1958 registrierte die Goodrich Chemical Company (heute Lubrizol) erstmals die TPU-Marke Estane. In den letzten 40 Jahren entstanden weltweit über 20 Markennamen, von denen jede mehrere Produktreihen umfasst. Zu den TPU-Rohstoffherstellern zählen derzeit vor allem BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical usw.
1. TPU-Kategorie
Entsprechend der Struktur des weichen Segments kann es in Polyestertyp, Polyethertyp und Butadientyp unterteilt werden, die jeweils Estergruppen, Ethergruppen oder Butengruppen enthalten.
Entsprechend der Hartsegmentstruktur kann es in Urethantyp und Urethanharnstofftyp unterteilt werden, die jeweils aus Ethylenglykol-Kettenverlängerern oder Diamin-Kettenverlängerern gewonnen werden. Die allgemeine Klassifizierung ist in Polyestertyp und Polyethertyp unterteilt.
Je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Vernetzung kann man zwischen reinen Thermoplasten und halbthermoplastischen Kunststoffen unterscheiden.
Ersteres weist eine rein lineare Struktur und keine Vernetzungsbindungen auf; Letzteres enthält eine geringe Menge an Vernetzungsbindungen wie beispielsweise Allophansäureester.
Je nach Verwendungszweck der Fertigprodukte können diese in Profilteile (verschiedene Maschinenelemente), Rohre (Hüllen, Stabprofile), Folien (Bleche, dünne Platten), Klebstoffe, Beschichtungen, Fasern usw. unterteilt werden.
2. Synthese von TPU
TPU gehört hinsichtlich seiner Molekularstruktur zu den Polyurethanen. Wie ist es also aggregiert?
Je nach Syntheseverfahren wird hauptsächlich zwischen Massepolymerisation und Lösungspolymerisation unterschieden.
Bei der Massenpolymerisation kann man je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Vorreaktion auch zwischen einer Vorpolymerisationsmethode und einer Ein-Schritt-Methode unterscheiden:
Bei der Präpolymerisationsmethode wird Diisocyanat über einen bestimmten Zeitraum mit makromolekularen Diolen umgesetzt, bevor eine Kettenverlängerung zur Herstellung von TPU hinzugefügt wird.
Bei der einstufigen Methode werden makromolekulare Diole, Diisocyanate und Kettenverlängerer gleichzeitig gemischt und reagieren gelassen, um TPU zu bilden.
Bei der Lösungspolymerisation wird zunächst Diisocyanat in einem Lösungsmittel gelöst, dann werden makromolekulare Diole hinzugefügt, die für eine bestimmte Zeit 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 Aggregatzustand des TPU können die Dichte von TPU beeinflussen. Bei einer Dichte von etwa 1,10–1,25 besteht kein signifikanter Unterschied zu anderen Gummis und Kunststoffen.
Bei gleicher Härte ist die Dichte von TPU vom Polyethertyp geringer als die von TPU vom Polyestertyp.
3. Verarbeitung von TPU
Zur Bildung des Endprodukts sind bei TPU-Partikeln verschiedene Prozesse erforderlich. Bei der TPU-Verarbeitung kommen hauptsächlich Schmelz- und Lösungsverfahren zum Einsatz.
Die Schmelzverarbeitung ist ein häufig verwendetes Verfahren in der Kunststoffindustrie, wie beispielsweise Mischen, Walzen, Extrudieren, Blasformen und Formen.
Bei der Lösungsverarbeitung handelt es sich um den Prozess der Herstellung einer Lösung durch Auflösen von Partikeln in einem Lösungsmittel oder durch direktes Polymerisieren dieser in einem Lösungsmittel und anschließendes Beschichten, Schleudern usw.
Das aus TPU hergestellte Endprodukt erfordert im Allgemeinen keine Vulkanisationsvernetzungsreaktion, was den Produktionszyklus verkürzen und Abfallmaterialien recyceln kann.
4. Leistung von TPU
TPU verfügt über einen hohen Modul, eine hohe Festigkeit, eine hohe Dehnung und Elastizität sowie eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, Ölbeständigkeit, Kältebeständigkeit und Alterungsbeständigkeit.
Hohe Zugfestigkeit, hohe Dehnung und geringe bleibende Verformungsrate bei langfristiger Kompression sind allesamt bedeutende Vorteile von TPU.
