимерсинтез» (г. Владимир), а также в некоторых других научно-исследовательских учреждениях, плотно изучавших полиуретан. В России существует множество государственных и частных компаний, а также совместных предприятий (например владимирское «Дау-Изолан») хорошо зарекомендовавших себя в области производства полиуретанов с различными свойствами.

Свойства полиуретана

Основные характеристики полиуретановых эластомеров – это высокая прочность, стойкость к раздиру, стойкость к износу и к набуханию в маслах и растворителях, озоностойкость (важный фактор, выгодно отличающий ПУ от резины) и радиостойкость. Важнейшая особенность ПУ термоэластопластов – это комбинация отличной эластичности с большим разнообразием возможных твердостей.

Важные особенности полиуретанов: очень высокие физико-механические характеристики, которые во многом выше резин, каучуков, и даже некоторых металлов. Среди них высокая твердость, одна из самых лучших износостойкость и отличная абразивностойкость. По последним двум характеристикам литьевые ПУ на голову выше резин, других пластмасс и металлов. Кроме того, важна комбинация свойств, например сочетание высокой твердости и высокой эластичности дает превосходную прочность материала.

Температура эксплуатации полиуретана имеет верхний предел не ниже 120 градусов С, а нижний предел эксплуатации – минус 70С или даже еще ниже (при кратковременном воздействии). В этих пределах полиуретан сохраняет свои основные свойства неизменными.

Полиуретаны имеют хорошие диэлектрические характеристики, высокую химическую стойкость, в том числе устойчивость к маслам, кислотам и растворителям. Также полиуретан – очень экологичный материал, который не загрязняет окружающую среду, но при этом стоек к микробам, плесени и прочим простейшим.

Из минусов полиуретана можно отметить воздухонепроницаемость (одежда и обувь «не дышат»), плохо поддается печати, падение прочностных характеристик при продолжительном воздействии низких температур, слабую сопротивляемость скручиванию.

Пенополиуретан

Особняком среди всех полиуретанов стоит пенополиуретан. ППУ входит в класс газонаполненных пластмасс, они же пенопласты. Такие пластики состоят из воздуха или другого газа на величину порядка 90 процентов по объему. ППУ делится на две большие группы: жесткий или интегральный пластик и мягкий (эластичный) пенополиуретан или поролон.

Рис.2. Применение эластичного ППУ в мебели

ППУ интересен тем, что его синтез обычно происходит на месте применения, а не в заводских условиях (при этом мебельный поролон или трубы в ППУ изоляции все-таки производятся на заводах). Пенополиуретан синтезируется при смешении полиола и полиизоционата с получением высоконаполненной углекислым газом полимерной матрицы.

ППУ биологически нейтрален, опасность может представлять его компонент высокотоксичное вещество изоцианат, в случае если он взят в избытке. При применении антипиренов в компонентах полиуретана материал не поддерживает горение и гаснет при удалении пламени.

Применение полиуретанов

Из литьевых полиуретановых термоэластопластов производят крупные продукты, например износостойкие шины, конструкционные, корпусные и технические изделия, многочисленные заменители резиновых изделий. Также производят амортизирующие и демпфирующие элементы для всех отраслей, например конвейерные ленты, приводные ремни, нескользящие покрытия, различные упругие валики и ролики, уплотняющие прокладки, буферы и бамперы и т.д. ПУ изделия, благодаря своим свойствам и прежде всего износостойкости с успехом используются в высоконагруженных устройствах и механизмах. Из отраслей это железнодорожная, автомобильная, машиностроительная, обувная, медицинская, спортивная и прочие.

Рис.3. Полиуретановые износостойкие ролики

Жидкий полиуретан, который еще выпускается в виде спрея используют для изоляции различных конструкций и механизмов, например, вагонов, грузовых автомобилей, люков и т.д. Кроме того, он входит в качестве компонента в разнообразные герметики, клеи, лаки, краски и прочие изолирующие и декорирующие поверхности агенты.

