Poliuretán, általában rövidítve mint PU vagy PUR, a polimerek sokoldalú osztálya, amely izocianátcsoportokat tartalmazó vegyületek és poliolok vagy más aktív hidrogéncsoportokat tartalmazó molekulák reakciójával képződik.
Ellentétben sok hagyományos műanyaggal, amelyek viszonylag szűk tulajdonságokkal rendelkeznek, A poliuretán rendkívül széles spektrumban alakítható ki – a lágytól kezdve, rugalmas habok és elasztomerek merev szerkezeti habokig, bevonatok, ragasztók, tömítőanyagok, és kemény mérnöki alkatrészek.
Ez a sokoldalúság elsősorban a poliuretánból származik szegmentált molekulaszerkezet és a kémiájának módosításának képessége, keresztkötési sűrűség, sejtszerkezet, és feldolgozási feltételek.
Különböző poliolok kiválasztásával, izocianátok, lánchosszabbítók, katalizátorok, habosítószerek, és adalékanyagok, a gyártók a poliuretánt az olyan követelményekhez szabhatják, mint a párnázás, kopásállóság, termikus szigetelés, kémiai ellenállás, rugalmasság, ütközési abszorpció, és a mérési stabilitás.
Ez a cikk megvizsgálja, hogy mi a poliuretán mind a anyagtudományi és gyártási perspektíva, beleértve a kémiai szerkezetét is, főbb típusai, tulajdonságok, gyártási módszerek, előnyök, korlátozások, és mérnöki alkalmazások.
1. Mi az a poliuretán?
A poliuretán jelentős számú polimert tartalmaz uretán kötések, jellemzően a kémiai szerkezet képviseli:
–NH–CO–O–
Ezek az uretáncsoportok általában egy izocianátcsoport közötti reakció során keletkeznek (– altiszt) és egy hidroxilcsoport (– Ó):
R-altiszt + R′–OH → R–NH–CO–O–R′
Ez a reakció a poliuretángyártás mögötti alapvető kémia.
Viszont, a kereskedelemben kapható poliuretán anyagok ritkán állnak csak egyszerű ismétlődő uretán egységekből.
Molekulaszerkezetük is tartalmazhat éter, észter, karbamid, karbonát, aromás, alifás, vagy más funkciós csoportok, a kiválasztott nyersanyagoktól függően.
Ez az oka annak, hogy a „poliuretánnak” nevezett két termék drasztikusan eltérő tulajdonságokkal rendelkezhet.
Például, a bútorokban használt rugalmas poliuretán hab puha és nagyon rugalmas lehet, míg az ipari görgőkhöz használt poliuretán elasztomer nagy keménységű lehet, szakítószilárdság, és kopásállóság.
Hűtőberendezésekben használt merev poliuretán hab, közben, elsősorban alacsony hővezetőképességre és méretstabilitásra tervezték.
Hőre keményedő és hőre lágyuló poliuretánok
A poliuretán anyagok nagy vonalakban feloszthatók molekuláris felépítésük és feldolgozási viselkedésük szerint.
Hőre keményedő poliuretán a kikeményedés során tartósan térhálósított hálózatot alakít ki.
Miután kellőképpen meggyógyult, nem lehet egyszerűen megolvasztani és átformázni anélkül, hogy kémiai lebomlást okozna.
Sok öntött elasztomer, bevonatok, ragasztók, a merev poliuretán rendszerek pedig ebbe a kategóriába tartoznak.
Hőre lágyuló poliuretán (TPU) túlnyomórészt lineáris vagy fizikailag asszociált polimer szerkezeteket tartalmaz, és melegítéssel lágyítható és többször feldolgozható a termikus feldolgozási ablakon belül.
A TPU az elasztomerek számos jellemzőjét egyesíti a hőre lágyuló feldolgozási módszerekkel, mint például a fröccsöntéssel és az extrudálással.
A megkülönböztetés azért fontos, mert közvetlenül érinti a gyártást, Újrahasznosítás, javíthatóság, és a végfelhasználói teljesítmény.
A poliuretán főbb jellemzői
Bár a poliuretán készítmények jelentősen eltérnek egymástól, sok poliuretán anyag a mechanikai és kémiai tulajdonságok hasznos kombinációját mutatja.
A tipikus jellemzők közé tartozik:
- Magas kopás- és kopásállóság
- Jó rugalmasság és rugalmasság
- Állítható keménység
- Jó ütésállóság
- Jó ellenállás az olajokkal és számos vegyszerrel szemben
- Kiváló tapadás számos aljzathoz
- Jó fáradtság ellenállás
- Széles feldolgozási rugalmasság
- Jó hőszigetelés cellás formában
- Képes rugalmas és merev szerkezetek előállítására egyaránt
A pontos teljesítmény erősen függ a készítménytől.
Például, A poliuretán gyakran nagyon kopásálló, hanem a hidrolízissel szembeni ellenállás, UV sugárzás, melegít, vagy bizonyos vegyi anyagok jelentősen eltérnek a különböző poliuretán kémiák között.
Ezért, Az anyagválasztást mindig a speciális poliuretán összetétel és működési környezet, a „PU” általános kifejezés helyett.
2. A poliuretán kémiai összetétele és molekuláris szerkezete
Poliuretán (PU) nem egyetlen kémiai vegyület, hanem polimerek széles családja, amelyek tulajdonságai testre szabhatók a különböző kémiai építőelemek kiválasztásával és arányával..
Az alapvető poliuretán reakció között zajlik le izocianát csoportok (– altiszt) és hidroxilcsoportok (– Ó), uretán kötések létrehozása.
A molekulaszerkezet megváltoztatásával, funkció, molekulatömeg, és a reagensek aránya, a gyártók a rugalmas haboktól és elasztomerektől a merev habokig anyagokat gyárthatnak, bevonatok, ragasztók, és nagy szilárdságú mérnöki alkatrészek.
Alapvető vegyi építőelemek
A két fő reagens család izocianátok és poliolok.
