0 грн.
Оформить заказ
Мир полимеров открывает широкие возможности для создания материалов, обладающих особыми свойствами. Одним из ярких представителей является термопластичный полиуретан, в котором удалось агрегировать гибкость, свойственную резине, и твёрдость, присущую металлу.
Впервые о полиуретанах заговорили в 1937 году, когда командой Отто Байера были получены первые синтетические ПУ-соединения. Спустя 3 года материалы всё ещё представляли собой жёсткие пены и покрытия, ни о какой термопластичности не было и речи. Через 10+ лет мир узнал об эластомерах.
Официально зарегистрированной датой появления термопластов считается 1958 год: компания B.F. Goodrich продемонстрировала первый полиуретан под ТМ Estane. В 70-х годах прошлого столетия открыли такую важную особенность, как биосовместимость, поэтому термополиуретаны (ТПУ) стали изучать для применения в медицинском направлении.
На протяжении последних 30-ти лет досконально изучались и модифицировались свойства TPU. Сополимеры объединяют в себе жёсткость, прочность, стойкость к истиранию, эластичность и гибкость. А изменение процентного содержания исходных компонентов, из которых изготавливается термопластичный полиуретан, и условий проведения химических реакций помогает формировать конечные свойства материала.
Чем уникален материал ТПУ, получивший столь широкое распространение?
Эластичность. Высокий показатель позволяет материалу возвращаться в исходное состояние после деформации – этот параметр важен при производстве уплотнителей и амортизирующих материалов.
Химическая стойкость. Термопластичный полиуретан сохраняет свои свойства при контакте с маслами, растворителями, неорганическими соединениями.
Исключает фотостарение. Материал не подвержен порче при воздействии ультрафиолетового излучения и погодных колебаний, поэтому пригодится для наружного применения.
Термическая нейтральность. Полимер сберегает исходные свойства при изменении температурного поля, поэтому хорошо адаптируется к разным климатическим условиям.
Значительная износостойкость в сочетании с большой прочностью. Это помогает при выборе материалов для изготовления колёс для тележек и другого тягового спецтранспорта.
Одним из выдающихся свойств ТПУ является его способность к повторной переработке без существенной деградации свойств, что достигается благодаря термопластичной природе материала. При нагревании до температуры плавления разрушаются физические связи между молекулами, но сохраняются химические связи внутри макромолекул, что позволяет материалу восстанавливать свою структуру при охлаждении.
Продукция из ТПУ выпускается для автомобильной промышленности, строительной и медицинской сферы, электроники, космической отрасли, для изготовления спортивного инвентаря и обуви. Более подробно этот аспект будет рассмотрен ниже.
По словам Энтони Уолдера и Дженнифер Грин, сотрудников компании Lubrizol (ранее BF Goodrich), ещё не до конца изучены все направления применения TPU, так как происходят постоянные эксперименты с материалом с целью дальнейшего усовершенствования его характеристик и возможной агрегации с другими компонентными составами.
Изготовление материала осуществляется по двум технологиям:
- одностадийной, когда полиолы, диизоцианаты и удлинители цепи одновременно смешиваются в реакторе. При этом не удаётся добиться точной корректировки микроструктуры готового продукта;
- двустадийной, при которой вначале перемешивается полиол с диизоцианатом, после чего к ним добавляется удлинитель цепи. Последовательность соединения исходных компонентов позволяет более гибко формировать будущую структуру термопластичного полиуретана.
При производстве ТПУ учитывают соотношение исходных составляющих, скорость их смешивания, время проведения химических реакций, давление, температурный диапазон (для экструзии нужен параметр в +180…+220℃, а для обычной реакции достаточно достичь +80…+120℃).
На сегодняшний день известно о 5-ти способах производства TPU.
1. Экструзионный. Гранулы помещают в экструдер для плавления и получения плёнок или непрерывного профиля. Способ подходит для получения плёночных покрытий, труб.
2. Литьё в формы. Полуфабрикат заливают в ёмкости определённой конфигурации, чтобы он затвердел. Наиболее часто такой метод выбирают для изготовления прототипов будущих изделий с целью корректировки их геометрических размеров.
3. Литьё с использованием давления. Добавить прочности и обеспечить улучшение процесса помогает отвердитель. Смесь поступает в форму под повышенным давлением – именно такой подход позволяет получить чёткие грани, контурные профили и желаемые углы. Способ применяют для автомобильной, космической промышленности и др.
