полиуретан, обично скраћено као ПУ или ПУР, је разноврсна класа полимера насталих реакцијом једињења која садрже изоцијанатне групе са полиолима или другим молекулима који садрже активне водоничне групе.
За разлику од многих конвенционалних пластичних маса које су повезане са релативно уским спектром својстава, полиуретан се може конструисати у изузетно широком спектру - од меког, флексибилне пене и еластомери до крутих структурних пена, превлаке, лепкови, заптивне масе, и тешке инжењерске компоненте.
Ова свестраност долази првенствено од полиуретана сегментирана молекуларна структура и могућност модификације његове хемије, густина умрежености, ћелијска структура, и услове обраде.
Избором различитих полиола, изоцијаната, продужавачи ланца, катализатори, средства за дување, и адитиви, произвођачи могу да кроје полиуретан према захтевима као што је амортизација, Отпорност на абразију, топлотна изолација, хемијска отпорност, флексибилност, апсорпција утицаја, и димензионална стабилност.
Овај чланак испитује шта је полиуретан из оба а перспектива науке о материјалима и производње, укључујући и његову хемијску структуру, главне врсте, својства, Методе производње, предности, ограничења, и инжењерске примене.
1. Шта је полиуретан?
Полиуретан је полимер који садржи значајан број уретанске везе, типично представљена хемијском структуром:
–НХ–ЦО–О–
Ове уретанске групе се обично стварају реакцијом између изоцијанатних група (–НЦО) и хидроксилну групу (–ОХ):
Р–НЦО + Р′–ОХ → Р–НХ–ЦО–О–Р′
Ова реакција је основна хемија која стоји иза производње полиуретана.
Међутим, комерцијални полиуретански материјали ретко се састоје само од једноставних уретанских јединица које се понављају.
Њихове молекуларне структуре такође могу да садрже етар, естар, уреа, карбонат, ароматичне, алифатски, или друге функционалне групе, у зависности од изабраних сировина.
Због тога два производа описана као „полиуретан” могу имати драматично различита својства.
На пример, флексибилна полиуретанска пена која се користи у намештају може бити мекана и веома еластична, док полиуретански еластомер који се користи за индустријске ваљке може имати високу тврдоћу, затезна чврстоћа, и отпорност на абразију.
Чврста полиуретанска пена која се користи у расхладној опреми, у међувремену, првенствено је пројектован за ниску топлотну проводљивост и стабилност димензија.
Термореактивни и термопластични полиуретани
Полиуретански материјали се могу широко поделити према њиховој молекуларној архитектури и понашању у процесу обраде.
Термореактивни полиуретан развија трајно умрежену мрежу током очвршћавања.
Једном довољно излечен, не може се једноставно истопити и преобликовати без изазивања хемијске деградације.
Многи ливени еластомери, превлаке, лепкови, а крути полиуретански системи спадају у ову категорију.
Термопластични полиуретан (ТПУ) садржи претежно линеарне или физички повезане полимерне структуре и може се омекшати загревањем и више пута обрађивати унутар свог прозора за термичку обраду.
ТПУ комбинује многе карактеристике еластомера са термопластичним методама обраде као што су бризгање и екструзија.
Разлика је важна јер директно утиче на производњу, Рециклирање, поправљивост, и перформансе крајње употребе.
Главне карактеристике полиуретана
Иако се формулације полиуретана знатно разликују, многи полиуретански материјали показују корисну комбинацију механичких и хемијских својстава.
Типичне карактеристике укључују:
- Висока отпорност на хабање и хабање
- Добра еластичност и отпорност
- Подесива тврдоћа
- Добра отпорност на ударце
- Добра отпорност на уља и многе хемикалије
- Одлична адхезија на многе подлоге
- Добар отпор умор
- Широка флексибилност обраде
- Добра топлотна изолација у ћелијским облицима
- Способност производње и флексибилних и крутих структура
Тачне перформансе у великој мери зависе од формулације.
На пример, полиуретан је често веома отпоран на хабање, али отпорност на хидролизу, УВ зрачење, топлота, или специфичне хемикалије значајно варирају између различитих хемија полиуретана.
Стога, Избор материјала увек треба да се заснива на специфична формулација полиуретана и радно окружење, а не на генеричком термину „ПУ“.
2. Хемијски састав и молекуларна структура полиуретана
полиуретан (ПУ) није једно хемијско једињење, већ широка породица полимера чија својства се могу прилагодити одабиром и пропорцијом различитих хемијских градивних блокова.
Основна полиуретанска реакција се јавља између изоцијанатне групе (–НЦО) и хидроксилне групе (–ОХ), производећи уретанске везе.
Променом молекуларне структуре, функционалност, молекулска тежина, и однос реактаната, произвођачи могу да производе материјале у распону од флексибилних пена и еластомера до крутих пена, превлаке, лепкови, и инжењерске компоненте високе чврстоће.
Основни хемијски грађевински блокови
Две главне породице реактаната су изоцијанати и полиоли.
