پلی اورتان چیست؟

پلی اورتان چیست؟

به اصطلاح پلی اورتان مخفف پلی یورتان است که از واکنش پلی ایزوسیانات و پلی ال تشکیل می شود و حاوی گروه های اورتان مکرر (-NH-CO-O-) در زنجیره مولکولی است. در رزین پلی یورتان مصنوعی واقعی، علاوه بر گروه یورتان، گروه هایی مانند اوره و بیورت نیز وجود دارد. پلی‌ال‌ها مولکول‌هایی با زنجیره بلند با گروه‌های هیدروکسیل در انتهای آن‌ها هستند که به آنها «بخش‌های نرم» و پلی ایزوسیانات‌ها «قطعات سخت» می‌گویند.

در رزین پلی اورتان تولید شده توسط بخش های نرم و سخت، یورتان تنها یک اقلیت است، بنابراین لزوماً مناسب نیست که آن را پلی اورتان نامید. در یک مفهوم گسترده، پلی اورتان یک پلیمر افزودنی ایزوسیانات است.

انواع مختلف ایزوسیانات ها با ترکیبات پلی هیدروکسی واکنش داده و پلی یورتان هایی با ساختارهای مختلف را تشکیل می دهند و در نتیجه مواد پلیمری با خواص مختلف مانند پلاستیک، لاستیک، پوشش، الیاف، چسب و غیره به دست می آیند. لاستیک پلی اورتان.

لاستیک پلی اورتان اولین بار در سال 1940 در آلمان با موفقیت توسعه یافت و پس از سال 1952 وارد تولید صنعتی شد، در حالی که کشور من در اواسط-1960 توسعه یافت و تولید شد. لاستیک پلی اورتان متعلق به نوعی لاستیک مخصوص است که از واکنش پلی اتر یا پلی استر با ایزوسیانات تهیه می شود. به دلیل انواع مختلف مواد اولیه، شرایط واکنش و روش های اتصال متقابل، انواع مختلفی وجود دارد. از نظر ساختار شیمیایی نوع پلی استر و نوع پلی اتر و از نظر روش عمل آوری به سه نوع نوع اختلاط، نوع ریخته گری و نوع ترموپلاستیک تقسیم می شوند.

لاستیک پلی اورتان مصنوعی عموماً از واکنش پلی استر یا پلی اتر خطی با دی ایزوسیانات برای تولید یک پیش پلیمر با وزن مولکولی کم ساخته می شود. پس از واکنش گسترش زنجیره، یک پلیمر با مولکولی بالا تشکیل می شود و سپس یک عامل اتصال عرضی مناسب برای گرم کردن آن اضافه می شود. این روش برای تبدیل شدن به لاستیک ولکانیزه شده، روش پیش پلیمریزاسیون یا روش دو مرحله ای نامیده می شود.

همچنین می توان از روش یک مرحله ای استفاده کرد - پلی استر یا پلی اتر خطی مستقیماً با دی ایزوسیانات، گسترش دهنده زنجیره و عامل اتصال عرضی مخلوط می شود، به طوری که واکنش برای تولید لاستیک پلی اورتان رخ می دهد.

لاستیک پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU)

لاستیک پلی اورتان گرمانرم یک پلیمر خطی بلوک (AB) نوع n است، A نشان دهنده پلی استر یا پلی اتر با وزن مولکولی بالا (وزن مولکولی 1000-6000) است که به آن زنجیره بلند می گویند، B نشان دهنده 2-12 کربن های خطی است. دیول اتمی است. یک زنجیره کوتاه، و پیوند شیمیایی بین بخش های AB دی ایزوسیانات است.

رابطه بین ساختار و خواص فیزیکی TPU

1. ساختار بخش

قطعه A در مولکول TPU چرخش زنجیره ماکرومولکولی را آسان می کند و به لاستیک پلی اورتان خاصیت ارتجاعی خوبی می بخشد، نقطه نرم شدن و نقطه گذار ثانویه پلیمر را کاهش می دهد و سختی و استحکام مکانیکی را کاهش می دهد. بخش B چرخش زنجیره ماکرومولکولی را به هم متصل می کند، به طوری که نقطه نرم شدن و نقطه انتقال ثانویه پلیمر افزایش می یابد، سختی و استحکام مکانیکی افزایش می یابد و خاصیت ارتجاعی کاهش می یابد. با تنظیم نسبت مولی بین A و B می توان TPU هایی با خواص مکانیکی متفاوت تهیه کرد.