Egyéb alkatrészek, beleértve a lánchosszabbítókat is, térhálósítók, katalizátorok, habosítószerek, felületaktív anyagok, és teljesítmény adalékok, speciális mechanikai, termikus, feldolgozás, vagy környezeti jellemzők szükségesek.
| Alkatrész kategória | Elsődleges funkció | Gyakori példák |
| Izocianátok | Reaktív – NCO csoportokat biztosít, és hozzájárul a kemény szegmensekhez, erő, merevség, és kémiai ellenállás | MDI, TDI, HDI, IPDI |
| Poliolok | Lágy szegmenseket képez, és erősen befolyásolja a rugalmasságot, rugalmasság, hidrolízis ellenállás, és alacsony hőmérsékletű viselkedés | Poliéter poliolok, poliészter poliolok, polikarbonát poliolok |
| Lánchosszabbítók | Növelje a kemény szegmens tartalmát és szabályozza a molekulatömeget, keménység, szakítószilárdság, és fázisszerkezet | 1,4-Butándiol (BDO), etilénglikol, diaminok |
| Térhálósítók | Háromdimenziós hálózati struktúrák bevezetése és a merevség növelése, dimenziós stabilitás, és a hőállóság | Trimetilol-propán (TMP), többfunkciós poliolok |
Katalizátorok |
Szabályozza a reakciósebességet és befolyásolja a versengő poliuretán reakciók közötti egyensúlyt | Tercier aminok, fémorganikus katalizátorok |
| Fújószerek | Gázt generál, és létrehozza a poliuretán habok sejtszerkezetét | Víz, pentán, Társ, kiválasztott fizikai habosítószerek |
| Felületaktív anyagok | Stabilizálja a fejlődő habot és szabályozza a sejtméretet, egységesség, és morfológia | Szilikon alapú felületaktív anyagok |
| Adalékanyagok | Módosítsa az adott teljesítményjellemzőket, például a lángállóságot, UV stabilitás, szín, oxidációs ellenállás, vagy feldolgozási viselkedés | Égésgátlók, UV stabilizátorok, antioxidánsok, pigmentek |
3. A poliuretán főbb típusai
A poliuretán egy sokoldalú polimercsalád, nem pedig egyetlen, rögzített tulajdonságokkal rendelkező anyag.
Az izocianát megváltoztatásával, poliol, lánchosszabbító, keresztkötési sűrűség, fúvórendszer, és feldolgozási feltételek, a gyártók poliuretán anyagokat állíthatnak elő a puha és rendkívül rugalmas haboktól a merev szerkezeti polimerekig és a nagy teljesítményű elasztomerekig.
Rugalmas poliuretán hab
A rugalmas poliuretán habot nyitott cellás szerkezet jellemzi, viszonylag alacsony sűrűségű, és nagy rugalmasság.
Poliolok és izocianátok habosítószerekkel és egyéb adalékanyagokkal kombinálásával állítják elő szabályozott habzási körülmények között..
Összekapcsolt sejtszerkezete lehetővé teszi az anyag többszöri összenyomódását és helyreállítását.
Hab sűrűsége, sejtméret, keménység, rugalmasság, és a kompressziós készlet formulázással és feldolgozással állítható be.
A tipikus alkalmazások között szerepel:
- Bútorok és matracok párnázása
- Autóülések és belső alkatrészek
- Akusztikus és rezgéscsillapító termékek
- Csomagoló és védőanyagok
- Rugalmas tömítések és párnázó elemek
Párnázó alkalmazásokhoz, sűrűség, bemélyedés keménysége, rugalmasság, és kompressziós készlet gyakran fontosabbak, mint önmagában a szakítószilárdság.
Merev poliuretán hab
A merev poliuretán hab túlnyomórészt zártcellás szerkezetű, és nagy merevségre tervezték, dimenziós stabilitás, és hőszigetelés.
Alacsony hővezető képessége elsősorban a sejtszerkezetnek és a sejtekben lévő gáznak köszönhető.
A készítménytől és a gyártási folyamattól függően, A merev PU és PIR alapú rendszerek kiváló szigetelési teljesítményt biztosítanak viszonylag kis sűrűség mellett.
A gyakori alkalmazások közé tartozik az épületek szigetelése, hűtött berendezések, hűtőházi panelek, szigetelt csövek, és a készülék szigetelése.
Egy tipikus merev habkészítménynek egyszerre több tulajdonságot is ki kell egyensúlyoznia:
| Ingatlan | Fontosság |
| Sűrűség | Befolyásolja az erőt, dimenziós stabilitás, és a termikus teljesítmény |
| Zárt cellás tartalom | Fontos a szigetelés és a nedvességállóság szempontjából |
| Nyomószilárdság | Meghatározza a teherbíró képességet |
| Hővezető képesség | Kritikus az energiahatékonysági alkalmazásokhoz |
| Dimenziós stabilitás | Szabályozza a hosszú távú teljesítményt hőmérséklet-változások mellett |
| Gyúlékonysági teljesítmény | Fontos az építőiparban és a közlekedésben |
Poliuretán elasztomerek
A poliuretán elasztomerek fontos helyet foglalnak el a hagyományos gumi és a merev műszaki műanyagok között.
A viszonylag nagy szakítószilárdságot és a kopásállóságot jelentős rugalmas alakváltozással kombinálhatják.
Olyan formában kaphatók hőre lágyuló poliuretán (TPU), öntött poliuretán elasztomerek, és hőre keményedő rendszerek.
A poliuretán elasztomerek különösen értékesek az ismétlődő mechanikai terhelésekkel járó alkalmazásokban, hatás, súrlódás, vagy horzsolás.
Kerekek, görgők, pecsétek, tömítések, perselyek, szállítószalag alkatrészei, és az ipari kopóalkatrészek gyakori példák.
Teljesítményük erősen függ a kemény szegmens tartalomtól és a molekuláris architektúrától.
A kemény szegmensek koncentrációjának növelése általában növeli a keménységet és a modulust, míg a megfelelő lágy szegmensű kémia fenntartja a rugalmasságot és a nyúlást.
Hőre lágyuló poliuretán (TPU)
A TPU a poliuretán hőre lágyuló formája, amely többszörösen lágyítható hevítéssel és feldolgozható hagyományos hőre lágyuló gyártási technológiákkal.
Ellentétben az erősen térhálósított, hőre keményedő poliuretánnal, A TPU elsősorban fizikai kölcsönhatásokra és szegmentált polimer morfológiára támaszkodik mechanikai tulajdonságainak elérése érdekében.
Ez alkalmassá teszi fröccsöntésre, ürítés, fújó öntvény, és egyéb folyamatos gyártási folyamatok.
A TPU széles keménységi tartományban formulázható, jellemzően a nagyon puha elasztomer minőségektől a viszonylag merev műszaki minőségekig.