Остале компоненте, укључујући продужне ланце, цросслинкерс, катализатори, средства за дување, сурфактанти, и адитиви за перформансе, уводе се када специфичне механичке, термички, прерада, или су потребне карактеристике животне средине.
| Цомпонент Цатегори | Примарна функција | Уобичајени примери |
| изоцијанати | Обезбедите реактивне –НЦО групе и допринесите тешким сегментима, снага, крутост, и хемијску отпорност | МДИ, ТДИ, ХДИ, ИПДИ |
| Полиоли | Формирајте меке сегменте и снажно утичу на флексибилност, еластичност, отпорност на хидролизу, и понашање на ниским температурама | Полиетар полиоли, полиестер полиоли, поликарбонатни полиоли |
| Цхаин Ектендерс | Повећајте садржај тврдих сегмената и регулишите молекулску тежину, тврдоћа, затезна чврстоћа, и фазну структуру | 1,4-Бутанедиол (БДО), етилен гликол, диаминес |
| Цросслинкерс | Увести тродимензионалне мрежне структуре и повећати ригидност, Димензионална стабилност, и отпорност на топлоту | Триметилолпропан (ТМП), мултифункционални полиоли |
Катализатори |
Контролишите брзину реакције и утичете на равнотежу између конкурентских полиуретанских реакција | Терцијарни амини, органометални катализатори |
| Бловинг Агентс | Генеришу гас и стварају ћелијску структуру полиуретанске пене | Водити воду, пентан, Цо₂, одабрана физичка средства за напухавање |
| Сурфактанти | Стабилизирајте пену у развоју и контролишите величину ћелије, униформност, и морфологија | Сурфактанти на бази силикона |
| Адитиви | Измените специфичне карактеристике перформанси као што је отпорност на пламен, УВ стабилност, боја, отпорност на оксидацију, или понашање обраде | Успоривачи пламена, УВ стабилизатори, антиоксиданси, пигменти |
3. Главне врсте полиуретана
Полиуретан је вишенаменска породица полимера него један материјал са фиксним својствима.
Променом изоцијаната, полиол, продужни ланац, густина умрежености, систем дувања, и услове обраде, произвођачи могу да производе полиуретанске материјале у распону од меких и високо флексибилних пена до крутих структурних полимера и еластомера високих перформанси.
Флексибилна полиуретанска пена
Флексибилну полиуретанску пену карактерише структура отворених ћелија, релативно мале густине, и висока отпорност.
Произведен је комбиновањем полиола и изоцијаната са агенсима за дување и другим адитивима под контролисаним условима пене..
Његова међусобно повезана ћелијска структура омогућава материјалу да се више пута компресује и опоравља.
Густина пене, величина ћелије, тврдоћа, отпорност, а скуп компресије се може подесити кроз формулацију и обраду.
Типичне апликације укључују:
- Јастучићи за намештај и душеке
- Аутомобилска седишта и унутрашње компоненте
- Производи за контролу акустике и вибрација
- Амбалажа и заштитни материјали
- Флексибилне заптивке и елементи јастука
За апликације за амортизацију, густина, тврдоћа удубљења, отпорност, и компресијски сет често су важније од саме затезне чврстоће.
Чврста полиуретанска пена
Чврста полиуретанска пена има претежно затворену ћелијску структуру и дизајнирана је за високу крутост, Димензионална стабилност, и топлотну изолацију.
Његова ниска топлотна проводљивост је првенствено резултат ћелијске структуре и гаса садржаног у ћелијама.
У зависности од формулације и процеса производње, крути системи засновани на ПУ и ПИР-у могу пружити одличне перформансе изолације при релативно малој густини.
Уобичајене примене укључују изолацију зграда, расхладна опрема, панели за хлађење, изоловане цеви, и изолацију уређаја.
Типична формулација круте пене мора истовремено да уравнотежи неколико својстава:
| Имовина | Важност |
| Густина | Утиче на снагу, Димензионална стабилност, и термичке перформансе |
| Садржај затворених ћелија | Важно за изолацију и отпорност на влагу |
| Снага притиска | Одређује носивост |
| Топлотна проводљивост | Критично за апликације енергетске ефикасности |
| Димензионална стабилност | Контролише дугорочне перформансе под температурним променама |
| Перформансе запаљивости | Важно за примену у грађевинарству и транспорту |
Полиуретански еластомери
Полиуретански еластомери заузимају важну позицију између конвенционалне гуме и круте инжењерске пластике.
Могу комбиновати релативно високу затезну чврстоћу и отпорност на хабање са значајном еластичном деформацијом.
Доступни су као термопластични полиуретан (ТПУ), ливени полиуретански еластомери, и термореактивни системи.
Полиуретански еластомери су посебно цењени за апликације које укључују поновљено механичко оптерећење, утицај, трење, или абразије.
Точкови, ваљци, печат, заптивачи, чашица, Компоненте за транспортне траке, а индустријски хабајући делови су уобичајени примери.
Њихове перформансе снажно зависе од садржаја тврдог сегмента и молекуларне архитектуре.
Повећање концентрације тврдих сегмената генерално повећава тврдоћу и модул, док одговарајућа хемија меког сегмента одржава еластичност и издужење.
Термопластични полиуретан (ТПУ)
ТПУ је термопластични облик полиуретана који се може више пута омекшати загревањем и обрађивати коришћењем конвенционалних термопластичних производних технологија.
За разлику од високо умреженог термосет полиуретана, ТПУ се првенствено ослања на физичке интеракције и сегментирану морфологију полимера да би постигао своје механичке особине.
То га чини погодним за бризгање, екструзија, калупање, и други континуирани производни процеси.
ТПУ се може формулисати у широком опсегу тврдоће, типично од веома меких еластомерних до релативно крутих инжењерских квалитета.
