Термопластичный полиуретан (ТПУ) входит в класс полимеров. Это эластомер с признаками пластмассы и каучука — уретановые связи соединяют органические элементы. Эластомер растягивается как резина. Вещи из этого полимера не теряют гибкость при морозе 60 градусов, не тают при жаре 80 градусов, не реагируют на жиры и масла, устойчивы к износу и трению.
Основным компонентом для производства вещества бывают алифатический изоцианат, простые и сложные полиэфиры. Первые уменьшают хрупкость при морозе и увеличивают сопротивляемость ультрафиолету. Вторые придают изделиям морозостойкость, устойчивость к износу и защиту от микробов. Третьи увеличивают коэффициент растяжения и восстановления после деформации.
История появления
Источники выдвигают разные версии об истории создания химической новинки. По одной из них, всё началось с бильярда.
Компания по изготовлению аксессуаров для игры на зелёном сукне объявила: десять тысяч долларов тому, кто отыщет замену слоновой кости, придумает новые материалы. Через четыре года поисков американский изобретатель Джон Уэсли Хайат явил идею использования нитроцеллюлозы. Изобретатель воспользовался итогами работ английского металлурга Александра Паркса на Большой мировой выставке 1855 года.
Американец не продал результат научных поисков, а организовал на паях с братом собственное изготовление пластмасс. Они придумали специальный агрегат для литья пластмассы. Через 36 месяцев конкуренты взяли патент на технику для литья под давлением. Технологию запатентовали в первом десятилетии ХХ века. Ещё пятнадцать лет машины для изготовления пластмассовых заготовок делали не сложные формы.
Затем немецкие технологи в четвертый раз изобрели процесс литья под давлением, оформив технические условия на процесс литья изделий с непростой формой. Немецкий же учёный Байер синтезировал TPU-материал в четвёртом десятилетии двадцатого века.
К середине ХХ века придумали машину для изготовления тонкостенных изделий. Начался массовый выпуск полимера.
Производство TPU-материала
Компоненты ТПУ химически обрабатывают, и в виде гранул загружают в бункер автомата, оттуда происходит шнековая подача в камеру разогрева.
На термопластавтоматах изготавливают бруски, полосы, листы – простые формы. Разогретая пластичная масса из гранул полиуретана выдавливается через отверстие заданной конфигурации в машине. Процесс называется экструзия.
Для изготовления сложных деталей применяют процесс инжекции – впрыска пластичной массы в литьевую форму.
Перед переработкой требуется произвести сушку сырья: 6 часов при 80 градусах или 2 часа при 100 градусах.
Готовые изделия две — три недели держат в тёплом помещении. Так достигаются параметры эксплуатации вещи. Для сокращения сроков выдержки изделия помещают в печь на 16 часов и сушат при температуре 105 градусов.
Отличия от других пластмасс
Изделия из TPU-материала характеризуются высокой степенью твёрдости, ими нивелируют воздействие сильных механических нагрузок.
При высокой твердости детали эластичны, прочны и устойчивы к деформации, не раскалываются при ударе.
Полиуретановая продукция устойчива к воздействию абразивных веществ твёрдого состояния, с помощью которых полируют и шлифуют поверхности.
Термопластичный полиуретан идёт на изготовление простых и сложных форм, и толстых изделий.
На ТПУ не селится плесень и микробы.
Преимущества и минусы
Плюсы TPU-материала:
- ТПУ переносит нагрузки большие, нежели резина, эластичнее в два раза, прочнее в два раза, легко восстанавливается после деформации. Данный материал не реагирует на масла, не сцепляется с грязью и изнашивается в три раза медленнее.
- Полиуретан легче металла, эластичнее, не электропроводен, имеет высокое сопротивление к абразиву. Соотношение стоимости к долговечности – в пользу TPU.
- Низкая плотность полимера 1,280 г/см3 по сравнению с резиной 1,500 г/см3 и сталью 7,800 г/см3 уменьшает вес готового изделия.
- За счет добавок можно производить полимерный материал с программируемым коэффициентом трения.
- Существует возможность выпускать продукцию со свойством растяжения в 6 раз.
- Вещество допускает, нагрев до 120 градусов
Но, термопластичный полиуретан имеет и минусы:
- Технология переработки отходов химического вещества – объект постоянных научных разработок. Трудность переработки производственных отходов – основной минус вещества.
- Сфера применения может превратить положительные свойства вещества в минусы.
- В автомобилестроении TPU применяют для шарнира из двух втулок и прокладки между ними. Шарнир применяют в передней и задней подвесках, для крепления двигателя и коробки передач. Прокладку делают из резины и из полиуретана. Но изделия из ТПУ жёстче, деформируется скручиванием, а на морозе твердеют и легко разрушаются.
- В обувной промышленности тоже используют TPU, но он не пропускает воздух, что вредно отражается на здоровье ног.
Применение TPU-материала
В производстве товаров народного потребления TPU-материал применяется в следующих отраслях.
• Машиностроение – формовка шин, уплотнителей, сальников, автомобильных прокладок. Валы, шестерни и вибростойкие детали из полиуретана применяют на внутризаводском транспорте, в горной и нефтегазодобывающей промышленности.
• Шланги, электропровода и кабели. Выбор материала для изготовления кабельной продукции учитывает особенности ТПУ: удлинение в 5-8 раз, прочность на разрыв 5,5МПа, выдерживание растягивающих нагрузок в диапазоне 21-55 МПа. Благодаря коэффициенту твёрдости по Шору 85-90, ПУ применяют как защитную оболочку кабеля с динамической нагрузкой, там, где есть воздействие вибрации и ударной силы.
• Выпуск обуви. Высокая прочность полиуретана увеличивает время эксплуатации обуви.
Товары для спорта (накладки для защиты тела, плёнка на лыжи и на сноуборды, спортивная обувь);
• Текстиль, искусственная кожа;
• TPU чехлы для мобильных телефонов.