A tipikus alkalmazások között szerepel:
- Kábelköpenyek és védőburkolatok
- Autóipari alkatrészek
- Ipari tömlők és csövek
- Tömítések és rugalmas csatlakozók
- Lábbeli alkatrészek
- Fogyasztói termékek házai és védőalkatrészei
Öntött poliuretán
Az öntött poliuretánt a reaktív komponensek összekeverésével és a készítmény formába öntésével állítják elő, ahol a polimerizáció és a térhálósodás megy végbe.
Ez az eljárás különösen hasznos nagyméretű vagy egyedi elasztomer alkatrészek gyártásához, amelyeket nehéz vagy gazdaságtalan lenne előállítani hagyományos hőre lágyuló eljárással..
Az öntött poliuretán a keménység különböző kombinációihoz állítható elő, rugalmasság, szakadásállóság, kopásállóság, és kémiai ellenállás.
Ipari görgők, kaparókengék, viseljen bélést, pecsétek, perselyek, és ütésálló alkatrészek tipikus alkalmazások.
Poliuretán bevonatok, Ragasztók, és tömítőanyagok
A poliuretánt széles körben használják funkcionális felületként vagy kötőanyagként is, nem pedig ömlesztett szerkezeti elemként.
Poliuretán bevonatok kopásállóságot biztosíthat, kémiai ellenállás, időjárásállóság, rugalmasság, és vonzó felületkezelés. Fémeken használják, műanyag, faipari, konkrét, és egyéb szubsztrátumok.
Poliuretán ragasztók erős kötéseket képezhetnek a különböző anyagok között, és az autóiparban használatosak, építés, cipő, bútor, és ipari összeszerelés.
Poliuretán tömítőanyagok kombinálja a tapadást a rugalmas deformációval, lehetővé teszi, hogy az illesztések alkalmazkodjanak a hőtágulás okozta mozgáshoz, rezgés, vagy mechanikus elmozdulás.
4. A poliuretán legfontosabb tulajdonságai
Poliuretán (PU) szokatlanul széles mechanikai skálájával tűnik ki, termikus, kémiai, és a fizikai tulajdonságok.
Ellentétben a fémekkel vagy sok hagyományos hőre lágyuló műanyaggal, A poliuretán egy olyan anyagcsalád, amelynek teljesítménye jelentősen módosítható a kiválasztásával izocianát típusú, poliol kémia, kemény szegmensű tartalom, keresztkötési sűrűség, adalékanyagok, sűrűség, és a sejtszerkezet.
Következésképpen, nincs egyetlen olyan mechanikai tulajdonságkészlet sem, amely az összes poliuretán terméket képviselné.
Rugalmas poliéter elasztomer, merev szigetelőhab, és a nagy keménységű öntött poliuretán kémiailag mind poliuretánnak minősíthető, miközben teljesen eltérő teljesítményjellemzőket mutat.
A következő értékeket ezért úgy kell kezelni reprezentatív műszaki tartományok vagy példák, nem pedig univerzális specifikációk.
A végső anyag kiválasztását mindig a gyártó által a vonatkozó ASTM szerint tesztelt adatlapon kell alapul venni, ISO, vagy EN szabvány.
Mechanikai tulajdonságok
| Ingatlan | Tipikus mérnöki tartomány / Példa | Főbb irányító tényezők |
| Sűrűség – szilárd elasztomer | ~1,1–1,3 g/cm³ | Polimer kémia, töltőanyagok |
| Sűrűség – merev PU hab | ~30-45 kg/m³ számos szigetelőanyaghoz | Fúvórendszer, megfogalmazása, sejtszerkezet |
| Szakítószilárdság | ~15–50+ MPa sok elasztomerhez | Keménység, molekuláris szerkezet, térhálósítás |
| Meghosszabbítás | ~300-700% sok rugalmas elasztomer esetében | Lágy szegmens kémia és térhálósodási sűrűség |
Keménység |
~45 A parttól 70 Part D+ | Kemény szegmensű tartalom, térhálósítás |
| Hővezető képesség – elasztomer | ~0,15–0,25 W/(m · k), fokozatfüggő | Sűrűség és összetétel |
| Hővezető képesség – merev hab | ~0,020–0,030 W/(m · k) | Sejtszerkezet, gáz, sűrűség, öregedés |
| Térfogat-ellenállás | Megfelelő minőségben elérheti a ~10¹³ Ω·cm-t | Formuláció, nedvesség, hőmérséklet |
| Hosszú távú üzemi hőmérséklet | Gyakori minőségek nagyjából –30 és +80°C között; szakirányú fokozatokkal magasabb | Polimer kémia és formulázás |
Kopás és kopásállóság
A poliuretán különösen jól ismert a kopásállóságáról.
A megfelelően összeállított poliuretán több hagyományos elasztomer teljesítményét is felülmúlhatja a csúszással járó alkalmazásokban, gördülő, hatás, vagy ismételt érintkezés.
Ez a tulajdonság vonzóvá teszi a poliuretánt ipari hengerek, szállítószalag alkatrészei, viseljen bélést, pecsétek, kerekek, perselyek, és bányászati berendezések alkatrészei.
Viszont, a kopásállóság nem minden poliuretán minőség univerzális tulajdonsága. Poliol kémia, keménység, keresztkötési sűrűség, hőmérséklet, ellenlap anyaga, kenés, és a kopási mechanizmus mind befolyásolhatja a tényleges élettartamot.
Rugalmasság és rugalmasság
A rugalmas, puha poliuretán szegmensek jelentős visszafordítható deformációt tesznek lehetővé. Ez sok poliuretán elasztomernek kiváló rugalmasságot és energia-visszatérítési jellemzőket biztosít.
A rugalmasság különösen fontos az ismétlődő összenyomásnak vagy ütközésnek kitett alkatrészeknél.
Például, A poliuretán kerekeknek és görgőknek terhelés hatására deformálódniuk kell, miközben elég gyorsan vissza kell állítaniuk alakjukat, hogy korlátozzák a maradandó deformációt és a hőképződést.
A rugalmasság és a hiszterézis közötti egyensúly ezért fontos szempont a dinamikus alkalmazásokban.
Kémiai ellenállás
A poliuretán általában jól ellenáll az olajoknak, zsírozás, üzemanyagok, és sok ipari vegyszer, bár a teljesítmény jelentősen eltér a készítmények között.