Типичне апликације укључују:
- Омоти каблова и заштитни омотачи
- Аутомобилске компоненте
- Индустријска црева и цеви
- Заптивке и флексибилни конектори
- Компоненте обуће
- Кућишта и заштитни делови потрошачких производа
Ливени полиуретан
Ливени полиуретан се производи мешањем реактивних компоненти и сипањем формулације у калуп, где се одвија полимеризација и очвршћавање.
Овај процес је посебно користан за производњу великих или прилагођених еластомерних компоненти које би било тешко или неекономично произвести конвенционалном прерадом термопласта.
Ливени полиуретан се може формулисати за различите комбинације тврдоће, еластичност, отпорност на кидање, Отпорност на абразију, и хемијску отпорност.
Индустријски ваљци, оштрице стругача, носе облоге, печат, чашица, а компоненте отпорне на ударце су типичне примене.
Полиуретански премази, Адхесивес, и заптивачи
Полиуретан се такође широко користи као функционална површина или везивни материјал, а не као масивна структурна компонента.
Полиуретански премази може пружити отпорност на хабање, хемијска отпорност, временске прилике, флексибилност, и атрактивне површинске обраде. Користе се на металима, пластика, дрва, бетон, и друге подлоге.
Полиуретански лепкови могу да формирају јаке везе између различитих материјала и користе се у аутомобилској индустрији, конструкција, обућа, намештај, и индустријска монтажа.
Полиуретански заптивачи комбинују адхезију са еластичном деформацијом, омогућавајући зглобовима да прилагоде кретање изазвано термичким ширењем, вибрација, или механичко померање.
4. Кључна својства полиуретана
полиуретан (ПУ) одликује се необично широким спектром механичких, термички, хемијски, и физичка својства.
За разлику од метала или многих конвенционалних термопласта, полиуретан је породица материјала чије се перформансе могу у великој мери променити избором изоцијанатног типа, хемија полиола, садржај тврдог сегмента, густина умрежености, адитиви, густина, и ћелијска структура.
Сходно томе, не постоји јединствен скуп механичких својстава који представља све полиуретанске производе.
Флексибилан полиетер еластомер, чврста изолациона пена, и ливени полиуретан високе тврдоће може се хемијски класификовати као полиуретан док показује потпуно различите карактеристике перформанси.
Према томе, следеће вредности треба третирати као репрезентативне инжењерске опсеге или примере, а не универзалне спецификације.
Коначни избор материјала увек треба да се заснива на тестираном техничком листу произвођача према релевантном АСТМ, ИСО, или ЕН стандард.
Механичка својства
| Имовина | Типични инжењерски опсег / Пример | Главни контролни фактори |
| Густина – чврст еластомер | ~1,1–1,3 г/цм³ | Хемија полимера, пунила |
| Густина – чврста ПУ пена | ~30–45 кг/м³ за многе изолационе производе | Систем дувања, формулација, ћелијска структура |
| Затезна чврстоћа | ~15–50+ МПа за многе еластомере | Тврдоћа, молекуларна структура, умрежавање |
| Издужење | ~300–700% за многе флексибилне еластомере | Хемија меког сегмента и густина умрежења |
Тврдоћа |
~45 Схоре А до 70 Схоре Д+ | Садржај тврдог сегмента, умрежавање |
| Топлотна проводљивост – еластомер | ~0,15–0,25 В/(м · к), овисно о раду | Густина и формулација |
| Топлотна проводљивост – чврста пена | ~0,020–0,030 В/(м · к) | Структура ћелије, гас, густина, старење |
| Волуменски отпор | Може да достигне ~10¹³ Ω·цм у одговарајућим класама | Формулација, влагу, температура |
| Температура дуготрајног рада | Уобичајене класе од -30 до +80°Ц; специјализовани разреди виши | Хемија и формулација полимера |
Отпорност на абразију и хабање
Полиуретан је посебно познат по својој отпорности на абразивно хабање.
Правилно формулисани полиуретан може надмашити многе конвенционалне еластомере у апликацијама које укључују клизање, котрљање, утицај, или поновљени контакт.
Ова карактеристика чини полиуретан привлачним за индустријски ваљци, Компоненте за транспортне траке, носе облоге, печат, точкови, чашица, и компоненте рударске опреме.
Међутим, Отпорност на хабање није универзална особина свих врста полиуретана. Полиол цхемистри, тврдоћа, густина умрежености, температура, материјал за контрафаце, подмазивање, и механизам хабања може утицати на стварни век трајања.
Еластичност и еластичност
Флексибилни мекани сегменти полиуретана омогућавају значајну реверзибилну деформацију. Ово многим полиуретанским еластомерима даје одличну отпорност и карактеристике поврата енергије.
Отпорност је посебно важна код компоненти које су изложене сталној компресији или удару.
На пример, полиуретански точкови и ваљци морају да се деформишу под оптерећењем док опорављају свој облик довољно брзо да ограниче трајну деформацију и стварање топлоте.
Равнотежа између еластичности и хистерезе је стога важно разматрање у динамичким применама.
Хемијска отпорност
Полиуретан генерално пружа добру отпорност на уља, масти, горива, и многе индустријске хемикалије, иако перформансе значајно варирају између формулација.
Полиуретан на бази полиетра често пружа бољу отпорност на хидролизу, док системи на бази полиестера могу понудити предности у одређеним механичким и хемијским окружењима.
