熱塑性聚氨酯彈性體(簡稱PU)的生產,成型加工技術及應用TPU的加工與通用塑料及其他熱塑性彈性體(TPE)相比,難點并不少,然而最近由于成型機及加工技術的改進.
熱塑性聚氨酯彈性體(簡稱PU)的生產,銷售已有30多年了,屬于最早開發的熱塑性彈性體材料。TPU的楊氏模量介于橡膠和塑料之間,具有很多優良的特性,而得到廣泛應用。最近由于新功能的TPU材料的開發和多種成型加工技術的發展,更拓寬了它的應用領域。
基本特性:TPU是分子中含有-NH-COO-基團的材料,長鏈的二元醇和異氰酸酯成分構成了軟段,短鍵的二元醇和異氰酸酯成分構成了硬段,TPU很多特性取決于長鏈二元醇的種類,其硬度用硬段做比例來調節,它的光老化性可加光穩定劑來加以改善,同時也取決于異氰酸酯是芳香族還是脂肪族。聚氨酯彈性墊
它不同于其他熱塑性彈性的優異性能如下:
(1)優異的耐磨性能、它的Taber磨耗值為0.5-0.35mg,是塑料中最小的,若加入MoS2、硅油石墨等可降低摩擦系數,提高耐磨程度。
(2)拉伸強度和伸長率:TPU的拉伸強度是天然橡膠和合成橡膠的2-3倍,聚酯型的TPU拉伸強度近60MPa,伸長率近410%,聚醚型TPU的拉伸強度為50MPa,伸長率為>30%。
(3)耐油、耐汽油性能:TPU的耐油性能優于丁腈橡膠,具有極好的耐油壽命。
(4)耐低溫性、耐候性、耐臭氧性能TPU的耐氣候老化性能優于天然橡膠和其他合成橡膠。它的耐臭氧,耐射線的特點在航天工業有特殊的用途。
(5)醫療衛生性TPU具有生物相容性和抗血凝性,醫用TPU應用越來越廣泛,如人造心臟、人工腎、輸血管、血漿袋、輸尿管、外科技術用固定材料等。
(6)硬度范圍TPU硬段的為邵氏A10-邵氏D80,而普通的橡膠硬度范圍一般在邵氏A60~100,TPU在邵氏硬度A15以下的所有彈性體,都有相似的壓縮變形特性。在邵氏硬度A85到85以上時TPU仍保持彈性。這是其他彈性體所沒有的特性。所以TPU具有高負載支撐能力和良好向吸振效虹。
成型加工技術
1、TPU代表性的成型加工方法是擠出成型和注射成型。
這些成型方法需注意以下幾點:
(1)由于TPU吸濕性保,加工前必須充分干燥;
(2)由于粘度對溫度的依存性較慢,要提高溫度控制精度;
(3)要從材料的特性考慮螺桿的結構和長徑比(如:壓縮比、螺槽深度、L/D等);
(4)根據材料的流動性考慮模具結構(不會引起滯留的噴咀、流道、澆口等);
(5)成型機的功率設定要稍大點(是通用樹脂的1.5~2倍);
(6)成型生退火處理,恢復原有特性(尤其是未完全塑化的材料)。
2、成型加工技術及應用TPU的加工與通用塑料及其他熱塑性彈性體(TPE)相比,難點并不少,然而最近由于成型機及加工技術的改進,已可采用多樣的成型法以制得各類制品。
(1)管材,薄膜,片材領域:TPU管材,由于具有柔軟,良好的抗拉伸強度,沖擊強度,耐高低溫性,管內充1.5MPa而不膨脹。爆破壓力可“達2-5MPa及良好的耐油性,為此是氣管和油管的理想材料,廣泛用作飛機、坦克、汽車、摩托車、機床等的輸氣、輸油軟管。TPU管材主要用擠出成型加工。但由于TPU易吸水而降低制品的強度,因此在加工前原料應于100~120℃下干燥4小時、使TPU中水份含量在0.05%以下,擠出時要注意溫度的調整,在純TPU中添加1-4PHR的潤滑劑有助于料流的穩定擠出,有利于管材表面光潔度的提高。Desmopan的786、385、392品級,ESTANE的58311、58092、58409等品級均可用于擠出管材。本所有99年開始開展了TPU軟管性能如表5。
注:①UL94V-2認定⑤開始流動溫度105℃②相當UL94V-0⑥開始流動溫度125℃③體積電阻104Ωcm以下⑦高流動高成型周期④鞋底料注:①采用鞋底的耐久性試驗法、原理是以DIN磨耗試驗為標準Taber法的試驗條件:H-22的1000轉的磨耗量本所研制的φ2/4mm、φ4/6mmTPU軟管、已成功地用于自動電梯輸油管,φ3.5/4.5mmTPU軟管已用于飛機另部件,φ3.5/4.5mm、φ3.5/6.2mmTPU軟管已用于汽車另部件、目前本所已能生產不同規格的TPU軟管,將替代進口產品進一步,拓展應用領域。TPU薄膜和片材由于具有強韌、薄壁化、獨特的手感及良好的環保性等而有較大的應用領域。該制品采用T型擠出法,吹塑成型法及壓延成型等方法、成型時必須選擇適合于各成型法的合適品級。
Miractran品級中的標準品級如E100、E300ESTANE的58206、58887、58315品級都能使用T型擠出成型,能生產出幾十um的薄膜。吹塑成型法可用Miractran品級中的E885PFAA和E390PFAA品級,ESTANE的58277、58409、58630、58315能生產出不粘的、柔軟的、非常薄且潤幅的薄膜。壓延成型法可用Miractran品級中的E585MSOH、E660MSOH、E380MSNT品級、硬度從60A到95A都能加工。
(2)熱熔薄膜、涂層領域:該領域的用途是利用TUP的粘接性、伸縮性及良好的表觀特性,它不僅簡單地作為粘接材料,而且還廣泛應用作為T恤衫等服裝圖案熱轉印拷貝用薄膜,這些薄膜可用T型擠壓法和吹塑成型法生產。厚度為10μm左右可用Miractran品級中的不變黃型和熱熔型品級。近來用同樣原料制成“無紡布”,控制在25~100g/m2,此“無紡布”除了有上述特性外還因具有空隙結構而有透濕機能,作為新穎的衣料而引人注目。另外球狀的粉末熱熔材料,還可用于汽車部件的涂裝領域。
(3)低壓縮永久變形,耐熱變形性領域:表3的Miractran低壓縮永久變形/耐熱型H品級是在原來的基礎上進行了大的改造。這主要是通過材料的配備技術、加工技術、適當的退火處理而成。主要應用于工業受壓受熱部件。