A poliéter alapú poliuretán gyakran jobb hidrolízisállóságot biztosít, míg a poliészter alapú rendszerek bizonyos mechanikai és kémiai környezetben előnyöket kínálhatnak.
A kémiai kompatibilitást ezért a specifikus vegyszer, koncentráció, hőmérséklet, kitettségi idő, és mechanikai terhelési állapot ahelyett, hogy egy általános kijelentésre hagyatkoznánk, miszerint a poliuretán vegyileg ellenálló.
Termikus tulajdonságok
A poliuretán használható hőmérsékleti tartománya erősen függ a kémiai és fizikai szerkezetétől.
Számos hagyományos poliuretán elasztomer hatékonyan működik széles, közepes hőmérsékleti tartományban, míg a speciális készítményeket emelt vagy alacsony hőmérsékletű kiszolgálásra tervezték.
Kellően magas hőmérsékleten, A polimerlánc mobilitása nő, a mechanikai tulajdonságok pedig csökkennek. Alacsony hőmérsékleten, egyes készítmények jelentősen merevebbé és kevésbé rugalmassá válnak.
A merev poliuretán habot alacsony hővezető képessége miatt is értékelik, ezért széles körben használják hőszigetelésre.
Víz- és hidrolízisállóság
A hidrolízis-ellenállás kültéren különösen fontos, tengeri, hidraulikus, és párás környezetben.
Poliéter alapú poliuretán általában jobban ellenáll a hidrolitikus lebomlásnak, mint a hagyományos poliészter alapú poliuretán.
Viszont, a poliészter poliuretán kiváló mechanikai és kopási tulajdonságokat biztosít megfelelő környezetben.
Hosszú távú vízterheléshez, Az anyag kiválasztásakor nemcsak magát a vizet, hanem a hőmérsékletet is figyelembe kell venni, pH, mikroorganizmusok, mechanikai feszültség, és az expozíció időtartama.
Elektromos tulajdonságok
Számos poliuretán készítmény hasznos elektromos szigetelési jellemzőket biztosít, beleértve a viszonylag nagy elektromos ellenállást és dielektromos szilárdságot.
Ezek a tulajdonságok olyan alkalmazásokat támogatnak, mint a kábelköpeny, elektromos tokozás, védő bevonatok, és elektronikus alkatrészek.
Azonban, Az elektromos teljesítmény a hőmérséklettel változhat, nedvesség, frekvencia, megfogalmazása, és töltőanyag tartalma.
5. Poliuretán keménység
A keménység a poliuretán egyik leggyakrabban meghatározott tulajdonsága, különösen az elasztomerekhez, görgők, kerekek, pecsétek, tömítések, védő bevonatok, és kopásálló alkatrészek.
Viszont, A poliuretán keménységet nem szabad egyszerűen az anyag teljes szilárdságának mértékeként értelmezni.
A poliuretán mérnöki munkában, A keménység elsősorban az anyag tulajdonságait írja le lokális deformációval szembeni ellenállás meghatározott benyomódási vizsgálati körülmények között.
Mit jelent a poliuretán keménysége??
Ha egy poliuretán felületre erőt fejtenek ki, az anyag a behúzás körül deformálódik.
A keményebb poliuretán a meghatározott vizsgálati körülmények között kisebb benyomódást mutat, míg a lágyabb minőség nagyobb helyi deformáción megy keresztül.
Mivel a poliuretán a nagyon puha elasztomerektől a merev mérnöki anyagokig terjedhet, különböző keménységi skálákat használnak a különböző keménységi tartományokhoz.
Rugalmas és elasztomer poliuretánhoz, a keménységet általában a Shore keménységi skála.
Shore A általában lágyabb vagy közepesen kemény poliuretánokhoz használják, míg Part D keményebb készítményekhez használják.
A kiválasztott skálát mindig a keménységi értékkel együtt kell jelenteni, mert, például, 80 A part és 80 A D part nagyon eltérő anyagi feltételeket képvisel.
Általános poliuretán keménységi tartományok
| Keménységi tartomány | Tipikus jellemzők | Tipikus teljesítmény | Reprezentatív alkalmazások |
| 20–40 Shore A | Nagyon puha és rendkívül rugalmas | Magas szintű megfelelés, alacsony modulus, kiváló csillapítás és rezgéselnyelés | Puha tömítések, tömítések, párnák, akusztikus csillapító alkatrészek |
| 40– 60 Shore A | Lágy és közepes keménységű | Jó rugalmasság, rugalmasság, és rugalmasság mérsékelt teherbírás mellett | Rugalmas kerekek, perselyek, rezgésszigetelők, lábbeli alkatrészek |
| 60–80 Shore A | Közepesen kemény elasztomer | A rugalmasság jó egyensúlya, teherbírási kapacitás, és kopásállóság | Hengerek, kerekek, perselyek, szállítószalag alkatrészei |
80–95 Shore A |
Kemény elasztomer | Magasabb merevség, terhelhetőség, és kopásállóság csökkentett rugalmassággal | Ipari görgők, nagy teherbírású kerekek, viseljen párnákat, nagy terhelésű alkatrészek |
| 50–80 Shore D | Nagyon kemény poliuretán | Nagy merevség és méretstabilitás, erős ütés- és kopásállósággal | Fogaskerék, bütykök, vezetőelemek, szerkezeti részek, kopásálló alkatrészek |
Ezek a tartományok reprezentatív, nem pedig egyetemes előírások.
A kereskedelemben kapható poliuretán készítmények túlmutathatnak ezeken a tartományokon, a keménység és a mechanikai teljesítmény közötti kapcsolat pedig a polimer kémiájától függ, keresztkötési sűrűség, töltőanyag tartalom, hőmérséklet, és vizsgálati módszer.
6. Poliuretán gyártási folyamatok
A poliuretán többféle feldolgozási technológiával is előállítható, és a megfelelő módszer a poliuretán kémiától függ, termék geometriája, szükséges keménység, sűrűség, termelési kötet, méreti tolerancia, és a végfelhasználói teljesítmény.
Reakciós fröccsöntés (RIM)
A reakciós fröccsöntés egy nagy termelékenységű eljárás, amelyben két vagy több folyékony poliuretán komponenst – jellemzően egy izocianátot és egy poliol készítményt – pontosan adagolnak., vegyes, és zárt formába fecskendezzük.
