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        TPU材料的合成、加工、性能及應(yīng)用大全

        發(fā)布時(shí)間:2023-12-29 點(diǎn)擊次數(shù):1674


        東莞市戈塑新材料有限公司


        中國(guó)智造 匠心造材(東莞市戈塑新材料有限公司)專注彈性體TPE/TPR/TPU/TPV/TPEE的研發(fā)與生產(chǎn),塑造每一顆環(huán)保材料的品質(zhì)與創(chuàng)新。
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        一、TPU是什么  


        TPU就是熱塑性聚氨酯,是一類加熱可以塑化、溶劑可以溶解的聚氨酯。熱塑性聚氨酯與混煉型和澆注型聚氨酯比較,化學(xué)結(jié)構(gòu)上沒(méi)有或很少有化學(xué)交聯(lián),其分子基本上是線性的,然而卻存在一定量的物理交換。

        所謂物理交換的概念,在1958年由SchollenbergeC.S.首先提出,是指在線性聚氨酯分子鏈之間,存在著遇熱或溶劑呈可逆性的“連接點(diǎn)”,它實(shí)際上不是化學(xué)交聯(lián),但起化學(xué)交聯(lián)的作用。由于這種物理交聯(lián)的作用,聚氨酯形成了多相形態(tài)結(jié)構(gòu)理論,聚氨酯的氫鍵對(duì)其形態(tài)起了強(qiáng)化作用,并使其耐受更高的濕度。

          二、TPU有什么分類  

        既然知道了TPU是什么,那它有哪些分類呢?按劃分標(biāo)準(zhǔn)的不同,TPU可以有很多不同的分類。

        圖 路博潤(rùn)TPU材料

        比如,按軟段結(jié)構(gòu)可分為聚酯型、聚醚型和丁二烯型,它們分別含有酯基、醚基或丁烯基。按硬段結(jié)構(gòu)分為氨酯型和氨酯脲型,它們分別由二醇擴(kuò)鏈劑或二胺擴(kuò)鏈劑獲得。普遍常見(jiàn)的劃分是分為聚酯型和聚醚型。

        按有無(wú)交聯(lián)可分為純熱塑性和半熱塑性。前者是純線性結(jié)構(gòu),無(wú)交聯(lián)鍵;后者是含有少量脲基甲酸酯等交聯(lián)鍵。按制成品用途可分為異型件(各種機(jī)械零件)、管材(護(hù)套、棒型材)和薄膜(薄片、薄板)以及膠粘劑、涂料和纖維等。

          三、TPU是怎么合成的  

        TPU雖然有很多分類,但從分子結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),都是屬于聚氨酯。那么,它是怎么聚合而成的呢?按合成工藝的不同,主要分為本體聚合和溶液聚合。

        圖片
        圖 生成氨酯基的反應(yīng)

        在本體聚合中,又可按有無(wú)預(yù)反應(yīng)分為預(yù)聚法和一步法:預(yù)聚法是將二異氰酸酯與大分子二醇先行反應(yīng)一定時(shí)間,再加入擴(kuò)鏈生產(chǎn)TPU;一步法是將大分子二醇、二異酸酯和擴(kuò)鏈劑同時(shí)混合反應(yīng)成TPU。

        溶液聚合是將二異氰酸酯先溶于溶劑中,再加入大分子二醇令其反應(yīng)一定時(shí)間,最后加入擴(kuò)鏈劑生成TPU。

        TPU的軟段種類、分子量、硬段或軟段含量以及TPU聚集態(tài)會(huì)影響TPU的密度,密度大約在1.10~1.25之間,與其他橡膠和塑料無(wú)顯著差異。在同等硬度時(shí)聚醚型TPU密度比聚酯型TPU低。

          四、TPU是如何加工的  

        合成出來(lái)的TPU粒子需要進(jìn)行各種各樣的加工才能形成最終的制品,主要采用熔融法和溶液法進(jìn)行TPU的加工。

        圖 TPU包膠在電動(dòng)工具外殼的應(yīng)用  

        熔融加工是用塑料工業(yè)常用的工藝:如混煉、壓延、擠出、吹塑和模塑(包括注射、壓縮、傳遞和離心等);溶液加工是粒料溶于溶劑或直接在溶劑中聚合而制成溶液再進(jìn)行涂覆、紡絲等。

