Cos'è il poliuretano?
Il cosiddetto poliuretano è l'abbreviazione di poliuretano, che è formato dalla reazione di poliisocianato e poliolo, e contiene molti gruppi uretanici ripetuti (-NH-CO-O-) nella catena molecolare. Nella vera e propria resina poliuretanica sintetica, oltre al gruppo uretanico, ci sono anche gruppi come l'urea e il biureto. I polioli sono molecole a catena lunga con gruppi ossidrile all'estremità, che sono chiamati "segmenti morbidi", e i poliisocianati sono chiamati "segmenti duri".
Nella resina poliuretanica generata dai segmenti morbidi e duri, l'uretano è solo una minoranza, quindi non è necessariamente appropriato chiamarlo poliuretano. In senso lato, il poliuretano è un polimero di addizione di isocianato.
Diversi tipi di isocianati reagiscono con composti poliidrossilici per formare poliuretani di varie strutture, ottenendo così materiali polimerici con proprietà diverse, come plastica, gomme, rivestimenti, fibre, adesivi, ecc. Gomma poliuretanica
La gomma poliuretanica è stata sviluppata con successo per la prima volta in Germania nel 1940 ed è stata immessa nella produzione industriale dopo il 1952, mentre il mio paese è stato sviluppato e messo in produzione a metà-1960. La gomma poliuretanica appartiene a un tipo di gomma speciale, che viene preparata dalla reazione di polietere o poliestere con isocianato. Esistono molte varietà dovute a diversi tipi di materie prime, condizioni di reazione e metodi di reticolazione. In termini di struttura chimica, ci sono tipo poliestere e tipo polietere, e in termini di metodo di lavorazione, ci sono tre tipi: tipo di miscelazione, tipo di colata e tipo termoplastico.
La gomma poliuretanica sintetica è generalmente prodotta facendo reagire poliestere lineare o polietere con diisocianato per produrre un prepolimero a basso peso molecolare. Dopo la reazione di estensione della catena, si forma un polimero ad alto peso molecolare e quindi viene aggiunto un appropriato agente reticolante per riscaldarlo. Indurita per diventare gomma vulcanizzata, questo metodo è chiamato metodo di prepolimerizzazione o metodo in due fasi.
È anche possibile utilizzare un metodo in una fase: il poliestere lineare o il polietere viene miscelato direttamente con diisocianato, estensore di catena e agente reticolante, in modo che la reazione avvenga per generare gomma poliuretanica.
Gomma poliuretanica termoplastica (TPU)
La gomma poliuretanica termoplastica è un polimero lineare a blocchi di tipo n (AB), A rappresenta poliestere o polietere ad alto peso molecolare (peso molecolare 1000-6000), chiamato a catena lunga, B rappresenta 2-12 carboni lineari Il diolo atomico è una catena corta e il legame chimico tra i segmenti AB è diisocianato.
La relazione tra la struttura e le proprietà fisiche del TPU
1. Struttura del segmento
Il segmento A nella molecola di TPU rende la catena macromolecolare facile da ruotare, conferendo alla gomma poliuretanica una buona elasticità, riducendo il punto di rammollimento e punto di transizione secondario del polimero e riducendo la durezza e la resistenza meccanica. Il segmento B legherà la rotazione della catena macromolecolare, in modo che il punto di rammollimento e il punto di transizione secondario del polimero siano aumentati, la durezza e la resistenza meccanica siano aumentate e l'elasticità sia diminuita. Regolando il rapporto molare tra A e B, è possibile preparare TPU con diverse proprietà meccaniche.
2. Struttura reticolata
Oltre alla reticolazione primaria, la struttura di reticolazione del TPU deve considerare anche la reticolazione secondaria formata da legami idrogeno intermolecolari. Il legame di reticolazione primario del poliuretano è diverso dalla struttura di vulcanizzazione della gomma idrossile e il suo gruppo uretanico, biureto, gruppo allofanato e altri gruppi sono regolarmente e distanziati in segmenti rigidi, quindi la gomma ottenuta ha una struttura a rete regolare, quindi ha un'eccellente resistenza all'usura e altre eccellenti proprietà.
In secondo luogo, poiché la gomma poliuretanica contiene molti gruppi come gruppi urea o gruppi uretanici con grande energia coesiva, i legami idrogeno formati tra le catene molecolari hanno un'elevata resistenza e anche la reticolazione secondaria formata dai legami idrogeno La salute ha un'influenza importante sulle proprietà di gomma poliuretanica. La reticolazione secondaria fa sì che la gomma poliuretanica abbia le caratteristiche dell'elastomero termoindurente da un lato e, dall'altro, la reticolazione non è realmente reticolazione, è una reticolazione virtuale e la reticolazione lo stato dipende dalla temperatura.
