ما هو المطاط الصناعي من مادة البولي يوريثين بالحرارة؟

ما هو المطاط الصناعي من مادة البولي يوريثين بالحرارة؟

مطاط البولي يوريثان عبارة عن مجموعة متنوعة من المواد الاصطناعية من مادة البولي يوريثان (تشير الأصناف الأخرى إلى رغوة البولي يوريثان، لاصق البولي يوريثان، طلاء البولي يوريثان وألياف البولي يوريثان)، ومطاط البولي يوريثان البلاستيكي الحراري هو أحد الأنواع الثلاثة من مطاط البولي يوريثان، ويشير إليه الناس عادةً باسم TPU ( النوعان الرئيسيان الآخران من اللدائن المصنوعة من مادة البولي يوريثين هما اللدائن المصنوعة من مادة البولي يوريثين المصبوبة، والتي يتم اختصارها كـ وحدة المعالجة المركزية (CPU)، واللدائن المختلطة من مادة البولي يوريثين، والمختصرة بـ MPU).

TPU هو نوع من مادة البولي يوريثين المرنة التي يمكن تلدينها بالتسخين وإذابتها بالمذيبات. بالمقارنة مع وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة المعالجة المركزية (MPU)، فإن مادة TPU لا تحتوي على سوى القليل من الروابط الكيميائية في تركيبها الكيميائي أو لا تحتوي عليها على الإطلاق. سلسلتها الجزيئية خطية بشكل أساسي، ولكن هناك قدر معين من الارتباط الجسدي. هذا هو المطاط الصناعي من مادة البولي يوريثين لدن بالحرارة والذي يتميز بهيكله المميز للغاية.

هيكل وتصنيف TPU

إلاستومر البولي يوريثين الملدن بالحرارة عبارة عن بوليمر خطي ذو كتلة (AB). A يمثل بوليول بوليول (استر أو بولي إيثر، وزن جزيئي يتراوح بين 1000 إلى 6000) ذو وزن جزيئي مرتفع، يسمى السلسلة الطويلة؛ يمثل B ديول يحتوي على 2-12 ذرة كربون ذات سلسلة مستقيمة، تسمى سلسلة قصيرة.

في هيكل المطاط الصناعي من مادة البولي يوريثين بالحرارة، يُطلق على الجزء A الجزء الناعم، الذي يتميز بخصائص المرونة والنعومة، مما يجعل مادة TPU قابلة للتوسعة؛ تسمى سلسلة اليوريثان الناتجة عن التفاعل بين الجزء B والإيزوسيانات بالجزء الصلب، الذي يتميز بخصائص صلبة وصلبة. من خلال ضبط نسبة الأجزاء A وB، يتم تصنيع منتجات TPU ذات الخصائص الفيزيائية والميكانيكية المختلفة.

وفقًا لهيكل القطعة الناعمة، يمكن تقسيمها إلى نوع البوليستر، ونوع البولي إيثر، ونوع البيوتادين، والتي تحتوي على التوالي على مجموعة إستر، مجموعة إيثر، أو مجموعة بيوتين. وفقًا لهيكل القطعة الصلبة، يمكن تقسيمها إلى نوع يوريتان ونوع يوريتان يوريا، والتي يتم الحصول عليها على التوالي من موسعات سلسلة جلايكول الإيثيلين أو موسعات سلسلة ثنائي الأمين. وينقسم التصنيف الشائع إلى نوع البوليستر ونوع البولي إيثر.

ما هي المواد الخام لتركيب مادة TPU؟

(1) بوليمر ديول

يلعب الديول الجزيئي ذو الوزن الجزيئي من 500 إلى 4000 والمجموعات ثنائية الوظيفة، بمحتوى يتراوح من 50% إلى 80% في المطاط الصناعي TPU، دورًا حاسمًا في الخواص الفيزيائية والكيميائية للـ TPU.

يمكن تقسيم بوليمر ديول المناسب لمطاط TPU إلى بوليستر وبولي إيثر: يتضمن البوليستر بولي تيتراميثيلين جلايكول حمض الأديبيك (PBA) ε PCL، PHC؛ تشتمل البولي إيثرات على بولي أوكسي بروبيلين إيثر جليكول (PPG)، ورباعي هيدروفيوران بولي إيثر جليكول (PTMG)، وما إلى ذلك.

