Im Jahr 1958 registrierte die Goodrich Chemical Company (heute in Lubrizol umbenannt) erstmals die TPU-Marke Estane. In den letzten 40 Jahren gab es weltweit mehr als 20 Markennamen, und jede Marke verfügt über mehrere Produktserien. Zu den TPU-Rohstoffherstellern zählen derzeit hauptsächlich BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical usw.
1、Kategorie von TPU
Entsprechend der Weichsegmentstruktur kann es in Polyestertyp, Polyethertyp und Butadientyp unterteilt werden, die jeweils eine Estergruppe, eine Ethergruppe oder eine Butengruppe enthalten.
Entsprechend der Hartsegmentstruktur kann es in Urethantyp und Urethanharnstofftyp unterteilt werden, die jeweils aus Ethylenglykol-Kettenverlängerern oder Diamin-Kettenverlängerern erhalten werden. Die übliche Klassifizierung ist in Polyestertyp und Polyethertyp unterteilt.
Je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Vernetzung kann es in reine Thermoplaste und Halbthermoplaste unterteilt werden.
Ersteres hat eine rein lineare Struktur und keine vernetzenden Bindungen; Letzteres enthält eine kleine Menge vernetzter Bindungen wie Allophansäureester.
Je nach Verwendungszweck lassen sich die Fertigprodukte in Profilteile (verschiedene Maschinenelemente), Rohre (Hüllen, Stabprofile), Folien (Bleche, dünne Platten), Klebstoffe, Beschichtungen, Fasern usw. unterteilen.
2、 Synthese von TPU
Von der molekularen Struktur her gehört TPU zu Polyurethan. Wie kam es also zur Aggregation?
Je nach Syntheseverfahren wird es hauptsächlich in Massenpolymerisation und Lösungspolymerisation unterteilt.
Bei der Massepolymerisation kann man je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Vorreaktion auch in eine Vorpolymerisationsmethode und eine einstufige Methode unterscheiden:
Bei der Vorpolymerisationsmethode wird Diisocyanat über einen bestimmten Zeitraum mit makromolekularen Diolen umgesetzt, bevor die Kette verlängert wird, um TPU herzustellen.
Bei der einstufigen Methode werden makromolekulare Diole, Diisocyanate und Kettenverlängerer gleichzeitig gemischt und zur Reaktion gebracht, um TPU zu bilden.
Bei der Lösungspolymerisation wird zunächst Diisocyanat in einem Lösungsmittel gelöst, dann werden makromolekulare Diole hinzugefügt, um über einen bestimmten Zeitraum zu reagieren, und schließlich werden Kettenverlängerer hinzugefügt, um TPU zu erzeugen.
Die Art des TPU-Weichsegments, das Molekulargewicht, der Gehalt an Hart- oder Weichsegmenten und der TPU-Aggregatzustand können die Dichte von TPU beeinflussen, wobei die Dichte etwa 1,10–1,25 beträgt, und es gibt keinen signifikanten Unterschied im Vergleich zu anderen Kautschuken und Kunststoffen.
Bei gleicher Härte ist die Dichte von TPU vom Polyethertyp geringer als die von TPU vom Polyestertyp.
3、 Verarbeitung von TPU
TPU-Partikel erfordern verschiedene Prozesse, um das Endprodukt zu bilden, wobei bei der TPU-Verarbeitung hauptsächlich Schmelz- und Lösungsverfahren zum Einsatz kommen.
Die Schmelzverarbeitung ist ein häufig verwendeter Prozess in der Kunststoffindustrie, wie z. B. Mischen, Walzen, Extrudieren, Blasformen und Formen;
Lösungsverarbeitung ist der Prozess der Herstellung einer Lösung durch Auflösen von Partikeln in einem Lösungsmittel oder direktes Polymerisieren derselben in einem Lösungsmittel und anschließendes Beschichten, Spinnen usw.
Das aus TPU hergestellte Endprodukt erfordert im Allgemeinen keine Vulkanisationsvernetzungsreaktion, was den Produktionszyklus verkürzen und Abfallmaterialien recyceln kann.
4、 Leistung von TPU
TPU hat einen hohen Modul, eine hohe Festigkeit, eine hohe Dehnung und Elastizität, eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, Ölbeständigkeit, Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen und Alterungsbeständigkeit.
Hohe Zugfestigkeit, hohe Dehnung und niedrige bleibende Verformungsrate bei langfristiger Kompression sind allesamt wesentliche Vorteile von TPU.
XiaoU wird hauptsächlich auf die mechanischen Eigenschaften von TPU unter Aspekten wie Zugfestigkeit und Dehnung, Belastbarkeit, Härte usw. eingehen.
Hohe Zugfestigkeit und hohe Dehnung
TPU verfügt über eine hervorragende Zugfestigkeit und Dehnung. Aus den Daten in der Abbildung unten können wir ersehen, dass die Zugfestigkeit und Dehnung von TPU vom Polyethertyp viel besser sind als die von Polyvinylchlorid-Kunststoff und -Gummi.