A kémiai reakció gyorsan végbemegy a penész belsejében, ahol az anyag kitölti az üreget, és ezt követően a kívánt alakra kikeményedik.
A RIM különösen alkalmas nagyméretű alkatrészekhez, mivel a reakciórendszer viszonylag alacsony viszkozitása lehetővé teszi az összetett formák viszonylag alacsony injektálási nyomással történő megtöltését.
Megerősítő anyagok vagy töltőanyagok is beépíthetők speciális készítményekbe a merevség javítása érdekében, dimenziós stabilitás, vagy ütésállóság.
Termékek:
A tipikus RIM termékek közé tartozik gépjármű karosszéria panelek, lökhárítók, spoilerek, berendezések házai, szerkezeti burkolatok, ipari burkolatok, és nagy, könnyű öntött alkatrészek.
Öntött poliuretán
Az öntött poliuretánt a reaktív poliuretán komponensek összekeverésével állítják elő, és a folyékony keveréket egy előkészített formába öntik..
Az anyag ezután szobahőmérsékleten vagy szabályozott fűtés mellett kikeményedik, a készítménytől függően.
Ez az eljárás jelentős rugalmasságot biztosít az anyagösszetételben.
A gyártók beállíthatják a keménységet, rugalmasság, szakadásállóság, kopásállóság, csillapítási jellemzők, és vegyszerállóság a megfelelő poliolok kiválasztásával, izocianátok, lánchosszabbítók, katalizátorok, és adalékanyagok.
Az öntött poliuretán különösen értékes az igénylő termékek esetében nagy kopásállóság, ütközési abszorpció, rugalmasság, vagy testreszabott keménység.
A gáztalanítás elvégezhető öntés előtt, hogy minimalizáljuk a beszorult levegőt és a belső üregeket, különösen a precíziós alkatrészekhez.
Termékek:
A gyakori termékek közé tartozik ipari hengerek, kerekek, perselyek, pecsétek, tömítések, viseljen párnákat, kaparókengék, rezgésszigetelők, lengéscsillapítók, bányászati alkatrészek, és egyedi poliuretán bélések.
Kompressziós öntvény
A préselésnél mért mennyiségű poliuretán anyagot helyeznek egy fűtött formaüregbe.
Ezután a formát lezárjuk, és nyomást alkalmazunk, lehetővé téve az anyag áramlását, illeszkedjen az üreghez, és szabályozott hőmérsékleten és nyomáson térhálósodik.
Az eljárást általában hőre keményedő poliuretán rendszerek és elasztomer vegyületek esetében alkalmazzák.
A penész hőmérsékletének megfelelő szabályozása, nyomás, curing time, and material charge is essential because insufficient curing can reduce mechanical performance, while excessive temperature or curing time can affect the material’s final properties.
Compression molding is particularly effective for relatively simple or moderately complex geometries and can provide good dimensional consistency in medium- nagy volumenű előállításhoz.
Termékek:
A tipikus termékek közé tartozik lezáró gyűrűk, tömítések, pads, lökhárítók, vibration-damping components, tányérokat visel, protective covers, and molded polyurethane elastomer parts.
Hőre lágyuló poliuretán fröccsöntése (TPU)
Thermoplastic polyurethane can be processed using conventional thermoplastic fröccsöntés felszerelés.
Unlike thermosetting polyurethane, TPU can be repeatedly softened by heating and solidified by cooling, allowing it to be melted and injected into a mold without a permanent chemical crosslinking reaction.
During processing, precise control of olvadás hőmérséklete, befecskendezési nyomás, penész hőmérséklet, drying conditions, és a hűtési sebesség fontos.
TPU is hygroscopic to varying degrees, és a pelletekben lévő túlzott nedvesség hidrolitikus lebomlást okozhat, felszíni hibák, buborékok, vagy csökkent mechanikai tulajdonságok. A megfelelő előszárítás ezért fontos része a TPU fröccsöntésnek.
Termékek:
A TPU fröccsöntést széles körben használják védőtokok, rugalmas csatlakozók, pecsétek, kábel alkatrészek, kerekek, markolatokat, fogyasztói termék összetevői, autóalkatrészek, orvosi alkatrészek, és kopásálló ipari alkatrészek.
Ürítés
A poliuretán extrudálást elsősorban folyamatos profilok előállítására használják, csövek, filmek, ágynemű, és egyéb állandó keresztmetszeti geometriájú termékek.
A hőre lágyuló poliuretán pelleteket extruderben hevítik és lágyítják, mielőtt folyamatosan átnyomják őket egy speciálisan kialakított szerszámon..
Az extrudálási folyamat gondos ellenőrzést igényel hordó hőmérséklete, csavar sebessége, szerszám hőmérséklete, extrudálási sebesség, hűtési feltételek, és anyagnedvesség.
A szerszám kialakítása különösen fontos, mert a poliuretán viszkoelasztikus viselkedése befolyásolhatja a méretstabilitást és a szerszám duzzadását.
Termékek:
A tipikus extrudált termékek közé tartozik TPU cső, tömlők, pecsétek, tömítések, csíkok, filmek, profilok, kábelköpenyek, védőhüvelyek, és rugalmas membránok.
Reakciós öntés és centrifugális öntés
Bizonyos nagyméretű vagy forgásszimmetrikus poliuretán alkatrészekhez, reakcióöntés és centrifugális öntés használható.
Reakcióöntésben, a reaktív poliuretán komponenseket egy formába helyezik, és hagyják polimerizálni és in situ kikeményedni.
Centrifugális casting forgóerőt használ a reaktív anyag eloszlatására a forma falán, viszonylag egységes cső- vagy gyűrű alakú alkatrészt állítanak elő.
Ezek az eljárások különösen akkor hasznosak, ha a hagyományos öntéshez drága szerszámokra lenne szükség, vagy ha az alkatrész nagy átmérőjű és viszonylag egyszerű forgási geometriával rendelkezik..
Termékek:
Az alkalmazások tartalmazzák nagy poliuretán görgők, ujjú, csövek, gyűrű, bélés, csőbevonatok, és speciális kopásálló hengeres alkatrészek.
Habosítás és habformázás
A poliuretán habokat úgy állítják elő, hogy a reaktív poliuretán komponenseket olyan fúvórendszerrel kombinálják, amely a polimerizáció során sejtes szerkezetet hoz létre.