All'aumentare della temperatura, questa reticolazione si indebolisce gradualmente e scompare, e il polimero ha una certa fluidità e può essere trattato termoplasticamente. Quando la temperatura viene abbassata, questa reticolazione viene gradualmente ripristinata e formata di nuovo. L'aggiunta di una piccola quantità di riempitivo aumenta la distanza tra le molecole, la capacità di formare legami idrogeno tra le molecole è indebolita e la forza diminuirà drasticamente.
3. La stabilità del gruppo
La ricerca mostra che l'ordine di stabilità di ciascun gruppo in gomma poliuretanica dall'alto verso il basso è: estere, etere, urea, uretano, biureto. Nel processo di invecchiamento della gomma poliuretanica, il primo è il gruppo del biureto e dell'urea. I legami incrociati del formiato vengono scissi, seguiti dai legami dell'uretano e dell'urea, cioè la catena principale viene scissa.
Proprietà della gomma poliuretanica
Il modulo elastico del TPU è tra gomma e plastica. La sua più grande caratteristica è che ha durezza ed elasticità, che non si trovano in altre gomme e plastiche.
Il TPU è diviso in due tipi: tipo poliestere e tipo polietere. Rispetto alle proprietà fisiche, il tipo in poliestere ha prestazioni migliori per la gomma a bassa durezza, mentre il tipo in polietere è migliore per la gomma ad alta durezza. La gomma poliestere ha una migliore resistenza all'olio, resistenza al calore e adesione al metallo, mentre il tipo polietere è migliore per resistenza all'idrolisi, resistenza al freddo e proprietà antibatteriche.
1. Caratteristiche ambientali
Il TPU ha generalmente una buona resistenza alla temperatura, la temperatura per un uso continuo a lungo termine è compresa tra 80 e 90 gradi e può raggiungere circa 120 gradi in breve tempo. Buona anche la resistenza alle basse temperature del poliuretano. La temperatura di fragilità del poliuretano poliestere è -40 grado C, mentre il poliuretano polietere è -70 ~ -80 grado C, ma diventerà duro a bassa temperatura.
La resistenza all'olio del TPU è relativamente buona, ma la resistenza all'acqua varia a seconda della struttura. La degradazione più grave del TPU è causata dalla reversibilità della reazione di formazione dell'estere. Quando l'estere viene a contatto con l'acqua, la riformazione dell'acido è responsabile della reazione autocatalitica che porta alla disintegrazione della molecola. Gli uretani di poliestere si disintegrano maggiormente se esposti all'umidità nell'aria rispetto a quando sono completamente immersi nell'acqua. Questo perché quando immerso in acqua, l'acido formato viene costantemente lavato via.
La resistenza all'idrolisi del polietere poliuretano è da 3 a 5 volte quella del poliestere poliuretano, poiché il gruppo etere non reagisce con l'acqua.
Ci sono due ragioni per cui l'intrusione di acqua porta al declino delle prestazioni del poliuretano: una è che l'acqua intrusa forma legami idrogeno con i gruppi polari nel poliuretano, che indebolisce i legami idrogeno tra le molecole del polimero. Questo processo è reversibile. Dopo che le proprietà fisiche sono state ripristinate.
La seconda è che l'acqua invadente idrolizza il poliuretano, che è irreversibile.
Il poliuretano scolorirà e si scurirà in caso di esposizione prolungata alla luce solare e le sue proprietà fisiche diminuiranno gradualmente. I batteri enzimatici possono anche portare alla degradazione del poliuretano, quindi alla gomma poliuretanica utilizzata nella produzione industriale vengono aggiunti antiossidanti, assorbitori di raggi ultravioletti, agenti antienzimatici, ecc.
2. Proprietà meccaniche
Resistenza alla trazione: la resistenza alla trazione della gomma poliuretanica è relativamente alta, generalmente raggiunge da 28 a 42 MPa e il TPU è nel mezzo, circa 35 MPa.
Allungamento: generalmente fino a 400 a 600, il massimo è del 1000 percento.
Elasticità: l'elasticità del poliuretano è relativamente alta, ma anche la sua perdita di isteresi è relativamente grande, quindi la generazione di calore è elevata. Si danneggia facilmente nelle condizioni di carico di flessione multipla e rotolamento ad alta velocità.