4. Спиннинг. Метод заключается с распылении состава на поверхность, которая вращается. Создаётся тонкий, равномерный слой, необходимый для получения плёночных материалов и других покрытий.
5. Объёмная печать. Одна из последних разработок, сразу получившая большой спрос. В работе используют 3D-принтер, благодаря которому получают отдельные детали и готовые изделия в индивидуализированном порядке. Также используют для изготовления сложных моделей.
Все перечисленные методы производства ТПУ помогают получать различные изделия, полностью учитывающие требования в различных областях применения. Автоматизация контроля на всех этапах способствует получению готовой продукции со стабильно высокими характеристиками.
Важно понимать, почему термопластичный полиуретан считается более совершенным по сравнению с ближайшими аналогами.
В сравнении с другими резинами этот материал:
Материал причисляют к уникальным разработкам, которым в данное время нет аналогов. Обладает значительной прочностью на разрыв, хорошо сопротивляется раздиру, отлично выдерживает циклические нагрузки. Особенно удивляет его растяжимость: определённые марки ТПУ способны увеличивать свою длину до 1000%, полностью восстанавливая после снятия нагрузки свои начальные размеры.
С позиции экологичности хочется отметить 4 важных особенности.
1. Многократность переработки приводит к снижению производственных отходов.
2. Если выбрать природные компоненты, то удастся изготовить биоразлагаемые изделия, не наносящие вред окружающей среде.
3. Продукция рассчитана на значительный срок эксплуатации, поэтому отпадает потребность в частной её замене.
4. По причине крайне низкой токсичности допускается изготовление изделий для пищевой продукции.
Универсальность свойств термопластичного полиуретана обусловила его широкое применение в разнообразных отраслях индустрии и сферах жизни.
В электронике/электротехнике пригодятся термопластичные корпуса для устройств, оболочки кабелей, клавиатуры мембранного типа, уплотнители для влаго- и пылезащиты, электронные компоненты, сделанные методом объёмной печати.
При изготовлении товаров для спорта из ТПУ пригодятся устойчивые к трению колёса для скейтбордов и роликовых коньков, надёжные покрытия для рукояток теннисных, бадминтонных ракеток, антискользящие, влагостойкие элементы для спортинвентаря, фитнес-оборудования.
В автомобильной промышленности термопластичному полиуретану тоже найдётся место. Из него делают кожухи для электрической проводки, защитные покрытия от сколов и царапин на кузове, элементы интерьера в салон, гибкие шланги, шестерни, ремни привода, уплотняющие детали, прокладки, бамперы, амортизаторы.
Строительство. Здесь из ТПУ изготавливают гидроизоляционные мембраны с эффектом паропропускания, материалы для звукопоглощения, герметики, покрытия для пола, уплотнители защиты для металлических конструкций.
В обувной промышленности востребованы из ТПУ амортизирующие вставки, защитные детали для рабочих ботинок (сапог), износостойкие элементы верхней части обуви.
Медицина. Из термопластичного полиуретана производят детали для имплантов, шланг для оборудования, ортезы, протезы, катетеры, диафрагмы, матрасы с «эффектом памяти» и даже составляющие для искусственного сердца. Материалы с добавлением ионов серебра в продукцию, используемую в общественных местах, уменьшают потенциальную опасность массовых заражений в период обширной активации болезнетворных микробов. Ведутся исследования, касающиеся создания новых, комбинированных составов TPU, которые станут прорывом в регенеративной медицине.
Промышленному оборудованию будет требоваться более редкое техобслуживание и ремонт, если устанавливать муфты, скребки, очистители, демпферы, уплотнители, виброизоляторы из термопластичного полиуретана.
Также применение ТПУ получило распространение в качестве элементов для садового инвентаря, при изготовлении игрушек, предметов домашнего быта, компонентов бытовой техники.
Можно с уверенностью утверждать, что термопластичный полиуретан долго будет привлекать разработчиков, а спектр его применений сможет только расширяться. Чего стоит идея, касающаяся улавливания углекислого газа на производстве с целью превращения его из отхода в полезный материал? Из него в дальнейшем планируется изготавливать один из составляющих сырьевых компонентов для ТПУ. Производственная компания «Интмакс» внимательно следит за разработками этого многогранного по применению продукта.