2. ساختار متقابل

علاوه بر اتصال عرضی اولیه، ساختار پیوند متقابل TPU باید اتصال عرضی ثانویه ایجاد شده توسط پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را نیز در نظر بگیرد. پیوند متقاطع اولیه پلی اورتان با ساختار ولکانیزاسیون لاستیک هیدروکسی متفاوت است و گروه یورتان، بیورت، گروه آلوفانات و سایر گروه ها به طور منظم و در قسمت های صلب قرار گرفته اند، بنابراین لاستیک به دست آمده دارای ساختار شبکه ای منظم است. مقاومت در برابر سایش عالی و سایر خواص عالی دارد.

ثانیاً، از آنجایی که لاستیک پلی اورتان حاوی گروه های زیادی مانند گروه های اوره یا گروه های اورتان با انرژی چسبندگی زیاد است، پیوندهای هیدروژنی تشکیل شده بین زنجیره های مولکولی دارای استحکام بالایی هستند و پیوند متقابل ثانویه تشکیل شده توسط پیوندهای هیدروژنی سلامت نیز تأثیر مهمی بر خواص دارد. از لاستیک پلی اورتان اتصال عرضی ثانویه باعث می شود که لاستیک پلی اورتان از یک طرف ویژگی های الاستومر گرما سخت را داشته باشد و از طرف دیگر، اتصال عرضی واقعاً اتصال عرضی نیست، یک اتصال عرضی مجازی است و اتصال عرضی حالت بستگی به دما دارد.

با افزایش دما، این اتصال عرضی به تدریج ضعیف شده و از بین می رود و پلیمر سیالیت خاصی دارد و می تواند به صورت ترموپلاستی پردازش شود. هنگامی که دما کاهش می یابد، این پیوند متقابل به تدریج بازسازی شده و دوباره تشکیل می شود. افزودن مقدار کمی پرکننده، فاصله بین مولکول ها را افزایش می دهد، توانایی تشکیل پیوند هیدروژنی بین مولکول ها ضعیف می شود و قدرت به شدت کاهش می یابد.

3. ثبات گروه

تحقیقات نشان می دهد که ترتیب پایداری هر گروه در لاستیک پلی اورتان از زیاد به پایین عبارت است از: استر، اتر، اوره، یورتان، بیورت. در فرآیند پیری لاستیک پلی یورتان، اولین گروه بیورت و گروه اوره است. پیوندهای عرضی فرمت بریده می شوند و به دنبال آن پیوندهای اورتان و اوره، یعنی زنجیره اصلی شکافته می شود.

خواص لاستیک پلی اورتان

مدول الاستیک TPU بین لاستیک و پلاستیک است. بزرگترین ویژگی آن این است که هم سختی و هم خاصیت ارتجاعی دارد که در سایر لاستیک ها و پلاستیک ها وجود ندارد.

TPU به دو نوع پلی استر و نوع پلی اتر تقسیم می شود. در مقایسه با خواص فیزیکی، نوع پلی استر برای لاستیک با سختی کم عملکرد بهتری دارد، در حالی که نوع پلی اتر برای لاستیک با سختی بالا بهتر است. لاستیک پلی استر مقاومت بهتری نسبت به روغن، مقاومت حرارتی و چسبندگی به فلز دارد، در حالی که نوع پلی اتر برای مقاومت در برابر هیدرولیز، مقاومت در برابر سرما و خواص ضد باکتریایی بهتر است.

1. ویژگی های محیطی

TPU به طور کلی مقاومت دمایی خوبی دارد، دما برای استفاده طولانی مدت مداوم 80 تا 90 درجه است و می تواند در مدت زمان کوتاهی به حدود 120 درجه برسد. مقاومت پلی اورتان در دمای پایین نیز خوب است. دمای شکنندگی پلی استر پلی اورتان -40 درجه سانتیگراد است، در حالی که پلی اورتان پلی اتر -70 ~ -80 درجه سانتیگراد است، اما در دمای پایین سخت می شود.