Несмотря на широчайшее применение полиуретановых эластомеров, большая часть рынка ПУ пластмасс занимает пенополиуретан. Помимо теплоизоляции труб ППУ применяют для напыления на практически любые поверхности, выпуска сэндвич-панелей и прочих легких и прочных стройматериалов. Также ППУ используют для термоизоляции холодильников, рефрижераторов, хранилищ; в электротехнике и производстве интерьеров автомобилей, рулей; в самолетостроении, вагоностроении и т.п. Мягкий ППУ – непревзойденный материал для мебельной и легкой промышленности.

Вторичная переработка ПУ

Несмотря на инертность полиуретана для окружающей среды, его вторичная переработка задача непростая. Это не касается термопластичного эластомера, который может подвергаться переработке многократно. Однако, пенополиуретан по своей природе является реактопластом и практически не перерабатывается повторно.

Этот факт является серьезным минусом, сдерживающим еще более широкую поступь ППУ по планете.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Что такое полиуретан: описание, характеристики, применение и свойства

Еще полтора века назад, рассматривая интерьер обычной комнаты, человек видел перед собой различные предметы, изготовленные из металла, дерева, стекла, керамики, бумаги и натуральных тканей, и это казалось вполне естественным. Сегодня попасть в такую комнату просто нереально, ведь множество предметов сейчас изготовлено из пластика. Среди этого материала ведущую роль занимает полиуретан.

Что такое полиуретан

Полиуретан — это уникальный синтетик полимерной структуры. Его особенность в том, что он может быть твердым как древесина, эластичным как пластмасс, растягиваться подобно резине, иметь монолитную структуру или пористую (вспененный полиуретан). Такое изобилие свойств материала объясняется возможностью смешивать компоненты, из которых изготовлен пластик, в разных соотношениях.

Первый материал был получен на основе сложных полиэфиров в 1937 году на территории Германии. Более дешевые и простые полиэфиры начали применять в Соединенных Штатах Америки в 1957 году. С этого времени стали широко внедряться изделия с использованием полиуретана.

Современными конкурентами полимера на рынке являются полиэтилены, полистиролы и поливинилхлориды. Но они значительно уступают ему по ряду возможностей. Эластомер уретановый отличный конструкционный материал, превосходящий любые другие. А также благодаря уретановым свойствам он идет на позицию выше, чем каучуки.

Получение материала

Что такое полиуретан? Это материал, который является продуктом переработки сырой нефти. Сырье для его непосредственного изготовления — изоцианат и полиол. Эти два компонента смешивают в жидком состоянии. Вспомогательными составляющими являются стабилизирующие, катализирующие, вспенивающие вещества и разные красители.

В результате получается реакционно-способная масса, которая уже приобретает вид полиуретана. От того, какой рецепт изготовления выбран в техпроцессе, зависит пропорциональное соотношение компонентов смеси. Так можно получить полимер, обладающий различными свойствами от твердых тел, до вязких жидкостей.

Для удобства дальнейшего преобразования материал производят по форме гранул. Его сортируют по цвету и физическим свойствам. Это сырье поступает на предприятия по изготовлению деталей и изделий из полиуретана, где оно может быть переработано любым технологическим способом для полимеров.

Виды полиуретана, характеристики

Полимерной промышленностью разных стран выпускаются такие основные марки:

• Адипрены.
• Вулкопрены.
• Вулколланы.

Все они являются продуктами полиэфиров.

Что такое полиуретан? Это эластомер, обладающий следующими характеристиками:

• Механической прочностью.
• Износостойкостью на истирание.
• Эластичностью. Она сохраняется практически неизменной при диапазоне температур от — 50 до + 100 градусов по Цельсию.
• Внешней привлекательностью – декоративный полиуретан.
• Диэлектрическими свойствами. Экспериментально доказано, что воздействие на пластину толщиной 2 мм напряжением в 20 кВт не приводит к ее пробою.
• Маслостойкостью и устойчивостью к растворителям.
• Не подвержены озоновому старению.
• Не являются средой обитания микроорганизмов и плесневых грибов.
• Водостойкостью. Поэтому ванные комнаты целесообразно оборудовать полимерами, например, плинтусами из полиуретана.