        TPU制成最終產(chǎn)品,一般不需要進(jìn)行硫化交聯(lián)反應(yīng),可以縮短生產(chǎn)周期,廢棄物料能夠回收重新加以利用。

          五、TPU性能怎么樣  

        一個(gè)材料被大量應(yīng)用,肯定是因?yàn)槠溆兄浅:玫男阅?,TPU也不例外。

        像澆注型聚氨酯(液體)和混煉型聚氨酯(固體)一樣,TPU具有高模量、高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)和高彈性、優(yōu)良的耐磨、耐油、耐低溫、耐老化性能。其中拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大,長(zhǎng)期壓縮永久變形率低等都是TPU的顯著優(yōu)點(diǎn)。

        圖 聯(lián)景可發(fā)泡TPU

        下面將主要從拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率、回彈性、硬度等方面闡述一下TPU的力學(xué)性能。

        1、拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大

        TPU的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都非常優(yōu)異。從下圖的數(shù)據(jù)我們可以看到,聚醚型TPU的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)優(yōu)于聚氯乙烯塑料和橡膠。

        圖 TPU與其他材料拉伸強(qiáng)度的比較

        此外TPU在加工過(guò)程不加或加入很少助劑,能滿足食品工業(yè)要求,這也是其他材料如PVC、橡膠等難以辦到的。

        2、回彈性對(duì)溫度非常敏感

        TPU的回彈性是指形變應(yīng)力解除后迅速恢復(fù)其原狀的程度,用恢復(fù)能表示,即形變回縮功與產(chǎn)生形變所需要的功之比。它是彈性體動(dòng)態(tài)模量和內(nèi)摩擦的函數(shù),并對(duì)溫度非常敏感。

        圖 TPU回彈性與室溫以下溫度的關(guān)系

        TPU軟段為PTMG、PCL、PBA,相對(duì)分子質(zhì)量分別為1000和2000;硬段為MDI-BDO,硬段含量分別為48.2%(PCL-1250為42.7%)和31.7%,r0=1.05預(yù)聚法合成。

        正如所預(yù)期的那樣,回彈隨溫度的下降而降低,直到某一溫度,彈性又迅速增加。這個(gè)溫度是軟段結(jié)晶溫度,決定于大分子二醇的結(jié)構(gòu),聚醚型TPU較聚酯型TPU低。在結(jié)晶溫度以下的溫度,彈性體變得很硬且失去了它的彈性,因此,回彈性是類似于離開(kāi)硬金屬表面的反彈。

        3、硬度范圍為邵爾A60~D80

        硬度是材料抵抗變形、刻痕和劃傷能力的一種指標(biāo)。

        TPU硬度通常用邵爾A型和邵爾D型硬度計(jì)測(cè)定,邵爾A用于較軟的TPU,邵爾D用于較硬的TPU。

        圖  邵爾A與邵爾D之間的關(guān)系

        由于可以通過(guò)調(diào)整軟硬鏈段的比例,來(lái)調(diào)整TPU的硬度高低,因此TPU有著比較寬的硬度范圍,其硬度從邵爾A60~D80,跨越了橡膠和塑料的硬度,并且在整個(gè)硬度范圍內(nèi)具有高彈性。

        隨硬度的變化,TPU的一些性能會(huì)發(fā)生變化。比如,提高TPU的硬度,會(huì)出現(xiàn)拉伸模量和撕裂強(qiáng)度增加、剛性和壓縮應(yīng)力(負(fù)荷能力)增加、伸長(zhǎng)率降低、密度和動(dòng)態(tài)生熱增加、耐環(huán)境性能增加的性能變化。

          六、TPU可以用在哪里  

        1958年美國(guó)Goodrich化學(xué)公司(現(xiàn)在更名為路博潤(rùn))首次登記了TPU商品牌號(hào)Estane,之后40年來(lái)全世界有20余個(gè)商品牌號(hào)問(wèn)世,每一個(gè)牌號(hào)有幾個(gè)系列產(chǎn)品。目前有生產(chǎn)TPU原料廠家主要有巴斯夫、科思創(chuàng)、路博潤(rùn)、亨斯邁、萬(wàn)華化學(xué)、上海恒安、瑞華、旭川化學(xué)等等。