مقاومت روغن TPU نسبتا خوب است، اما مقاومت در برابر آب بسته به ساختار متفاوت است. جدی ترین تخریب TPU ناشی از برگشت پذیری واکنش تشکیل استر است. هنگامی که استر با آب در تماس است، بازسازی اسید مسئول واکنش اتوکاتالیستی است که منجر به تجزیه مولکول می شود. یورتان های پلی استر زمانی که در معرض رطوبت هوا قرار می گیرند بیشتر از غوطه ور شدن کامل در آب متلاشی می شوند. این به این دلیل است که وقتی در آب غوطه ور می شود، اسید تشکیل شده دائماً شسته می شود.

مقاومت هیدرولیز پلی اتر پلی یورتان 3 تا 5 برابر پلی استر پلی اورتان است، زیرا گروه اتر با آب واکنش نمی دهد.

دو دلیل وجود دارد که نفوذ آب منجر به کاهش عملکرد پلی یورتان می شود: یکی این که آب نفوذی پیوندهای هیدروژنی با گروه های قطبی در پلی یورتان ایجاد می کند که باعث تضعیف پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های پلیمر می شود. این فرآیند برگشت پذیر است. پس از بازیابی خواص فیزیکی.

مورد دوم این است که آب مهاجم پلی اورتان را هیدرولیز می کند که برگشت ناپذیر است.

پلی یورتان در اثر تابش طولانی مدت نور خورشید تغییر رنگ و تیره می شود و خواص فیزیکی آن به تدریج کاهش می یابد. باکتری های آنزیمی همچنین می توانند منجر به تخریب پلی اورتان شوند، بنابراین آنتی اکسیدان ها، جاذب های فرابنفش، عوامل ضد آنزیم و غیره به لاستیک پلی اورتان مورد استفاده در تولید صنعتی اضافه می شود.

2. خواص مکانیکی

استحکام کششی: استحکام کششی لاستیک پلی یورتان نسبتاً بالا است، به طور کلی به 28 تا 42 مگاپاسکال می رسد و TPU در وسط، حدود 35 مگاپاسکال است.

ازدیاد طول: به طور کلی تا 400 تا 600، حداکثر 1000 درصد است.

الاستیسیته: خاصیت ارتجاعی پلی یورتان نسبتاً زیاد است، اما افت هیسترزیس آن نیز نسبتاً زیاد است، بنابراین تولید گرما زیاد است. تحت شرایط بار خمش چندگانه و نورد با سرعت بالا به راحتی آسیب می بیند.

سختی: محدوده سختی پلی اورتان نسبت به سایر لاستیک ها وسیع تر است، کمترین آن سختی Shore 10 است و اکثر محصولات دارای سختی 45 تا 95 هستند. هنگامی که سختی بالاتر از 70 درجه باشد، استحکام کششی و استحکام کششی ثابت است. بالاتر از لاستیک طبیعی هنگامی که سختی 80 تا 90 درجه است، استحکام کششی، استحکام کششی ثابت و مقاومت پارگی بسیار بالا است.

استحکام پارگی: استحکام پارگی پلی اورتان نسبتاً زیاد است. وقتی دمای آزمایش به 100-110 درجه افزایش می‌یابد، قدرت پارگی معادل لاستیک استایرن-بوتادین است.

مقاومت در برابر سایش: مقاومت سایشی پلی اورتان بسیار خوب است، 9 برابر بیشتر از لاستیک طبیعی و 1 تا 3 برابر بیشتر از لاستیک استایرن-بوتادین.

الزامات پردازش

TPU دارای ویژگی های دوگانه پلاستیک و لاستیک است. این ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد است که ما را ملزم می کند که در طراحی قالب و قالب گیری تزریقی به طور ویژه تحت درمان قرار بگیریم.

