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TPU(热塑性聚氨酯)材料如何加工及应用

发布时间:21-11-26 浏览次数: 817

  TPU(热塑性聚氨酯)是一类加热可以塑化、溶剂可以溶解的聚氨酯。热塑性聚氨酯与混炼型和浇注型聚氨酯比较,化学结构上没有或很少有化学交联,其分子基本上是线性的,然而却存在一定量的物理交换。

  所谓物理交换的概念,在1958年由SchollenbergeC.S.首先提出,是指在线性聚氨酯分子链之间,存在着遇热或溶剂呈可逆性的“连接点”,它实际上不是化学交联,但起化学交联的作用。由于这种物理交联的作用,聚氨酯形成了多相形态结构理论,聚氨酯的氢键对其形态起了强化作用,并使其耐受更高的湿度。

  TPU有什么分类

  既然知道了TPU是什么,那它有哪些分类呢?按划分标准的不同,TPU可以有很多不同的分类。

  比如,按软段结构可分为聚酯型、聚醚型和丁二烯型,它们分别含有酯基、醚基或丁烯基。按硬段结构分为氨酯型和氨酯脲型,它们分别由二醇扩链剂或二胺扩链剂获得。普遍常见的划分是分为聚酯型和聚醚型。

  按有无交联可分为纯热塑性和半热塑性。前者是纯线性结构,无交联键;后者是含有少量脲基甲酸酯等交联键。按制成品用途可分为异型件(各种机械零件)、管材(护套、棒型材)和薄膜(薄片、薄板)以及胶粘剂、涂料和纤维等。

  TPU是如何加工的

  TPU树脂需要经过加工从而制成成品,主要采用熔融法和溶液法进行TPU的加工。它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯分子和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。

  TPU的性能

  像浇注型聚氨酯(液体)和混炼型聚氨酯(固体)一样,TPU具有高模量、高强度、高伸长和高弹性、优良的耐磨、耐油、耐低温、耐老化性能。其中拉伸强度高、伸长率大,长期压缩永久变形率低等都是TPU的显著优点。

  1、拉伸强度高、伸长率大

  TPU的拉伸强度和伸长率都非常优异。聚醚型TPU的拉伸强度和伸长率远优于聚氯乙烯塑料和橡胶。

  此外TPU在加工过程不加或加入很少助剂,能满足食品工业要求,这也是其他材料如PVC、橡胶等难以办到的。

  2、回弹性对温度非常敏感

  TPU的回弹性是指形变应力解除后迅速恢复其原状的程度,用恢复能表示,即形变回缩功与产生形变所需要的功之比。它是弹性体动态模量和内摩擦的函数,并对温度非常敏感。

  回弹随温度的下降而降低,直到某一温度,弹性又迅速增加。这个温度是软段结晶温度,决定于大分子二醇的结构,聚醚型TPU较聚酯型TPU低。在结晶温度以下的温度,弹性体变得很硬且失去了它的弹性,因此,回弹性是类似于离开硬金属表面的反弹。

  3、硬度范围为邵尔A60~D80

  硬度是材料抵抗变形、刻痕和划伤能力的一种指标。

  可以通过调整软硬链段的比例,来调整TPU的硬度高低,因此TPU有着比较宽的硬度范围,其硬度从邵尔A60~D80,跨越了橡胶和塑料的硬度,并且在整个硬度范围内具有高弹性。

  随硬度的变化,TPU的一些性能会发生变化。比如,提高TPU的硬度,会出现拉伸模量和撕裂强度增加、刚性和压缩应力(负荷能力)增加、伸长率降低、密度和动态生热增加、耐环境性能增加的性能变化。

  TPU的应用领域

  TPU最早是由1958年美国Goodrich化学公司(现路博润)成功商业化,此后全世界陆续进行研发拓展。目前有生产TPU原料厂家主要有巴斯夫、科思创、路博润、亨斯迈、万华化学、上海恒安、瑞华、旭川化学等等。

  作为性能优良的弹性体,TPU的下游产品方向非常广泛,在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用,下面举几个例子。

  1、鞋材

  TPU用于鞋材主要由于其优良的弹性和耐磨性。含TPU的鞋类产品穿着舒适度方面比普通鞋类产品优越得多,因此,在高档鞋类产品中较为广泛,尤其是一些运动鞋,休闲鞋。

  2、软管

  由于TPU软管具有柔软,良好的抗张强度、冲击强度 耐高低温性,所以在中国TPU软管被广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等机械设备等的输气、输油软管。

  3、线缆

  TPU提供了耐撕裂、耐磨与弯曲特征,耐高低温性更是电缆性能的关键。所以在中国市场上,高等电缆如控制电缆与电力电缆用TPU,用来保护设计复杂电缆的被覆材料,用途也日益广泛。

  4、医疗器械

  TPU是一种安全、稳固、优质的PVC替代材料,不会有邻苯二甲酸酯等化学有害物质,迁移到医疗导管或医疗袋内的血液或其他液体中产生副作用,并且专门开发的挤出级和注塑级TPU,只需在现有PVC设备稍作调试便可轻松使用。

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