Према томе, хемијску компатибилност треба проценити у односу на специфичне хемикалије, концентрација, температура, време излагања, и стање механичког оптерећења уместо да се ослањамо на генеричку изјаву да је полиуретан хемијски отпоран.
Термална својства
Опсег употребљивих температура полиуретана у великој мери зависи од његове хемије и физичке структуре.
Многи конвенционални полиуретански еластомери ефикасно раде у широком опсегу умерених температура, док су специјализоване формулације дизајниране за рад на повишеним или ниским температурама.
На довољно високим температурама, повећава се мобилност полимерног ланца, а механичка својства опадају. На ниским температурама, неке формулације постају знатно чвршће и мање флексибилне.
Чврста полиуретанска пена је такође цењена због своје ниске топлотне проводљивости и стога се широко користи за топлотну изолацију.
Отпорност на воду и хидролизу
Отпорност на хидролизу је посебно важна на отвореном, маринац, хидраулични, и влажне средине.
Полиуретан на бази полиетра генерално нуди бољу отпорност на хидролитичку деградацију од конвенционалног полиуретана на бази полиестера.
Међутим, полиестер полиуретан може да обезбеди одличне механичке карактеристике и својства хабања у одговарајућим окружењима.
За дуготрајно излагање води, избор материјала треба узети у обзир не само воду, већ и температуру, пХ, Микроорганизми, механички стрес, и трајање излагања.
Електрична својства
Многе полиуретанске формулације пружају корисне карактеристике електричне изолације, укључујући релативно високу електричну отпорност и диелектричну чврстоћу.
Ова својства подржавају апликације као што су омоти каблова, електрична инкапсулација, заштитни премази, и електронске компоненте.
Ипак, електричне перформансе се могу мењати са температуром, влажност, фреквенција, формулација, и садржај пунила.
5. Тврдоћа полиуретана
Тврдоћа је једно од најчешће специфицираних својстава полиуретана, посебно за еластомере, ваљци, точкови, печат, заптивачи, заштитни премази, и компоненте отпорне на хабање.
Међутим, тврдоћу полиуретана не треба тумачити једноставно као меру укупне чврстоће материјала.
У полиуретанском инжењерству, тврдоћа првенствено описује материјал отпорност на локализовану деформацију под одређеним условима испитивања удубљења.
Шта значи тврдоћа полиуретана?
Када се сила примени на полиуретанску површину, материјал се деформише око индентера.
Тврђи полиуретан показује мање удубљења под одређеним условима испитивања, док мекши слој подлеже већој локализованој деформацији.
Зато што полиуретан може да варира од веома меких еластомера до крутих инжењерских материјала, различите скале тврдоће се користе за различите опсеге тврдоће.
За флексибилни и еластомерни полиуретан, тврдоћа се обично мери помоћу Скала тврдоће по Шору.
Шор А се углавном користи за мекши до умерено тврд полиуретан, док Шор Д користи се за теже формулације.
Изабрану скалу увек треба извести заједно са вредношћу тврдоће јер, на пример, 80 Схоре А и 80 Схоре Д представљају веома различите материјалне услове.
Уобичајени распони тврдоће полиуретана
| Распон тврдоће | Типичне карактеристике | Типичне перформансе | Представничке апликације |
| 20–40 Шор А | Веома мекан и веома флексибилан | Висока усклађеност, низак модул, одлична амортизација и апсорпција вибрација | Меке заптивке, заптивачи, јастучићи, компоненте за пригушивање звука |
| 40–60 Шор А | Меке до средње тврдоће | Добра еластичност, отпорност, и флексибилност уз умерену носивост | Флексибилни точкови, чашица, изолатори вибрација, компоненте обуће |
| 60–80 Шор А | Средње чврст еластомер | Добар баланс флексибилности, носивост, и отпорност на абразију | Ваљци, точкови, чашица, Компоненте за транспортне траке |
80–95 Шор А |
Тврди еластомер | Већа крутост, носивост, и отпорност на хабање са смањеном флексибилношћу | Индустријски ваљци, точкови за тешка оптерећења, јастучићи за ношење, компоненте са високим оптерећењем |
| 50–80 Шор Д | Веома тврд полиуретан | Висока крутост и стабилност димензија са јаком отпорношћу на ударце и хабање | Зупчаници, барака, компоненте водича, Структурни делови, компоненте отпорне на хабање |
Ови распони су репрезентативне, а не универзалне спецификације.
Комерцијалне полиуретанске формулације могу се проширити изван ових опсега, а однос између тврдоће и механичких перформанси зависи од хемије полимера, густина умрежености, садржај пунила, температура, и метода испитивања.
6. Процеси производње полиуретана
Полиуретан се може произвести кроз неколико технологија обраде, а одговарајући метод зависи од хемије полиуретана, геометрија производа, потребна тврдоћа, густина, Јачина производње, Димензионална толеранција, и перформансе крајње употребе.
Реакционо бризгање (РИМ)
Реакционо ињекцијско прешање је процес високе продуктивности у коме се две или више течних полиуретанских компоненти — обично изоцијанат и полиолна формулација — тачно одмеравају, мешовити, и убризган у затворени калуп.
Хемијска реакција се одвија брзо унутар калупа, где материјал испуњава кавитет и накнадно очвршћава у тражени облик.