طراحی قالب:

1. طراحی دونده:

از آنجایی که اسپرو مکانی است که بیشترین فشار را دارد، وقتی فشار تزریق آزاد می شود، میعانات موجود در اسپرو به دلیل انبساط الاستیک، مقاومت را افزایش می دهد که باعث چسبیدن نازل به قالب جلو می شود. بنابراین در هنگام طراحی قالب باید شیب قالب گیری اسپرو را تا حد امکان افزایش داد. . اندازه انتهای کوچک اسپرو نمی تواند کوچکتر از قطر نازل دستگاه قالب گیری تزریقی باشد. افزایش اندازه انتهای بزرگ نیاز به زمان خنک کننده اضافی دارد و چرخه تزریق را طولانی می کند. بنابراین، افزایش شیب قالب‌گیری عمدتاً با کوتاه کردن طول اسپرو محقق می‌شود.

در شرایط عادی، قطر انتهای کوچک کانال اصلی حدود 2.5 تا 3.{3}} میلی‌متر است، قطر انتهای بزرگ کمتر از 6.{5}} میلی‌متر است و طول نباید نباید باشد. بیش از 40 میلی متر در انتهای کانال اصلی، یک چاه سرد با قطر یکسان یا کمی بیشتر به اندازه انتهای بزرگ باید تنظیم شود تا چسب سرد جمع شود و خروجی آب کمانش کند.

قطر رانر باید به ساختار محصول و طول رانر بستگی داشته باشد. به طور کلی، نباید کمتر از 4.{1}} میلی متر باشد. کانال شنت یک شکل دایره ای برای به دست آوردن یک اثر خنک کننده بهتر اتخاذ می کند.

2. طراحی دروازه:

به دلیل سیالیت ضعیف TPU، عمق و عرض دروازه باید بزرگتر از سایر مواد ترموپلاستیک باشد تا از ناهماهنگی بین انقباض جانبی و طولی ناشی از جت و جهت مولکولی کلوئید عبوری از دروازه جلوگیری شود. ، در حالی که بعد طول آن کوچکتر از معمولی است تا عبور کلوئیدها را تسهیل کند. دریچه ای که بیش از حد طولانی باشد باعث خروج کلوئید در حین پر شدن می شود که بر ظاهر محصول تأثیر می گذارد. دریچه های پین که می توانند باعث برش بیش از حد و تولید گرما در مواد شوند باید تا حد امکان اجتناب شود.

3. طراحی شیار اگزوز:

خروجی اگزوز قالب باید به اندازه ای باشد که از سوختن محصول جلوگیری کند، به خصوص زمانی که جهت پر شدن مواد لاستیکی به شدت تغییر می کند و قسمتی که در نهایت محصول پر می شود، به تنظیم اگزوز توجه ویژه ای داشته باشید. عمق شیار اگزوز باید با توجه به نوع TPU متمایز شود. گاهی اوقات عمق شیار اگزوز فقط 0.01 میلی متر است و در شیار اگزوز پرده ای ایجاد می شود که رابطه مهمی با خواص مواد ویژه TPU دارد.

4. طراحی سیستم خنک کننده:

اثر خنک کنندگی قالب بهتر است. برای سایر مواد ترموپلاستیک، تا زمانی که لایه یخ زده روی سطح محصول در هنگام قالب گیری تزریقی از استحکام کافی برخوردار باشد، می توان محصول را در دمای بالاتری بیرون ریخت و قالب زد. برای TPU، هنگامی که دما بالا است، پیوندهای هیدروژنی بین مولکول ها بازسازی نمی شود و استحکام کششی محصول کم است. بیرون ریختن اجباری و قالب گیری تنها منجر به تغییر شکل محصول می شود. کلید به طور کامل بازیابی شده است، و TPU را می توان تنها زمانی از قالب خارج کرد که TPU دارای استحکام کافی باشد، که به بهتر شدن اثر خنک کنندگی قالب نیاز دارد.