Полиуретаны легко разрушаются под воздействием некоторых кислот, хлорных веществ, скипидара. Понижение температуры ниже отрицательного порога 60 градусов приводит к увеличению хрупкости материала. Для повышения механической прочности в состав эластомеров вводят различные наполнители.

Методы формовки

Уретановый эластомер относится к той группе материала, которая легко поддается обработке. К нему применимы все основные методы формообразования пластика промышленным способом. Можно применять:

• Экструзию – способ получения изделий из полимеров, в котором подготовленный расплавленный материал продавливают сквозь отверстие (формирующее) специального устройства экструдера.
• Литье, где расплавленную массу при помощи давления впрыскивают в литьевую заготовку (форму) и подвергают охлаждению. Так получают молдинги из полиуретана.

Также заготовки из полиуретана поддаются механической обработке на токарном станке. Деталь формируется при воздействии на вращающуюся заготовку разными резцами.

Область применения полиуретана

Полиуретан применяется в сфере промышленности, строительства, общественного и бытового хозяйства. Так:

• В жидком состоянии им покрывают бетонные конструкции, проводят кузовные обработки и обработки других изделий из металла для повышения устойчивости последних к атмосферным воздействиям.

В промышленных отраслях полиуретан используют в:

• Тяжелом машиностроении – станочные прокладки для амортизации.
• Строительной индустрии – фасадная фурнитура, покрытия противоскользящие, полы виброустойчивые, плинтус из полиуретана.
• Мебельном производстве – элементы крепежа
• Обувной промышленности и текстильном производстве – подошвы, кожзаменители, коврики.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой материал, полиуретан не является идеальным, который можно применять неограниченно. Все преимущества, которыми он обладает, естественно вытекают из свойств вещества:

• Он не проводит электричество, что позволяет применять его в энергетической сфере.
• Устойчив к воздействию атмосферы, не окисляется. Поэтому идеален для изготовления строительных материалов.
• Не впитывает влагу.
• Обладает прочностью – из него можно делать различные конструктивные элементы.
• Имеет небольшую массу, это удобно при изготовлении объемных балок из полиуретана, которые легко поднимать.
• Малошумный материал.
• Он не стареет.
• Можно делать изделия с различным коэффициентом трения.
• Способность растягиваться свыше 600%.

Несмотря на такое количество положительных моментов, свойства полиуретана все же очень зависят от температуры эксплуатации, поэтому он может становиться хрупким или текучим, терять эластичность – становиться жестким. Слабые стороны материала следующие:

• Не выдерживает скручивания.
• Сложно перерабатывается во вторсырье.
• Вспененный материал подвержен усадке.

Переработка во вторсырье

Что такое полиуретан, если его не перерабатывать? Это материал, который долгие годы будет засорять окружающую среду. Поэтому разработаны методы получения вторичного сырья из уретановых эластомеров и способы утилизации неподходящих для переработки отходов:

• Физическим способом, что предполагает измельчение пластика до фракции, которую можно использовать как наполнитель в строительстве.
• Переплавка, результатом чего получается сырье для изготовления таких же полиуретановых изделий.

Заключение

Важно помнить, что каждый тип пластика, в том числе и полиуретан, имеет свою маркировку. На всех изделиях из полимеров она обязательно нанесена. Поэтому собирая сырье для удобства дальнейшей переработки, необходимо его сортировать.

Свойства и особенности термопластичного полиуретана

Современная наука ежегодно разрабатывает новые материалы, основой которых становятся синтетические полимеры. Эти вещества широко распространены во всех сферах производства и быта. Без полимеров трудно представить современный мир. Потребность в новых материалах, более прочных и твердых (или наоборот эластичных), выдерживающих высокое электрическое напряжение и резкие перепады температур, толкает ученых на различные эксперименты, связанные с синтезом полимеров или соединением органических и неорганических веществ для получения более совершенных составов.