(2) ثنائي إيزوسيانات

الوزن الجزيئي صغير ولكن الوظيفة رائعة، والتي لا تلعب دور ربط الجزء الناعم والجزء الصلب فحسب، بل تمنح مادة TPU أيضًا العديد من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية الجيدة. ثنائي إيزوسيانات المطبقة على TPU هي: ثنائي إيزوسيانات الميثيلين (MDI)، مكرر الميثيلين (-4-سيكلوهكسيل إيزوسيانات) (HMDI)، ف-فينيلدي إيزوسيانات (PPDI)، 1،5-نفثالين ثنائي إيزوسيانات (NDI)، ف-فينيلدي ميثيل ثنائي إيزوسيانات ( بكسدي)، الخ.

(3) موسع السلسلة

إن موسع السلسلة ذو الوزن الجزيئي 100 ~ 350، الذي ينتمي إلى Diol الجزيئي الصغير، والوزن الجزيئي الصغير، وهيكل السلسلة المفتوحة ولا توجد مجموعة بديلة يفضي إلى الحصول على صلابة عالية ووزن عددي مرتفع من مادة TPU. تشتمل موسعات السلسلة المناسبة لـ TPU على 1,4-بوتانيديول (BDO)، 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) بنزين (HQEE)، 1,4-cyclohexanedimthanol (CHDM)، p-phenyldimethylglycol (PXG)، إلخ.

تعديل تطبيق مادة TPU كعامل تشديد

من أجل تقليل تكاليف المنتج والحصول على أداء إضافي، يمكن استخدام اللدائن البلاستيكية الحرارية من البولي يوريثين كعوامل تشديد شائعة الاستخدام لتقوية مختلف المواد البلاستيكية الحرارية والمطاطية المعدلة.

بسبب قطبيته العالية، يمكن أن يكون البولي يوريثين متوافقًا مع الراتنجات القطبية أو المطاط، مثل البولي إيثيلين المكلور (CPE)، والذي يمكن استخدامه لصنع المنتجات الطبية؛ يمكن أن يحل المزج مع ABS محل اللدائن الحرارية الهندسية للاستخدام؛ عند استخدامه مع البولي كربونات (PC)، فإنه يتميز بخصائص مثل مقاومة الزيت، ومقاومة الوقود، ومقاومة الصدمات، ويمكن استخدامه لصنع هياكل السيارات؛ عند دمجه مع البوليستر، يمكن تحسين صلابته؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون متوافقًا بشكل جيد مع PVC، أو Polyoxymethylene أو PVDC؛ يمكن أن يكون البولي يوريثين المصنوع من البوليستر متوافقًا بشكل جيد مع 15% من مطاط النتريل أو 40% من مطاط النتريل/مزيج PVC؛ يمكن أيضًا أن يكون البولي إيثر بولي يوريثين متوافقًا جيدًا مع لاصق مزيج مطاط النتريل / البولي فينيل كلورايد بنسبة 40٪؛ ويمكن أيضًا أن يكون متوافقًا مع البوليمرات المشتركة أكريلونيتريل ستايرين (SAN)؛ يمكن أن يشكل هياكل شبكة متداخلة (IPN) مع بولي سيلوكسان تفاعلي. لقد تم بالفعل إنتاج الغالبية العظمى من المواد اللاصقة المخلوطة المذكورة أعلاه رسميًا.

في السنوات الأخيرة، كان هناك بحث متزايد حول تشديد POM بواسطة TPU في الصين. إن مزج مادة TPU وPOM لا يعمل فقط على تحسين مقاومة درجات الحرارة العالية والخصائص الميكانيكية للـ TPU، بل يعمل أيضًا على تقوية POM بشكل كبير. أظهر بعض الباحثين أنه في اختبارات كسر الشد، مقارنةً بمصفوفة POM، انتقلت سبيكة POM مع مادة TPU من الكسر الهش إلى الكسر المرن. إضافة مادة TPU تمنح POM أيضًا أداء ذاكرة الشكل. تعمل المنطقة البلورية من POM كمرحلة ثابتة من سبيكة ذاكرة الشكل، بينما تعمل المنطقة غير المتبلورة من TPU وPOM كمرحلة قابلة للعكس. عندما تكون درجة حرارة استجابة الاسترداد 165 درجة مئوية ووقت الاسترداد 120 ثانية، يصل معدل استرداد السبيكة إلى أكثر من 95%، ويكون تأثير الاسترداد هو الأفضل.