A készítménytől függően, a fúvómechanizmus kémiai habosítószereket tartalmazhat, mint például a víz izocianáttal reagálva szén-dioxidot termel, vagy fizikai habosítószerek.
A készítmény határozza meg, hogy a kapott hab az rugalmas, félmerev, vagy merev.
Sejtméret, sűrűség, nyitott- vagy zártcellás szerkezet, és a méretstabilitást a poliolok egyensúlya szabályozza, izocianátok, katalizátorok, felületaktív anyagok, habosítószerek, és feldolgozási feltételek.
Termékek:
A hajlékony poliuretán habot általában használják ülőpárnák, matracok, akusztikus anyagok, és az autóipari belső terek,
míg a merev PU és PIR habokat széles körben használják épületszigetelő panelek, hűtő szigetelés, hőszigetelő rendszerek, és energiatakarékos berendezések.
Poliuretán CNC megmunkálása
CNC megmunkálás nem elsődleges polimerizációs eljárás, de a poliuretán alkatrészek fontos másodlagos gyártási módszere.
Poliuretán blokk, lemez, rúd, vagy előreöntött nyersdarab CNC esztergálással megmunkálható, őrlés, fúrás, és egyéb műveletek a pontos méretek és összetett geometriák eléréséhez.
Mivel a poliuretán rugalmas és deformálódhat a vágási erők hatására, A megmunkálási paramétereket az anyag keménységének és rugalmasságának megfelelően kell kiválasztani.
Túl nagy vágóerő, hőtermelés, vagy a szerszám elhajlása méretpontatlanságot vagy rossz felületminőséget eredményezhet. Az éles vágószerszámok és a megfelelő munkafogás különösen fontosak a puha minőségeknél.
Termékek:
A CNC megmunkálást általában használják precíziós poliuretán tömítések, egyedi perselyek, kopó alkatrészek, görgők, prototípusok, mérnöki alkatrészek, cserealkatrészek, és kis mennyiségben testreszabott termékek.
7. A poliuretán alkalmazásai
A poliuretán kivételes sokoldalúsága lehetővé teszi, hogy szerkezeti anyagként szolgáljon, elasztomer, bevonat, ragasztóanyag, tömítőanyag, hab, és szigetelőanyag.
Alkalmazásai ezért a fogyasztói termékektől az igényes ipari berendezésekig terjednek.
Autóipar
A tipikus alkalmazások közé tartoznak az ülőpárnák, fejtámlák, felfüggesztés perselyek, motortartók, pecsétek, kormányelemek, belső kárpitozás, műszerfal alkatrészek, védő bevonatok, és hangszigetelés.
Ipari görgők és kerekek
A poliuretán hengereket széles körben használják:
- Szállítószalagos rendszerek
- Anyagmozgató berendezések
- Nyomdagépek
- Csomagológépek
- Textilipari gépek
- Targonca kerekei
- Vezető görgők
- Meghajtó kerekek
Pecsétek, Tömítések, és Perselyek
A poliuretán a rugalmasság kombinációja, szakadásállóság, és kopásállósága alkalmassá teszi dinamikus tömítési alkalmazásokhoz.
A PU tömítéseket és a hidraulikus alkatrészeket általában ott használják, ahol az anyag tapasztalható ismételt csúsztatás, nyomás, és mechanikai deformáció.
A perselyek és a csillapító elemek a poliuretán rezgéselnyelő képességéből is profitálnak, miközben megtartják a szerkezeti integritást.
Bányászat és nehézgépek
A bányászati és építőipari berendezések a polimer alkatrészeket erős kopásnak teszik ki, hatás, por, nedvesség, és mechanikai terhelés.
Ezért poliuretánt használnak viseljen bélést, képernyő panelek, csúszdabélések, kaparókengék, görgők, hidraulikus tömítések, és védőelemek.
Abrazív környezetben, a megfelelően összeállított poliuretán komponens jelentősen csökkentheti a karbantartási gyakoriságot a kevésbé kopásálló elasztomerekhez képest.
Építőanyagok Építőanyagok
A poliuretán fontos szerepet játszik a modern épületrendszerekben.
A merev poliuretán és poliizocianurát habok alacsony hővezető képességet biztosítanak, és széles körben használják szigetelt panelek, hűtőrendszerek, épületburkolatok, tetők, falak, és csőszigetelés.
Poliuretán tömítőanyagokat és bevonatokat is használnak hézagtömítés, vízszigetelés, padló, védő bevonatok, és betonvédelem.
Elektromos és elektronikai termékek
A PU anyagok elektromos szigetelést, rugalmasságot és környezetvédelmet biztosítanak.
Arra használják őket kábelköpenyek, virágcserepek, kapszulázó anyagok, csatlakozók, védő bevonatok, és rezgéscsillapító alkatrészek.
A készítmények úgy tervezhetők, hogy a dielektromos tulajdonságok meghatározott kombinációit biztosítsák, nedvességállóság, rugalmasság, és lángállóság.
Lábbeli és fogyasztási cikkek
A rugalmas poliuretánt és a TPU-t széles körben használják fogyasztói termékekben, mivel a kényelem kedvező kombinációját kínálják, rugalmasság, tartósság, és a tervezési rugalmasság.
Az alkalmazások tartalmazzák cipőtalp, sportcipő alkatrészek, védőtokok, markolatokat, kerekek, sportcikkek, poggyász alkatrészek, és rugalmas fogyasztói termék alkatrészek.
8. A poliuretán előnyei
- Páratlan teljesítmény hangolhatóság - keménység, A sűrűség és a mechanikai tulajdonságok rendkívül széles tartományban pontosan megtervezhetők egyetlen kémiai alapból.
- Kivételes kopás- és kopásállóság — a poliuretán elasztomerek rutinszerűen 3–10-szeresét biztosítják a gumialternatívák élettartamának a nagy kopásálló alkalmazásokban.
- Kiváló hőszigetelés — a merev PU hab a kereskedelemben kapható legtermészetesebb szerves szigetelőanyag, az épület energiafogyasztásának csökkentése 30-50%-kal.
- Széles feldolgozási alkalmazkodóképesség — habosítással előállítható, öntvény, permetezés, fröccsöntés, extrudálási és in situ alkalmazási módszerek.
- Univerzális hordozó tapadás — a bevonatok és ragasztók erősen tapadnak a fémhez, faipari, konkrét, üveg és a legtöbb műanyag.