XiaoU wird hauptsächlich auf die mechanischen Eigenschaften von TPU im Hinblick auf Aspekte wie Zugfestigkeit und Dehnung, Elastizität, Härte usw. eingehen.
Hohe Zugfestigkeit und hohe Dehnung
TPU weist eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und Dehnung auf. Die Daten in der folgenden Abbildung zeigen, dass die Zugfestigkeit und Dehnung von TPU vom Polyethertyp deutlich besser sind als die von Polyvinylchlorid-Kunststoff und Gummi.
Darüber hinaus kann TPU die Anforderungen der Lebensmittelindustrie erfüllen, ohne dass während der Verarbeitung nur wenige oder gar keine Zusatzstoffe hinzugefügt werden müssen, was auch für andere Materialien wie PVC und Gummi nur schwer zu erreichen ist.
Die Resilienz ist sehr temperaturempfindlich
Die Elastizität von TPU gibt an, wie schnell es nach Abbau der Verformungsspannung in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Sie wird als Rückstellenergie ausgedrückt, also als Verhältnis der zur Verformung erforderlichen Arbeit zur Verformung. Sie ist eine Funktion des dynamischen Moduls und der inneren Reibung eines elastischen Körpers und reagiert sehr temperaturempfindlich.
Die Rückfederung nimmt mit sinkender Temperatur 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 dem Rückfedern von der Oberfläche eines Hartmetalls.
Der Härtebereich liegt zwischen Shore A60 und D80
Die Härte ist ein Indikator für die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Verformungen, Riefen und Kratzern.
Die Härte von TPU wird üblicherweise mit Shore-A- und Shore-D-Härteprüfern gemessen, wobei Shore A für weichere TPUs und Shore D für härtere TPUs verwendet wird.
Die Härte von TPU lässt sich durch die Anpassung des Anteils weicher und harter Kettensegmente einstellen. Daher verfügt TPU über einen relativ breiten Härtebereich von Shore A60 bis Shore D80, der die Härte von Gummi und Kunststoff abdeckt, und weist über den gesamten Härtebereich eine hohe Elastizität auf.
Mit zunehmender Härte können sich auch einige Eigenschaften von TPU ändern. So führt eine Erhöhung der TPU-Härte beispielsweise zu Leistungsänderungen wie einem höheren Zugmodul und einer höheren Reißfestigkeit, einer höheren Steifigkeit und Druckspannung (Tragfähigkeit), einer geringeren Dehnung, einer höheren Dichte und dynamischen Wärmeentwicklung sowie einer höheren Umweltbeständigkeit.
5. Anwendung von TPU
Als hervorragendes Elastomer ist TPU in vielen nachgelagerten Produktrichtungen einsetzbar und wird häufig in Produkten des täglichen Bedarfs, Sportartikeln, Spielzeugen, Dekorationsmaterialien und anderen Bereichen verwendet.
Schuhmaterialien
TPU wird aufgrund seiner hervorragenden Elastizität und Verschleißfestigkeit hauptsächlich für Schuhmaterialien verwendet. Schuhe mit TPU bieten einen deutlich höheren Tragekomfort als herkömmliche Schuhe und werden daher häufiger für hochwertige Schuhe verwendet, insbesondere für einige Sport- und Freizeitschuhe.
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, Autos, Motorräder und Werkzeugmaschinen verwendet.
Kabel
TPU bietet Reißfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Biegeeigenschaften, wobei die Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen entscheidend für die Kabelleistung ist. Auf dem chinesischen Markt werden TPUs daher für anspruchsvolle Kabel wie Steuerkabel und Stromkabel zum Schutz der Beschichtungsmaterialien komplexer Kabelkonstruktionen verwendet, und ihre Anwendung findet immer mehr Verbreitung.
Medizinische Geräte
TPU ist ein sicheres, stabiles und hochwertiges PVC-Ersatzmaterial, das frei von Phthalaten und anderen chemischen Schadstoffen ist und nicht in das Blut oder andere Flüssigkeiten im medizinischen Katheter oder im medizinischen Beutel übergeht und dort Nebenwirkungen verursacht. Es handelt sich außerdem um ein speziell entwickeltes TPU für Extrusion und Injektion.
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 Witterungsbeständigkeit werden TPU-Folien häufig in der Industrie, bei Schuhmaterialien, in der Bekleidungsherstellung, in der Automobilindustrie, der Chemie, Elektronik, Medizin und anderen Bereichen eingesetzt.
Beitragszeit: 05.02.2020