من الصعب أن يكون TPU متوافقًا مع مواد البوليمر غير القطبية مثل البولي إيثيلين أو البولي بروبيلين أو مطاط الإيثيلين البروبيلين أو مطاط البوتادين أو مطاط الأيزوبرين أو مسحوق مطاط النفايات، ولا يمكن استخدامه لإنتاج مركبات ذات أداء جيد. لذلك، غالبًا ما يتم استخدام طرق معالجة السطح مثل البلازما أو الإكليل أو الكيمياء الرطبة أو التمهيدي أو اللهب أو الغاز التفاعلي للأخير. على سبيل المثال، قامت شركة Air Products and Chemicals Company الأمريكية بتنفيذ معالجة سطحية للغاز النشط F2/O2 على مسحوق ناعم من البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي بوزن جزيئي يتراوح بين 3-5 مليون، وإضافته إلى مادة البولي يوريثين المرنة بنسبة 10 %، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير معامل الانثناء وقوة الشد ومقاومة التآكل. ويمكن أيضًا تطبيق معالجة سطح الغاز النشط F2/O2 على الألياف القصيرة الممدودة اتجاهيًا بطول 6-35 مم، مما يمكن أن يحسن صلابة وصلابة المواد المركبة.

ما هي مجالات تطبيق مادة TPU؟

في عام 1958، قامت شركة Goodrich Chemical Company (التي أعيدت تسميتها الآن باسم Lubrizol) بتسجيل العلامة التجارية TPU Estane لأول مرة. على مدار الأربعين عامًا الماضية، كان هناك أكثر من 20 اسمًا تجاريًا حول العالم، ولكل علامة تجارية عدة سلاسل من المنتجات. في الوقت الحاضر، الشركات المصنعة الرئيسية للمواد الخام TPU في العالم هي: BASF، Covestro، Lubrizol، Huntsman Corporation، McKinsey، Golding، إلخ.

باعتبارها مادة مطاطية ممتازة، فإن مادة TPU لديها مجموعة واسعة من المنتجات النهائية، والتي تستخدم على نطاق واسع في الضروريات اليومية والسلع الرياضية ولعب الأطفال ومواد الديكور وغيرها من المجالات. وفيما يلي بعض الأمثلة.

① مواد الأحذية

يستخدم مادة TPU بشكل أساسي لمواد الأحذية نظرًا لمرونتها الممتازة ومقاومتها للتآكل. تعتبر منتجات الأحذية التي تحتوي على مادة TPU أكثر راحة في الارتداء من منتجات الأحذية العادية، لذلك يتم استخدامها على نطاق أوسع في منتجات الأحذية الراقية، وخاصة بعض الأحذية الرياضية والأحذية غير الرسمية.

② الخراطيم

نظرًا لنعومتها، وقوة الشد الجيدة، وقوة التأثير، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة، يتم استخدام خراطيم TPU على نطاق واسع في الصين كخراطيم الغاز والنفط للمعدات الميكانيكية مثل الطائرات والدبابات والسيارات والدراجات النارية وأدوات الآلات.

③ الكابل

يوفر TPU مقاومة للتمزق، ومقاومة التآكل، وخصائص الانحناء، مع كون مقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة هي المفتاح لأداء الكابل. لذلك، في السوق الصينية، تستخدم الكابلات المتقدمة مثل كابلات التحكم وكابلات الطاقة مادة TPU لحماية مواد الطلاء لتصميمات الكابلات المعقدة، وأصبحت تطبيقاتها واسعة الانتشار بشكل متزايد.

④ الأجهزة الطبية

مادة TPU هي مادة بديلة آمنة ومستقرة وعالية الجودة من مادة PVC، والتي لن تحتوي على الفثالات وغيرها من المواد الكيميائية الضارة، وسوف تنتقل إلى الدم أو السوائل الأخرى في القسطرة الطبية أو الحقيبة الطبية لتسبب آثار جانبية. علاوة على ذلك، فإن درجة البثق ودرجة الحقن التي تم تطويرها خصيصًا من مادة TPU يمكن استخدامها بسهولة مع القليل من التصحيح في معدات PVC الموجودة.

⑤ المركبات ووسائل النقل الأخرى

من خلال بثق وتغليف كلا الجانبين من نسيج النايلون باستخدام المطاط الصناعي الحراري من مادة البولي يوريثين، يمكن صنع أطواف هجوم قتالية قابلة للنفخ وطوافات استطلاع تحمل من 3 إلى 15 شخصًا، مع أداء أفضل بكثير من الأطواف القابلة للنفخ المطاطية المفلكنة؛ يمكن استخدام المطاط الصناعي من مادة البولي يوريثين لدن بالحرارة والمعزز بالألياف الزجاجية في صناعة مكونات الجسم مثل الأجزاء المقولبة على جانبي السيارة نفسها، وأغطية الأبواب، والمصدات، والأشرطة المضادة للاحتكاك، والشبكات.