РИМ је посебно погодан за велике компоненте јер релативно низак вискозитет реакционог система омогућава пуњење сложених калупа са релативно ниским притисцима убризгавања.
Материјали за ојачавање или пунила се такође могу уградити у специјализоване формулације ради побољшања крутости, Димензионална стабилност, или отпорност на ударце.
Производи:
Типични РИМ производи укључују панели каросерије аутомобила, одбојници, спојлери, кућишта опреме, структурни поклопци, индустријска кућишта, и велике лаке ливене компоненте.
Ливени полиуретан
Ливени полиуретан се производи мешањем реактивних полиуретанских компоненти и изливањем течне смеше у припремљени калуп.
Материјал се затим очвршћава на собној температури или под контролисаним загревањем, у зависности од формулације.
Овај процес пружа значајну флексибилност у формулацији материјала.
Произвођачи могу подесити тврдоћу, еластичност, отпорност на кидање, Отпорност на абразију, карактеристике пригушења, и хемијску отпорност одабиром одговарајућих полиола, изоцијаната, продужавачи ланца, катализатори, и адитиви.
Ливени полиуретан је посебно вредан за производе који захтевају висока отпорност на хабање, апсорпција утицаја, еластичност, или прилагођену тврдоћу.
Дегазација се може извршити пре ливења како би се минимизирали заробљени ваздух и унутрашње шупљине, посебно за прецизне компоненте.
Производи:
Уобичајени производи укључују индустријски ваљци, точкови, чашица, печат, заптивачи, јастучићи за ношење, оштрице стругача, изолатори вибрација, амортизери, рударске компоненте, и прилагођене полиуретанске облоге.
Калупање компресије
Компресијско обликовање користи измерену количину полиуретанског материјала постављеног у загрејану шупљину калупа.
Калуп се затим затвара и врши се притисак, омогућавајући материјалу да тече, у складу са шупљином, и очвршћавају под контролисаном температуром и притиском.
Процес се обично користи за термореактивне полиуретанске системе и еластомерна једињења.
Правилна контрола температуре калупа, притисак, време очвршћавања, а материјално пуњење је од суштинског значаја јер недовољно очвршћавање може смањити механичке перформансе, док прекомерна температура или време очвршћавања могу утицати на коначна својства материјала.
Компресијско обликовање је посебно ефикасно за релативно једноставне или умерено сложене геометрије и може да обезбеди добру конзистенцију димензија у средњем- до производње високе количине.
Производи:
Типични производи укључују заптивање прстенова, заптивачи, јастучићи, одбојници, компоненте за пригушивање вибрација, Носите плоче, заштитни поклопци, и ливени делови од полиуретанског еластомера.
Ињекционо ливење термопластичног полиуретана (ТПУ)
Термопластични полиуретан се може обрадити конвенционалним термопластом бризгање опрема.
За разлику од термореактивног полиуретана, ТПУ се може више пута омекшати загревањем и учврстити хлађењем, омогућавајући му да се топи и убризгава у калуп без трајне реакције хемијског умрежавања.
Током обраде, прецизна контрола од температура топљења, притисак убризгавања, температура калупа, услови сушења, и брзина хлађења је важно.
ТПУ је хигроскопан до различитог степена, а прекомерна влага у пелетима може изазвати хидролитичку деградацију, Површинске недостатке, мехурићи, или смањене механичке особине. Правилно претходно сушење је стога важан део ТПУ бризгања.
Производи:
ТПУ бризгање се широко користи за заштитне кутије, флексибилни конектори, печат, кабловске компоненте, точкови, хватаљке, компоненте потрошачког производа, Аутомобилски делови, медицинске компоненте, и индустријски делови отпорни на хабање.
Екструзија
Екструзија полиуретана се првенствено користи за производњу континуираних профила, цеви, филмови, листови, и други производи са константном геометријом попречног пресека.
Термопластичне полиуретанске пелете се загревају и пластифицирају у екструдеру пре него што се непрекидно пробијају кроз специјално дизајнирану матрицу.
Процес екструзије захтева пажљиву контролу температура бурета, брзина завртња, температура умри, брзина екструзије, услови хлађења, и влажност материјала.
Дизајн матрице је посебно важан јер вискоеластично понашање полиуретана може утицати на стабилност димензија и набубрити калуп.
Производи:
Типични екструдирани производи укључују ТПУ цеви, црева, печат, заптивачи, траке, филмови, профили, кабловске јакне, заштитни рукави, и флексибилне мембране.
Реакционо ливење и центрифугално ливење
За одређене велике или ротационо симетричне полиуретанске компоненте, могу се користити реакционо ливење и центрифугално ливење.
У реакционом ливењу, реактивне полиуретанске компоненте се уносе у калуп и остављају да се полимеризују и очврсну на лицу места.
Центрифугално ливење користи ротирајућу силу за дистрибуцију реактивног материјала на зид калупа, производећи релативно уједначену цевасту или прстенасту компоненту.
Ови процеси су посебно корисни када би конвенционално обликовање захтевало скупе алате или када компонента има велики пречник и релативно једноставну геометрију ротације.
Производи:
Апликације укључују велики полиуретански ваљци, рукаве, цеви, прстен, линијски, облоге за цеви, и специјализоване цилиндричне компоненте отпорне на хабање.
Пењење и пенасти калуп
Полиуретанске пене се производе комбиновањем реактивних полиуретанских компоненти са системом дувања који генерише ћелијску структуру током полимеризације.