Darüber hinaus kann TPU die Anforderungen der Lebensmittelindustrie erfüllen, ohne dass bei der Verarbeitung Zusatzstoffe hinzugefügt werden, was bei anderen Materialien wie PVC und Gummi ebenfalls schwierig ist.
Resilienz ist sehr temperaturempfindlich
Die Elastizität von TPU bezieht sich auf den Grad, in dem es nach dem Abbau der Verformungsspannung schnell wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, ausgedrückt als Erholungsenergie, die das Verhältnis der Verformungs-Rückzugsarbeit zur Arbeit ist, die zur Erzeugung einer Verformung erforderlich ist. Sie ist eine Funktion des dynamischen Moduls und der inneren Reibung eines elastischen Körpers und reagiert sehr temperaturempfindlich.
Mit sinkender Temperatur nimmt der Rückprall bis zu einer bestimmten Temperatur ab und die Elastizität nimmt schnell wieder zu. Diese Temperatur ist die Kristallisationstemperatur des Weichsegments, die durch die Struktur des makromolekularen Diols bestimmt wird. TPU vom Polyethertyp ist niedriger als TPU vom Polyestertyp. Bei Temperaturen unterhalb der Kristallisationstemperatur wird das Elastomer sehr hart und verliert seine Elastizität. Daher ähnelt die Elastizität einem Rückprall von der Oberfläche eines Hartmetalls.
Der Härtebereich liegt zwischen Shore A60-D80
Die Härte ist ein Indikator für die Fähigkeit eines Materials, Verformungen, Riefen und Kratzern zu widerstehen.
Die Härte von TPU wird üblicherweise mit Shore A- und Shore D-Härteprüfgeräten gemessen, wobei Shore A für weichere TPUs und Shore D für härtere TPUs verwendet wird.
Die Härte von TPU kann durch Anpassung des Anteils an weichen und harten Kettensegmenten angepasst werden. Daher verfügt TPU über einen relativ breiten Härtebereich, der von Shore A60 bis D80 reicht und die Härte von Gummi und Kunststoff abdeckt, und weist über den gesamten Härtebereich eine hohe Elastizität auf.
Wenn sich die Härte ändert, können sich einige Eigenschaften von TPU ändern. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Härte von TPU zu Leistungsänderungen wie erhöhtem Zugmodul und höherer Reißfestigkeit, erhöhter Steifigkeit und Druckspannung (Belastbarkeit), verringerter Dehnung, erhöhter Dichte und dynamischer Wärmeerzeugung sowie erhöhter Umweltbeständigkeit.
5、 Anwendung von TPU
Als ausgezeichnetes Elastomer verfügt TPU über ein breites Spektrum an nachgelagerten Produktrichtungen und wird häufig in Alltagsbedarfsartikeln, Sportartikeln, Spielzeug, Dekorationsmaterialien und anderen Bereichen eingesetzt.
Schuhmaterialien
Aufgrund seiner hervorragenden Elastizität und Verschleißfestigkeit wird TPU hauptsächlich für Schuhmaterialien verwendet. Schuhprodukte, die TPU enthalten, sind viel angenehmer zu tragen als normale Schuhprodukte und werden daher häufiger in High-End-Schuhprodukten verwendet, insbesondere in einigen Sport- und Freizeitschuhen.
Schlauch
Aufgrund ihrer Weichheit, guten Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen werden TPU-Schläuche in China häufig als Gas- und Ölschläuche für mechanische Geräte wie Flugzeuge, Panzer, Automobile, Motorräder und Werkzeugmaschinen verwendet.
Kabel
TPU bietet Reißfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Biegeeigenschaften, wobei die Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen der Schlüssel zur Kabelleistung ist. Daher nutzen auf dem chinesischen Markt fortschrittliche Kabel wie Steuerkabel und Stromkabel TPUs, um die Beschichtungsmaterialien komplexer Kabeldesigns zu schützen, und ihre Anwendungen werden immer weiter verbreitet.
Medizinische Geräte
TPU ist ein sicheres, stabiles und hochwertiges PVC-Ersatzmaterial, das kein Phthalat und andere chemische Schadstoffe enthält und in das Blut oder andere Flüssigkeiten im medizinischen Katheter oder medizinischen Beutel übergeht und Nebenwirkungen verursacht. Es handelt sich außerdem um ein speziell entwickeltes TPU in Extrusions- und Spritzgussqualität.
Film
TPU-Folie ist eine dünne Folie, die durch spezielle Verfahren wie Walzen, Gießen, Blasen und Beschichten aus TPU-Granulat hergestellt wird. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit, Verschleißfestigkeit, guten Elastizität und Wetterbeständigkeit werden TPU-Folien häufig in der Industrie, bei Schuhmaterialien, in der Bekleidungsindustrie, in der Automobilindustrie, in der Chemie, Elektronik, Medizin und anderen Bereichen eingesetzt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.02.2020