Durezza: la gamma di durezza del poliuretano è più ampia di quella di altre gomme, la più bassa è la durezza Shore 10 e la maggior parte dei prodotti ha una durezza compresa tra 45 e 95. Quando la durezza è superiore a 70 gradi, la resistenza alla trazione e la resistenza all'allungamento fisso sono superiori a quelli della gomma naturale. Quando la durezza è compresa tra 80 e 90 gradi, la resistenza alla trazione, la resistenza all'allungamento fisso e la resistenza allo strappo sono piuttosto elevate.
Resistenza allo strappo: la resistenza allo strappo del poliuretano è relativamente alta. Quando la temperatura del test sale a 100-110 gradi , la resistenza allo strappo è equivalente a quella della gomma stirene-butadiene.
Resistenza all'usura: la resistenza all'usura del poliuretano è molto buona, 9 volte superiore a quella della gomma naturale e da 1 a 3 volte superiore a quella della gomma stirene-butadiene
Requisiti di elaborazione
Il TPU ha le doppie caratteristiche di plastica e gomma. Sono queste caratteristiche fisiche e chimiche uniche che ci richiedono di essere trattati in modo speciale nella progettazione di stampi e nello stampaggio a iniezione.
Progettazione dello stampo:
1. Il design del corridore:
Poiché la materozza è il luogo con la pressione più alta, quando la pressione di iniezione viene rilasciata, la condensa nella materozza aumenterà la resistenza dovuta all'espansione elastica, che farà aderire l'ugello allo stampo anteriore. Pertanto, la pendenza di sformatura della materozza dovrebbe essere aumentata il più possibile durante la progettazione dello stampo. . La dimensione dell'estremità piccola della materozza non può essere inferiore al diametro dell'ugello della pressa ad iniezione. L'aumento delle dimensioni dell'estremità grande richiede un tempo di raffreddamento aggiuntivo e prolunga il ciclo di iniezione. Pertanto, l'aumento della pendenza di sformatura si realizza principalmente accorciando la lunghezza della materozza.
In circostanze normali, il diametro dell'estremità più piccola del canale principale è di circa 2,5-3.0 mm, il diametro dell'estremità grande è inferiore a 6.0 mm e la lunghezza non dovrebbe superare i 40 mm. Alla fine del canale principale, un pozzo freddo con diametro uguale o leggermente più grande dell'estremità di biella dovrebbe essere predisposto per raccogliere la colla fredda e piegare l'uscita dell'acqua.
Il diametro della guida dovrebbe dipendere dalla struttura del prodotto e dalla lunghezza della guida. In generale, non dovrebbe essere inferiore a 4.0mm. Il canale shunt adotta una forma circolare per ottenere un migliore effetto di raffreddamento.
2. Design del cancello:
A causa della scarsa fluidità del TPU, la profondità e la larghezza del gate dovrebbero essere maggiori rispetto a quelle di altri materiali termoplastici per evitare l'incoerenza tra il ritiro laterale e longitudinale causato dal getto e dall'orientamento molecolare del colloide che passa attraverso il gate , mentre la dimensione della lunghezza è inferiore a quelle ordinarie per facilitare il passaggio dei colloidi. Un cancello troppo lungo causerà l'espulsione del colloide durante il riempimento, il che influenzerà l'aspetto del prodotto. Devono essere evitati il più possibile i punti di arresto che possono causare un eccessivo taglio e generazione di calore del materiale.
3. Design della scanalatura di scarico:
Lo scarico dello stampo deve essere sufficiente per evitare che il prodotto si bruci, soprattutto quando la direzione di riempimento del materiale in gomma cambia bruscamente e la parte dove il prodotto viene infine riempito, prestare particolare attenzione alla regolazione dello scarico. La profondità della scanalatura di scarico deve essere distinta in base al tipo di TPU. A volte la profondità della scanalatura di scarico è di soli 0,01 mm e viene generato un drappo in corrispondenza della scanalatura di scarico, che ha un'importante relazione con le proprietà speciali del materiale del TPU.