        作為性能優(yōu)良的彈性體,TPU的下游產(chǎn)品方向非常廣泛,在日用品、體育用品、玩具、裝飾材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,下面舉幾個(gè)例子。

        1、鞋材

        TPU用于鞋材主要由于其優(yōu)良的彈性和耐磨性。含TPU的鞋類產(chǎn)品穿著舒適度方面比普通鞋類產(chǎn)品優(yōu)越得多,因此,在高檔鞋類產(chǎn)品中較為廣泛,尤其是一些運(yùn)動(dòng)鞋,休閑鞋。



        2、軟管

        由于TPU軟管具有柔軟,良好的抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度 耐高低溫性,所以在中國(guó)TPU軟管被廣泛用作飛機(jī)、坦克、汽車、摩托車、機(jī)床等機(jī)械設(shè)備等的輸氣、輸油軟管。



        3、線纜

        TPU提供了耐撕裂、耐磨與彎曲特征,耐高低溫性更是電纜性能的關(guān)鍵。所以在中國(guó)市場(chǎng)上,高等電纜如控制電纜與電力電纜用TPU,用來(lái)保護(hù)設(shè)計(jì)復(fù)雜電纜的被覆材料,用途也日益廣泛。



        4、醫(yī)療器械

        TPU是一種安全、穩(wěn)固、優(yōu)質(zhì)的PVC替代材料,不會(huì)有鄰苯二甲酸酯等化學(xué)有害物質(zhì),遷移到醫(yī)療導(dǎo)管或醫(yī)療袋內(nèi)的血液或其他液體中產(chǎn)生副作用,并且專門(mén)開(kāi)發(fā)的擠出級(jí)和注塑級(jí)TPU,只需在現(xiàn)有PVC設(shè)備稍作調(diào)試便可輕松使用。


        5、汽車漆面保護(hù)膜、改色膜

        汽車漆面保護(hù)膜是一種以脂肪族TPU薄膜為基材的防護(hù)用品,具有高透明性、柔韌拉伸性、耐黃變等優(yōu)異性能,是汽車漆面防護(hù)技術(shù)的高端熱門(mén)產(chǎn)品。



        *東莞市戈塑新材料有限公司 


          東莞市戈塑新材料有限公司多年來(lái)專注于熱塑性彈性體(TPE/TPR/TPV/TPU/TPEE)的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售,擁有多個(gè)自主研發(fā)的系列產(chǎn)品。 廣泛運(yùn)用于智能生活,玩具公仔,汽車配件,體育器材,嬰兒用品,電子部件,箱包服飾,園林工具,電纜電線,醫(yī)療用品,工業(yè)腳輪等多個(gè)行業(yè)。公司擁有多臺(tái)業(yè)內(nèi)先進(jìn)的水下造粒設(shè)備,完整齊全的檢測(cè)設(shè)備,確保生產(chǎn)、品質(zhì)的穩(wěn)定性。通過(guò)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的不斷開(kāi)發(fā)及完善,結(jié)合客戶現(xiàn)場(chǎng)試模的實(shí)時(shí)反饋,使得公司多年來(lái)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。尤其在雙色注塑粘附包膠方面更是有口皆碑,業(yè)內(nèi)公認(rèn)的標(biāo)桿。
          隨著人們對(duì)物品美感、舒適度的要求越來(lái)越高,擁有細(xì)膩觸感、高止滑、高回彈的TPE材料無(wú)疑被越來(lái)越多有生活追求的消費(fèi)者所接受,結(jié)合雙色、多色成型創(chuàng)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),推動(dòng)著越來(lái)越多的制品往高品質(zhì)、高附加值方向發(fā)展。目前TPE材料雙色注塑成型的制品主要涉及汽車配件、電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、醫(yī)療部件、電動(dòng)玩具、廚房用品以及便攜式可穿戴產(chǎn)品等。涉及配套的熱塑性塑料有:PP、PE、PS、ABS、PC、SAN、PA,POM 等,琳瑯滿目,應(yīng)有盡有。戈塑在雙色注塑成型方面積累了豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),深知材料、模具、工藝密不可分的原理,為廣大客戶第一時(shí)間提供簡(jiǎn)捷、快速的可行性方案。
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