У зависности од формулације, механизам дувања може укључивати хемијска средства за дување, као што је вода која реагује са изоцијанатом да би се добио угљен-диоксид, или физичка средства за напухавање.
Формулација одређује да ли је настала пена флексибилан, полукрут, или крут.
Величина ћелије, густина, отворен- или структура затворених ћелија, а димензиона стабилност се контролише кроз баланс полиола, изоцијаната, катализатори, сурфактанти, средства за дување, и услове обраде.
Производи:
Флексибилна полиуретанска пена се обично користи за јастуци за седење, душеци, акустичких материјала, и аутомобилски ентеријер,
док се круте ПУ и ПИР пене широко користе за изолациони панели зграда, расхладна изолација, системи топлотне изолације, и енергетски ефикасну опрему.
ЦНЦ обрада полиуретана
ЦНЦ обрада није примарни процес полимеризације, али је то важан секундарни производни метод за полиуретанске компоненте.
Блок од полиуретана, лист, штап, или префабриковани бланк може се машински обрађивати помоћу ЦНЦ стругања, глодање, бушење, и друге операције за постизање прецизних димензија и сложених геометрија.
Зато што је полиуретан флексибилан и може се деформисати под силама резања, параметри обраде морају бити одабрани према тврдоћи и еластичности материјала.
Прекомерна сила резања, Генерација топлоте, или отклон алата може довести до нетачности димензија или лошег квалитета површине. Оштри алати за сечење и одговарајуће држање су посебно важни за меке врсте.
Производи:
ЦНЦ обрада се обично користи за прецизне полиуретанске заптивке, прилагођене чауре, хабајућих компоненти, ваљци, прототипови, инжењерских делова, заменске компоненте, и мале количине прилагођених производа.
7. Примене полиуретана
Изузетна свестраност полиуретана омогућава му да служи као конструкцијски материјал, еластомер, премаз, лепак, заптивач, пена, и изолациони материјал.
Стога се његове примене протежу од потрошачких производа до захтевне индустријске опреме.
Аутомобилска индустрија
Типичне примене укључују јастуке за седишта, наслони за главу, чауре за вешање, Мотор Моторс, печат, компоненте управљања, унутрашња опрема, компоненте инструмент табле, заштитни премази, и звучну изолацију.
Индустријски ваљци и точкови
Полиуретански ваљци се широко користе у:
- Транспортни системи
- Опрема за руковање материјалом
- Штампарске машине
- Машине за паковање
- Текстилне машине
- Точкови за виљушкаре
- Водећи ваљци
- Погонски точкови
Печат, Заптивачи, анд Бусхингс
Комбинација еластичности полиуретана, отпорност на кидање, а отпорност на хабање чини га погодним за динамичке примене заптивања.
ПУ заптивке и хидрауличне компоненте се обично користе тамо где материјал доживљава поновљено клизање, притисак, и механичке деформације.
Чауре и пригушни елементи такође имају користи од способности полиуретана да апсорбује вибрације уз одржавање структуралног интегритета.
Рударска и тешка опрема
Опрема за рударство и грађевинарство излаже полимерне компоненте јаком хабању, утицај, прашина, влагу, и механичко оптерећење.
Полиуретан се стога користи за носе облоге, екранске плоче, цхуте линерс, оштрице стругача, ваљци, хидрауличне заптивке, и заштитне компоненте.
У абразивним срединама, правилно формулисана полиуретанска компонента може значајно смањити учесталост одржавања у поређењу са еластомерима мање отпорним на хабање.
Грађевински и грађевински материјали
Полиуретан игра важну улогу у савременим грађевинским системима.
Чврсте полиуретанске и полиизоцијануратне пене обезбеђују ниску топлотну проводљивост и широко се користе у изоловане плоче, расхладни системи, омотачи зграде, кровова, зидовима, и изолацију цеви.
Полиуретански заптивачи и премази се такође користе за заптивање спојева, хидроизолација, подови, заштитни премази, и бетонску заштиту.
Електрични и електронски производи
ПУ материјали могу пружити електричну изолацију заједно са флексибилношћу и заштитом животне средине.
Користе се за кабловске јакне, једињења за заливање, материјали за инкапсулацију, конектори, заштитни премази, и компоненте за пригушивање вибрација.
Формулације могу бити дизајниране да обезбеде специфичне комбинације диелектричних својстава, отпорност на влагу, флексибилност, и отпорност на пламен.
Обућа и производи широке потрошње
Флексибилни полиуретан и ТПУ се широко користе у потрошачким производима јер нуде повољну комбинацију удобности, отпорност, издржљивост, и флексибилност дизајна.
Апликације укључују ђонови за ципеле, компоненте спортске обуће, заштитне кутије, хватаљке, точкови, спортска роба, компоненте пртљага, и флексибилни делови потрошачких производа.
8. Предности полиуретана
- Подешавање перформанси без премца — тврдоћа, густина и механичка својства могу се прецизно конструисати у изузетно широком опсегу од једне хемијске базе.
- Изузетна отпорност на хабање и хабање — полиуретански еластомери рутински испоручују 3–10 пута дужи век трајања гумених алтернатива у апликацијама које се често троше.
- Врхунска топлотна изолација — крута ПУ пена је термички најефикаснији комерцијално доступан органски изолациони материјал, смањење потрошње енергије у зградама за 30–50%.