5. تعیین نرخ انقباض:

نرخ انقباض TPU با نام تجاری TPU مورد استفاده، ضخامت و ساختار محصول و دما و فشار در طول قالب گیری تزریقی بسیار متفاوت است و محدوده آن بین {0}}}.1 درصد و 2.0 درصد است. . هنگام طراحی قالب، نه تنها باید به داده های نرخ انقباض ماده اولیه رجوع کرد، بلکه با توجه به ساختار و ضخامت محصول، دما و فشار تزریق را برای استفاده در قالب گیری تزریقی تخمین زد و اصلاحات مناسب را انجام داد. برای محصولاتی با موقعیت‌های چسب موضعی ضخیم‌تر، فشار مورد نیاز برای قالب‌گیری تزریقی بزرگ‌تر است و نرخ انقباض محصول قالب‌گیری شده کمتر است، بنابراین لازم است میزان انقباض TPU کاهش یابد. برای محصولات با موقعیت چسب نسبتا یکنواخت و محصول ضخیم، مقدار نرخ انقباض باید به طور مناسب افزایش یابد.

پردازش تزریقی

1. خشک کردن مواد اولیه زیرا نفوذ رطوبت می تواند TPU را تخریب کند

هنگامی که میزان رطوبت TPU از 0.2 درصد بیشتر شود، نه تنها ظاهر محصول تحت تأثیر قرار می‌گیرد، بلکه خواص مکانیکی نیز آشکارا بدتر می‌شود و محصول قالب‌گیری تزریقی خاصیت ارتجاعی و استحکام پایینی دارد. بنابراین قبل از قالب گیری باید به مدت 2 تا 3 ساعت در دمای 80 درجه تا 110 درجه خشک شود.

2. تمیز کردن بشکه

بشکه دستگاه قالب گیری تزریقی باید تمیز شود و اختلاط مواد اولیه بسیار کمی دیگر استحکام مکانیکی محصول را کاهش می دهد. بشکه های تمیز شده با ABS، PMMA و PE باید قبل از قالب گیری تزریق دوباره با مواد نازل TPU تمیز شوند و مواد باقیمانده در بشکه باید با مواد نازل TPU حذف شوند.

3. کنترل دمای پردازش

دمای پردازش TPU بر اندازه نهایی، ظاهر و تغییر شکل محصول تأثیر مهمی دارد. دما به درجه TPU مورد استفاده و شرایط خاص طراحی قالب بستگی دارد. روند کلی این است که برای به دست آوردن یک نرخ انقباض کوچک، دمای پردازش باید افزایش یابد. برای به دست آوردن نرخ انقباض زیاد، دمای پردازش باید کاهش یابد. حتی در محدوده دمای معمولی پردازش TPU، اگر ماده خام برای مدت طولانی در بشکه بماند، منجر به تخریب حرارتی TPU می شود و مواد باقی مانده در بشکه باید قبل از قالب گیری تزریق تخلیه شوند. کنترل دمای نازل نیز بسیار مهم است. در شرایط عادی باید حدود 5 درجه بالاتر از دمای قسمت جلویی بشکه باشد.

4. کنترل سرعت تزریق و فشار

سرعت تزریق کمتر و زمان ماندگاری بیشتر، جهت گیری مولکولی را افزایش می دهد، و اگرچه ممکن است اندازه محصول کوچکتر به دست آید، تغییر شکل محصول بزرگتر خواهد بود و تفاوت بین انقباض عرضی و طولی زیاد خواهد بود. فشار نگهدارنده زیاد همچنین باعث می شود کلوئید بیش از حد در قالب فشرده شود و اندازه محصول پس از قالب گیری بزرگتر از اندازه حفره قالب است.

5. کنترل سرعت ذوب و فشار برگشتی

مواد TPU نسبت به برش حساس تر هستند. هنگامی که حرارت برشی تولید شده توسط سرعت ذوب بالا و فشار برگشتی بیش از حد بالا باشد، منجر به تخریب حرارتی TPU خواهد شد. بنابراین، سرعت کم یا متوسط ​​به طور کلی برای ذوب TPU استفاده می شود. اگر چرخه قالب‌گیری تزریقی طولانی باشد، باید از عملکرد ذوب تاخیری استفاده کرد و پس از اتمام ذوب، باز شدن قالب شروع می‌شود تا از ماندن بیش از حد مواد خام در بشکه و تخریب آن جلوگیری شود.