- Kiváló rezgéscsillapítás — A rugalmas habok és elasztomerek hatékonyan elnyelik az ütéseket és a zajt, nélkülözhetetlenné téve őket az autóipari és ipari NVH szabályozáshoz.
- Tervezési szabadság — A folyékony feldolgozás lehetővé teszi a nagy mennyiségek előállítását, összetett, olyan integrált alkatrészek, amelyek gumival vagy merev műanyaggal lehetetlenek lennének.
9. A poliuretán korlátozásai
- Mérsékelt hőállóság — a szabványos minőségek 80–120°C közötti folyamatos üzemi határértékkel rendelkeznek. Az e tartomány feletti hosszú távú expozíció termikus degradációt és tartós tulajdonságvesztést okoz.
- Hidrolízis érzékenység — a poliészter alapú poliuretánok hosszan tartó melegben fokozatosan lebomlanak, párás környezetben. A poliéter minőségek jobban teljesítenek, de vannak korlátai.
- Az aromás minőségek UV lebomlása — szabványos aromás poliuretán sárga és kréta hosszan tartó UV-sugárzás mellett. Az alifás minőségek ezt megoldják, de lényegesen magasabb költségekkel.
- Nyersanyag kezeléssel kapcsolatos veszélyek — az el nem reagált izocianát monomerek légúti irritációt okoznak, és megfelelő szellőzést és PPE-t igényelnek a feldolgozás során. A teljesen kikeményedett termékek normál végfelhasználásra biztonságosak.
- Gyúlékonyság — a módosítatlan poliuretán éghető, és égés közben mérgező füstöket bocsáthat ki. Épület- és szállítási alkalmazásokhoz égésgátló készítmények szükségesek.
- Újrahasznosítási kihívások — a térhálósított hőre keményedő poliuretán nem olvasztható újra, ami megnehezíti a mechanikai újrahasznosítást. A vegyi újrahasznosítási technológiák kialakulóban vannak, de még nem érhetők el általánosan.
10. Környezetvédelmi és fenntarthatósági szempontok
| Vonatkozás | Értékelés |
| Megújuló erőforrások | A bioalapú poliolok egyre inkább elérhetők, növényi olajokból vagy növényi forrásokból származik. |
| Újrahasznosítás | Hőre lágyuló poliuretánok (TPU) újrahasznosíthatók; hőre keményedő (merev habok, sok elasztomer) nem. |
| Energiafogyasztás | A poliuretán petrolkémiai anyagokból történő előállítása energiaigényes. |
| Életciklus értékelés | A készítménytől és az alkalmazástól függ; szigetelés (merev hab) jelentős energiamegtakarítást eredményezhet. |
| Az élet vége | A habhulladékot nehéz újrahasznosítani; az égetés általános ártalmatlanítási mód. |
| Egészség és biztonság | Az izocianátok mérgezőek; A megfelelő szellőzés és a PPE elengedhetetlen a kezelés során. |
| Biológiai lebonthatóság | A hagyományos poliuretán biológiailag nem lebomlik. |
11. Poliuretán vs. Gumi és hagyományos műanyagok
A poliuretán megkülönböztető helyet foglal el az elasztomerek és a műszaki műanyagok között.
A következő összehasonlítás rávilágít a főbb különbségekre a poliuretán és számos általánosan használt anyag között.
| Ingatlan | Poliuretán | Természetes gumi | Polietilén (PE) | Nejlon |
| Anyagtípus | Sokoldalú polimer; elasztomerként kapható, hőre lágyuló, hőre keményedő, és hab | Természetes elasztomer | Hőre lágyuló | Mérnöki hőre lágyuló műanyag |
| Tipikus keménység | Hozzávetőlegesen 20 A parttól ig 70+ Part D, összetételtől függően | Körülbelül 20–90 Shore A | Jellemzően Shore D tartomány merev fokozatokhoz | Tipikusan Rockwell vagy Shore D; általában merev |
| Szakítószilárdság | A szokásos elasztomer minőségek körülbelül 20–60 MPa; összetételfüggő | Körülbelül 15–30 MPa számos kereskedelmi minőséghez | Körülbelül 10-40 MPa, fokozatfüggő | Körülbelül 50–100 MPa számos mérnöki fokozathoz |
| Meghosszabbítás a szünetben | Általában 200–700% elasztomer minőségeknél | Általában 400-800% | Jellemzően 100-1000% fokozattól függően | Általában sokkal alacsonyabb, mint az elasztomer poliuretán |
| Kopásállóság | Kiváló; a poliuretán egyik fő előnye | Jó és kiváló | Mérsékeltől jó | Jó |
| Könny -ellenállás | Nagyon jótól kiválóig | Kiváló | Mérsékelt | Jó |
| Elasztikus helyreállítás | Kiváló a megfelelően összeállított elasztomerekben | Kiváló | Általában alacsonyabb, mint az elasztomerek | Viszonylag korlátozott |
Ütköző ellenállás |
Nagyon jó; továbbra is rendkívül hatékony számos igényes alkalmazásban | Kiváló | Jó, különösen az ütésálló PE minőségekben | Jó és kiváló |
| Olaj- és zsírállóság | Általában nagyon jó, különösen megfelelő poliészterrel- vagy poliéter alapú készítmények | Viszonylag szegény; az olajok duzzanatot és károsodást okozhatnak | Általában jó sok vegyszer ellen, de az oldószerállóság változó | Jó, bár bizonyos vegyszerek és nedvesség befolyásolhatja a teljesítményt |
| Kémiai ellenállás | Kémiától függően jótól kiválóig; A poliészter és a PU poliéter eltérően viselkedik | Olajjal szemben korlátozott, üzemanyagok, ózon, és néhány vegyszer | Kiváló ellenállás számos savval szemben, lúg, és vizes vegyszerek | Jó ellenállás számos szénhidrogénnel és olajjal szemben, de érzékeny bizonyos savakra és nedvességre |
| Nedvességállóság | Formulációfüggő; A poliéter PU általában jobban teljesít párás környezetben | Számos alkalmazásban jó, de érzékeny a környezeti öregedésre | Nagyon jó | A nedvességfelvétel jelentős lehet, és befolyásolhatja a méreteket és a mechanikai tulajdonságokat |
Időjárás / UV-állóság |