- Широка прилагодљивост обраде — може се произвести пењењем, ливење, прскање, бризгање, методе екструзије и примене на лицу места.
- Универзална адхезија подлоге — премази и лепкови се чврсто везују за метал, дрва, бетон, стакло и већина пластике.
- Одлична пригушивање вибрација — флексибилне пене и еластомери ефикасно апсорбују ударце и буку, чинећи их незаменљивим за аутомобилску и индустријску НВХ контролу.
- Дизајн слобода — течна прерада омогућава производњу крупних, сложене, интегрисани делови који би били немогући са гумом или крутом пластиком.
9. Ограничења полиуретана
- Умерена температурна отпорност — стандардне класе имају границе непрекидног рада од 80–120°Ц. Дуготрајно излагање изнад овог опсега узрокује термичку деградацију и трајни губитак имовине.
- Осетљивост на хидролизу — полиуретани на бази полиестера се постепено разграђују у дуготрајној врућини, влажне средине. Врсте полиетера раде боље, али и даље имају ограничења.
- УВ деградација ароматичних квалитета — стандардни ароматични полиуретани жути и креда под продуженим излагањем УВ зрачењу. Алифатски разреди решавају ово, али по знатно већој цени.
- Опасности при руковању сировинама — неизреаговани изоцијанатни мономери су респираторни иританти и захтевају одговарајућу вентилацију и ЛЗО током обраде. Потпуно осушени производи су безбедни за нормалну крајњу употребу.
- Запаљивост — немодификовани полиуретан је запаљив и може да испусти токсична испарења током сагоревања. Формулације отпорне на пламен су потребне за примену у грађевинарству и транспорту.
- Изазови рециклаже — умрежени термореактивни полиуретан се не може претопити, отежава механичку рециклажу. Технологије хемијског рециклирања се појављују, али још увек нису универзално доступне.
10. Разматрања заштите животне средине и одрживости
| Аспект | Процена |
| Обновљиви ресурси | Биолошки полиоли су све доступнији, добијени из биљних уља или биљних извора. |
| Рециклирање | Термопластични полиуретани (ТПУ) се могу рециклирати; термосетови (круте пене, много еластомера) нису. |
| Потрошња енергије | Производња полиуретана из петрохемије је енергетски интензивна. |
| Процена животног циклуса | Зависи од формулације и примене; изолација (крута пена) може обезбедити значајне уштеде енергије. |
| Крај живота | Отпад од пене је тешко рециклирати; спаљивање је уобичајен начин одлагања. |
| Здравље и безбедност | Изоцијанати су токсични; одговарајућа вентилација и ЛЗО су неопходни током руковања. |
| Биоразградљивост | Конвенционални полиуретан није биоразградив. |
11. Полиуретан вс. Гума и конвенционална пластика
Полиуретан заузима карактеристичну позицију између еластомера и инжењерске пластике.
Следеће поређење наглашава главне разлике између полиуретана и неколико најчешће коришћених материјала.
| Имовина | полиуретан | Природна гума | Полиетилен (ПЕ) | Најлон |
| Врста материјала | Свестрани полимер; доступан као еластомер, термопластични, термосет, и пена | Природни еластомер | Тхермопластиц | Инжењерски термопласт |
| Типична тврдоћа | Приближно 20 Схоре А до 70+ Шор Д, зависно од формулације | Отприлике 20–90 Шор А | Типично Схоре Д опсег за круте класе | Обично Роквел или Шор Д; генерално крут |
| Затезна чврстоћа | Уобичајене класе еластомера приближно 20–60 МПа; зависно од формулације | Приближно 15–30 МПа за многе комерцијалне класе | Приближно 10–40 МПа, зависан од степена | Приближно 50–100 МПа за многе инжењерске класе |
| Издужење на паузи | Обично 200–700% за еластомерне врсте | Обично 400–800% | Обично 100–1000% у зависности од разреда | Генерално много ниже од еластомерног полиуретана |
| Отпорност на абразију | Одличан; једна од главних предности полиуретана | Добро до одлично | Умерен до доброг | Добри |
| Отпорност на сузе | Веома добро до одлично | Одличан | Умерен | Добри |
| Еластиц Рецовери | Одлично у правилно формулисаним еластомерима | Одличан | Генерално ниже од еластомера | Релативно ограничен |
Отпорност на ударце |
Веома добар; остаје веома ефикасан у многим захтевним апликацијама | Одличан | Добри, посебно у ПЕ класама дизајнираним за отпорност на удар | Добро до одлично |
| Отпорност на уље и маст | Генерално врло добро, посебно са одговарајућим полиестером- или формулације на бази полиетра | Релативно сиромашан; уља могу изазвати отицање и пропадање | Генерално добро против многих хемикалија, али отпорност на раствараче варира | Добри, иако одређене хемикалије и влага могу утицати на перформансе |
| Хемијска отпорност | Добро до одлично у зависности од хемије; полиестер и полиетер ПУ се понашају различито | Ограничено против уља, горива, озона, и неке хемикалије | Одлична отпорност на многе киселине, алкалис, и водене хемикалије | Добра отпорност на многе угљоводонике и уља, али осетљив на одређене киселине и влагу |
| Отпорност на влагу | Зависно од формулације; полиетер ПУ се генерално боље понаша у влажним срединама | Добар у многим применама, али осетљив на старење околине | Веома добар | Апсорпција влаге може бити значајна и може утицати на димензије и механичка својства |