Одним из новых материалов стал термопластичный полиуретан (ТПУ)– полимер, обладающий уникальными техническими характеристиками, благодаря которым он завоевал высокую популярность во многих сферах и отраслях промышленности.

Происхождение и основные свойства

Термопластичный полиуретан – это полимерный материал, сочетающий в себе твердость крепкого пластика и эластичность природного каучука. Появился материал в 60-х годах минувшего века, когда группа американских ученых впервые его синтезировала. В зависимости от основного компонента, итоговые свойства материала могут существенно меняться.

Основой для сырья могут быть:

• простые полиэфиры;
• сложные полиэфиры;
• алифатический изоцианат.

Если в составе полиуретана преобладает простой полиэфир, то основными свойствами полученного вещества станет повышенная стойкость к гидролизу, морозоустойчивость, высокая износостойкость. Дополнительно вещество не будет подвержено действию микроорганизмов.

В случае, когда основу составляют сложные полиэфиры, у готового материала будут несколько иные особенности – дополнительно увеличивается предел прочности на растяжение, износостойкость и появляется возможность быстрого восстановления изначальной формы.

Полиуретан на основе третьего компонента приобретает повышенный уровень сопротивляемости ультрафиолетовому излучению и высокую степень пластичности при отрицательных температурах.

В зависимости от приоритетных свойств готовой продукции, разнятся сферы его применения. Одной из особенностей материала является возможность на изначальной стадии получения вещества задавать и корректировать необходимые параметры, тем самым расширяя область использования. Получают материал в основном методом литья из гранулята – сегментов прямоугольной, круглой или линзовидной формы.

Ключевые характеристики

Вне зависимости от преобладающего вещества в составе термопластичного полиуретана, полученные материалы обладают целым рядом общих характеристик и полезных свойств.

Термопластичный полиуретан, характеристики:

• материал стойкий к погодным условиям и хорошо держит форму;
• высокая прочность при деформации на изгиб и растяжениях;
• хорошие свойства шумопоглощения и виброгашения;
• возможность окрашивания в любой цвет;
• высокая степень износостойкости.

Кроме того, полимер обладает хорошей устойчивостью к морской воде, жирам, не подвержен воздействию микробов или бактерий. Для дополнительной прочности полимер может быть армирован стекловолокном. Материал имеет высокий уровень устойчивости к естественному старению и допускает повторную переработку.

Отрасли применения

Термопластичный полиуретан, свойства которого могут меняться в зависимости от способа производства и основного вещества, успешно применяется в различных сферах – автомобильная промышленность, кабельная продукция, производство товаров народного потребления.

В автомобилестроении материал используется для изготовления ручек переключателей элементов изоляции салона, из него изготавливают амортизационные опоры шасси, солнцезащитные козырьки и декоративные элементы.

Полимер прекрасно подходит для изоляции проводки, в качестве оплетки силовых кабелей или для создания шлангов высокого давления.

Касаемо товаров народного потребления, то здесь материалу нет равных. Больше всего из ТПУ изготавливают обувных подошв. Они обладают высокой стойкостью к морозам (зимняя обувь), эластичностью и прочностью, а высокая эргономичность, износостойкость и антисептические свойства сделали эти подошвы основным элементом любой обуви (повседневная, защитная, спортивная).

При производстве товаров для спорта, туризма и отдыха термопластичные полиуретаны также играют важную роль. В качестве примеров можно привести наконечники для лыж, ботинки для зимних видов спорта (сноуборд, коньки), ролики для скейтов, различные крепежные и соединительные элементы.

Краткие итоги

ТПУ является на сегодняшний день одним из наиболее востребованных полимерных материалов. Обладая прекрасными конструктивными и технологическими свойствами, он используется в различных отраслях, начиная от обмотки силового кабеля, заканчивая декоративной накладкой в салоне автомобиля. Ключевая особенность контролировать и изменять свойства готового материала на стадии производства, открывает перед полимером в будущем практические неограниченные горизонты и сферы применения.