4. Progettazione del sistema di raffreddamento:
L'effetto di raffreddamento dello stampo è migliore. Per altri materiali termoplastici, purché lo strato congelato sulla superficie del prodotto abbia una resistenza sufficiente durante lo stampaggio a iniezione, il prodotto può essere espulso e sformato a una temperatura più elevata. Per il TPU, quando la temperatura è elevata, i legami idrogeno tra le molecole non vengono ripristinati e la resistenza alla trazione del prodotto è bassa. L'espulsione forzata e la sformatura comporteranno solo la deformazione del prodotto. La chiave è completamente recuperata e il TPU può essere sformato solo quando il TPU ha una resistenza sufficiente, il che richiede che l'effetto di raffreddamento dello stampo sia migliore.
5. Determinazione del tasso di ritiro:
Il tasso di restringimento del TPU varia notevolmente in base al marchio TPU utilizzato, allo spessore e alla struttura del prodotto e alla temperatura e pressione durante lo stampaggio a iniezione e il suo intervallo è compreso tra {{0}},1% e 2,0% . Quando si progetta lo stampo, non solo si dovrebbe fare riferimento ai dati del tasso di ritiro della materia prima, ma anche in base alla struttura e allo spessore del prodotto per stimare la temperatura e la pressione di iniezione da utilizzare nello stampaggio ad iniezione e apportare le opportune correzioni. Per i prodotti con posizioni adesive locali più spesse, la pressione richiesta per lo stampaggio a iniezione è maggiore e il tasso di ritiro del prodotto stampato è inferiore, quindi è necessario ridurre il tasso di ritiro del TPU. Per prodotti con una posizione della colla relativamente uniforme e un prodotto spesso, il valore del tasso di ritiro dovrebbe essere opportunamente aumentato.
Elaborazione dell'iniezione
1. Asciugatura delle materie prime Perché l'intrusione di umidità può degradare il TPU
Quando il contenuto di umidità del TPU supera il 0.2 percento, non solo l'aspetto del prodotto ne risente, ma anche le proprietà meccaniche sono ovviamente deteriorate e il prodotto stampato a iniezione ha scarsa elasticità e bassa resistenza. Pertanto, dovrebbe essere asciugato a una temperatura compresa tra 80 gradi e 110 gradi per 2 o 3 ore prima dello stampaggio a iniezione.
2. Pulizia della canna
La canna della pressa ad iniezione deve essere pulita e la miscelazione di pochissime altre materie prime ridurrà la resistenza meccanica del prodotto. Le botti pulite con ABS, PMMA e PE devono essere pulite nuovamente con materiale per ugelli in TPU prima dello stampaggio a iniezione e il materiale residuo nella canna deve essere rimosso con materiale per ugelli in TPU.
3. Controllo della temperatura di lavorazione
La temperatura di lavorazione del TPU ha un impatto cruciale sulla dimensione finale, sull'aspetto e sulla deformazione del prodotto. La temperatura dipende dal grado di TPU utilizzato e dalle condizioni specifiche del design dello stampo. La tendenza generale è che per ottenere un piccolo ritiro è necessario aumentare la temperatura di lavorazione; per ottenere un elevato tasso di ritiro è necessario abbassare la temperatura di lavorazione. Anche all'interno del normale intervallo di temperatura di lavorazione del TPU, se la materia prima rimane nella canna troppo a lungo, si verificherà un degrado termico del TPU e il materiale residuo nella canna dovrebbe essere svuotato prima dello stampaggio a iniezione. Anche il controllo della temperatura dell'ugello è molto importante. In circostanze normali, dovrebbe essere di circa 5 gradi superiore alla temperatura dell'estremità anteriore della canna.
4. Controllo della velocità e della pressione di iniezione
Una velocità di iniezione inferiore e un tempo di permanenza più lungo miglioreranno l'orientamento molecolare e, sebbene sia possibile ottenere dimensioni del prodotto inferiori, la deformazione del prodotto sarà maggiore e la differenza tra il ritiro trasversale e longitudinale sarà grande. Una grande pressione di tenuta causerà anche una compressione eccessiva del colloide nello stampo e la dimensione del prodotto dopo la sformatura è maggiore della dimensione della cavità dello stampo.
5. Controllo della velocità di fusione e contropressione
Il materiale TPU è più sensibile al taglio. Quando il calore di taglio generato dall'elevata velocità di fusione e dalla contropressione è troppo elevato, porterà al degrado termico del TPU. Pertanto, per la fusione del TPU viene generalmente utilizzata una velocità bassa o media. Se il ciclo di stampaggio ad iniezione è lungo, è opportuno utilizzare la funzione di fusione ritardata, e l'apertura dello stampo inizierà al termine della fusione, in modo da evitare che le materie prime rimangano troppo a lungo nella botte e si degradino.