Веатхеринг / УВ отпорност |
Добро до одлично уз одговарајућу стабилизацију; алифатски ПУ нуди посебно јаку УВ отпорност | Ограничен; озон и УВ могу убрзати деградацију | Опћенито добро, посебно са УВ стабилизаторима | Умерен; УВ стабилизатори могу бити потребни за спољашњу употребу |
| Отпорност на температуру | Широк распон, али у великој мери зависи од формулације; многи разреди раде од температура испод нуле до приближно 80–120°Ц непрекидно | Обично ефикасан на приближно -50 до 80°Ц, зависно од једињења | Широк распон; зависан од степена | Генерално већа температурна способност континуиране употребе од еластомерног ПУ |
| Флексибилност на ниским температурама | Добро до одлично за правилно формулисане оцене | Одличан | Добро за погодне нискотемпературне разреде | Генерално ниже од флексибилног полиуретана и гуме |
| Апсорпција воде | Генерално ниско, али значајно варира у зависности од хемије и ћелијске структуре | Низак до умерен | Врло низак | Релативно висок у поређењу са ПУ и ПЕ |
| Способност носивости | Одлично за еластомере; разреди високих перформанси могу издржати значајна тлачна и динамичка оптерећења | Добри, али дуготрајна деформација може бити значајна | Добро за структуралне термопластичне примене | Одличан за круте инжењерске компоненте |
Отпорност на умор |
Одличан у многим динамичким апликацијама | Одлично под одговарајућим цикличним оптерећењем | Добри | Добри |
| Методе обраде | Цастинг, реакцијско бризгање, бризгање, екструзија, калупање компресије, пенушање, обрада | Обрада латекса, калупљење, екструзија, вулканизација | Убризгавање, екструзија, калупање, ротационо обликовање | Убризгавање, екструзија, обрада |
| Типичне апликације | Точкови, ваљци, печат, чашица, заптивачи, изолатори вибрација, превлаке, појасеви, пене, зупчаници | гуме, печат, рукавице, вибрациони носачи, црева, еластичне компоненте | Паковање, цеви, контејнери, линијски, филмови, конструкцијски пластични делови | Зупчаници, лежајеви, чашица, Структурне компоненте, електрични делови |
| Главна предност | Изузетна комбинација од Отпорност на абразију, еластичност, жилавост, носивост, и флексибилност дизајна | Одлична еластичност, отпорност на умор, и отпорност | Ниска цена, хемијска отпорност, ниска апсорпција влаге | Велика снага, укоченост, Димензионална стабилност, и температурну способност |
| Главно ограничење | Својства се значајно разликују у зависности од формулације; неке врсте су осетљиве на хидролизу, топлота, или уВ експозиције | Слаба отпорност на уља, озона, и неке хемикалије | Ниже температуре и механичке перформансе од многих инжењерских полимера | Апсорпција влаге и осетљивост на одређене хемикалије могу утицати на перформансе |
12. Закључак
Полиуретан заузима јединствену позицију у свету материјала као најфлексибилнија полимерна платформа која је данас доступна.
Његова микрофазно одвојена молекуларна структура омогућава подешавање перформанси у целом спектру од меке пене до круте инжењерске пластике, подржава критичне функције у скоро сваком индустријском сектору.
Ниједна друга појединачна породица материјала не може истовремено да служи као јастук, изолација, структурна компонента и заштитни премаз са једнаком ефикасношћу.
Као глобална потражња за енергетском ефикасношћу, лагани и напредни материјали расте, полиуретан ће остати основни индустријски материјал - развијајући се од свог порекла на бази нафте ка одрживијем, будућност циркуларне економије уз задржавање изузетне разноврсности која га је учинила незаменљивим у модерној производњи и грађевинарству.
Често постављана питања
Да ли је полиуретанска пластика или гума?
Полиуретан спада у категорију између гуме и пластике. Меки полиуретански еластомери се понашају слично као гума, док се слојеви тврдог полиуретана приближавају инжењерским пластичним перформансама.
За разлику од праве гуме, није умрежен вулканизацијом; за разлику од праве пластике, веома је еластичан у већини свог опсега тврдоће. Најтачније се класификује као еластомерни полимер.
Да ли је полиуретан запаљив?
Неке формулације су запаљиве. Успоривачи пламена се обично додају за апликације које захтевају отпорност на ватру.
Чврста полиуретанска пена, користи се у грађевинској изолацији, морају испуњавати строге стандарде заштите од пожара.
Која је разлика између полиетера и полиестер полиуретана?
Полиетер полиуретан има бољу отпорност на хидролизу, отпорност микроба, и флексибилност на ниским температурама.
Полиестер полиуретан има већу затезност, суза, и отпорност на абразију, али је подложан хидролизи и нападу микроба.
Шта је ТПУ?
ТПУ је скраћеница за термопластични полиуретан. То је врста полиуретана који се може обрадити као и конвенционална пластика (бризгање, екструзија) и може се рециклирати.
Користи се у цревима, цеви, филмови, обућа, и многе индустријске примене.
Како се прави полиуретанска пена?
Полиуретанска пена се производи реакцијом изоцијаната са полиолом у присуству агенса за дување (обично вода), катализатори, и сурфактаната.
Реакција производи ЦО₂ гас, који експандира полимер у пену.