Jótól kiválóig megfelelő stabilizálással; Az alifás PU különösen erős UV-állóságot biztosít | Korlátozott; Az ózon és az UV felgyorsíthatja a degradációt | Általában jó, különösen UV stabilizátorokkal | Mérsékelt; A kültéri használathoz UV-stabilizátorokra lehet szükség |
| Hőmérsékleti ellenállás | Széles választék, de erősen összetételfüggő; sok minőség 0 m alatti hőmérséklettől körülbelül 80–120 °C-ig működik folyamatosan | Általában körülbelül -50 és 80°C között hatásos, vegyülettől függően | Széles választék; fokozatfüggő | Általában magasabb a folyamatos használati hőmérséklet, mint az elasztomer PU |
| Rugalmasság alacsony hőmérsékleten | Jótól kitűnőig a megfelelően megfogalmazott osztályzatokhoz | Kiváló | Alkalmas alacsony hőmérsékletű osztályokhoz | Általában alacsonyabb, mint a rugalmas poliuretán és gumi |
| Vízfelszívás | Általában alacsony, de jelentősen változik a kémiától és a sejtszerkezettől függően | Alacsony vagy mérsékelt | Nagyon alacsony | Viszonylag magas a PU-hoz és PE-hez képest |
| Teherbíró képesség | Kiválóan alkalmas elasztomerekhez; a nagy teljesítményű minőségek jelentős nyomó- és dinamikus terhelésnek is ellenállnak | Jó, de a hosszú távú deformáció jelentős lehet | Jó szerkezeti hőre lágyuló alkalmazásokhoz | Kiváló merev mérnöki alkatrészekhez |
Fáradtság ellenállás |
Kiváló számos dinamikus alkalmazásban | Kiváló megfelelő ciklikus terhelés mellett | Jó | Jó |
| Feldolgozási módszerek | Öntvény, reakció fröccsöntés, fröccsöntés, ürítés, kompressziós öntvény, habzó, megmunkálás | Latex feldolgozás, öntvény, ürítés, vulkanizálás | Fröccsöntés, ürítés, fújó öntvény, forgó öntés | Fröccsöntés, ürítés, megmunkálás |
| Tipikus alkalmazások | Kerekek, görgők, pecsétek, perselyek, tömítések, rezgésszigetelők, bevonatok, övek, habzik, fogaskerék | Gumiabroncsok, pecsétek, kesztyű, vibrációs tartók, tömlők, rugalmas alkatrészek | Csomagolás, csövek, konténerek, bélés, filmek, szerkezeti műanyag alkatrészek | Fogaskerék, csapágyak, perselyek, szerkezeti alkatrészek, elektromos alkatrészek |
| Fő előny | Kivételes kombinációja kopásállóság, rugalmasság, szívósság, terhelhetőség, és a tervezési rugalmasság | Kiváló rugalmasság, fáradtság ellenállás, és a rugalmasság | Olcsó költség, kémiai ellenállás, alacsony nedvességfelvétel | Nagy szilárdság, merevség, dimenziós stabilitás, és hőmérsékleti képesség |
| Fő korlátozás | A tulajdonságok a készítménytől függően jelentősen eltérnek; egyes fajták érzékenyek a hidrolízisre, melegít, vagy UV -expozíció | Rossz ellenállás az olajokkal szemben, ózon, és néhány vegyszer | Alacsonyabb hőmérséklet és mechanikai teljesítmény, mint sok mérnöki polimernél | A nedvességfelvétel és bizonyos vegyi anyagokra való érzékenység befolyásolhatja a teljesítményt |
12. Következtetés
A poliuretán egyedülálló helyet foglal el az anyagok világában, mint a manapság leginkább formatervezési szempontból rugalmas polimer platform.
Mikrofázisban elválasztott molekulaszerkezete lehetővé teszi a teljesítmény hangolását a teljes spektrumban a lágy habtól a merev műszaki műanyagig, kritikus funkciók támogatása szinte minden ipari szektorban.
Semmilyen más anyagcsalád nem szolgálhat egyidejűleg párnázásként, szigetelés, szerkezeti elem és védőbevonat azonos hatékonysággal.
Mint az energiahatékonyság iránti globális kereslet, könnyű és fejlett anyagok nőnek, A poliuretán továbbra is az ipari alapanyag marad – kőolaj-alapú eredetétől a fenntarthatóbb felé haladva, a körkörös gazdaság jövőjét, miközben megtartja azt a rendkívüli sokoldalúságot, amely nélkülözhetetlenné tette a modern gyártás és építőipar számára.
GYIK
Poliuretán műanyag vagy gumi?
A poliuretán a gumi és a műanyag közé tartozik. A puha poliuretán elasztomerek a gumihoz hasonlóan viselkednek, míg a kemény poliuretán minőségek megközelítik a műszaki műanyag teljesítményt.
Ellentétben az igazi gumival, nem térhálósodik vulkanizálással; ellentétben az igazi műanyaggal, keménységi tartományának nagy részében rendkívül rugalmas. Legpontosabban az elasztomer polimerek közé sorolható.
A poliuretán gyúlékony?
Egyes készítmények gyúlékonyak. Égésgátló anyagokat általában a tűzállóságot igénylő alkalmazásokhoz adnak hozzá.
Kemény poliuretán hab, épületek szigetelésére használják, szigorú tűzbiztonsági előírásoknak kell megfelelniük.
Mi a különbség a poliéter és a poliészter poliuretán között??
A poliéter-poliuretán jobb hidrolízisállósággal rendelkezik, mikrobiális rezisztencia, és alacsony hőmérsékletű rugalmasság.
A poliészter poliuretán nagyobb szakítószilárdságú, könny, és kopásálló, de érzékeny a hidrolízisre és a mikrobiális támadásra.
Mi az a TPU?
A TPU a Thermoplastic Polyuretán rövidítése. Ez egyfajta poliuretán, amely a hagyományos műanyagokhoz hasonlóan feldolgozható (fröccsöntés, ürítés) és újrahasznosítható.
Tömlőkben használják, csövek, filmek, cipő, és számos ipari alkalmazás.
Hogyan készül a poliuretán hab?
A poliuretán habot úgy állítják elő, hogy izocianátot poliollal reagáltatnak habosítószer jelenlétében (jellemzően víz), katalizátorok, és felületaktív anyagok.
A reakció során CO₂ gáz képződik, amely a polimert habbá expandálja.
