پلی یورتان ترموپلاستیک
پلی یورتان ترموپلاستیک چیست؟
پلی یورتان ترموپلاستیک یا به اختصار TPU (Thermoplastic polyurethane) ،یک کوپلیمر بلوک بخش‌دار خطی است که از بخش‌های سخت و نرم تشکیل شده است.
بخش نرم (پلی اتر یا پلی استر): از پلی ال و ایزوسیانات ساخته شده است که انعطاف پذیری و خاصیت الاستومری TPU را فراهم می کند.
بخش سخت (آروماتیک یا آلیفاتیک): از یک توسعه دهنده زنجیره ای و ایزوسیانات ساخته شده است که به TPU چقرمگی و ویژگی های عملکرد فیزیکی آن را می دهد.
- TPU های آروماتیک – بر پایه ایزوسیانات ها مانند MDI.
- TPU های آلیفاتیک – مبتنی بر ایزوسیانات ها مانند H12 MDI، HDI و IPDI.
وقتی این ایزوسیانات ها با دی ال هایی با زنجیرهای کوچک ترکیب می شوند بلوک های سختی را تولید می کنند. بطور معمول پلی یورتان ترموپلاستیک TPU، آروماتیک می باشد، اما زمانی که حفظ رنگ و شفافیت ان ها در مقابل نور خورشید جزو اولویت ها می باشد، می توانند آلیفاتیک نیز باشد.
پلی یورتان های ترموپلاستیک الاستیک و قابل پردازش مذاب هستند. افزودنی‌ها می‌توانند پایداری ابعادی و مقاومت در برابر حرارت را بهبود بخشند، اصطکاک را کاهش دهند و مقاومت در برابر شعله، مقاومت در برابر قارچ و قابلیت آب و هوا را افزایش دهند.
پلی یورتان ترموپلاستیک های آروماتیک، رزین های قوی و همه منظوره ای هستند که در برابر حمله میکروب ها مقاومت می کنند و به خوبی در برابر مواد شیمیایی مقاومت می کنند. با این حال، یک نقطه ضعف زیبایی شناختی، تمایل به تجزیه آروماتیک ها توسط مسیرهای رادیکال آزاد ناشی از قرار گرفتن در معرض گرما یا نور ماوراء بنفش است. این تخریب منجر به تغییر رنگ محصول و از دست دادن خواص فیزیکی می شود.
افزودنی هایی مانند آنتی اکسیدان ها، جاذب های UV، تثبیت کننده های آمین مانع برای محافظت از پلی یورتان ها در برابر اکسیداسیون ناشی از اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود و از این رو پلی یورتان های ترموپلاستیک را برای طیف وسیعی از کاربردها که ممکن است به پایداری حرارتی و/یا نوری نیاز داشته باشند، مناسب می کنند.
از طرف دیگر، پلی یورتان ترموپلاستیک آلیفاتیک ذاتاً در برابر نور پایدار است و در برابر تغییر رنگ ناشی از قرار گرفتن در معرض UV مقاومت می کند. آنها همچنین از نظر نوری شفاف هستند، که آنها را به لمینت های مناسب برای محصور کردن شیشه و شیشه های امنیتی تبدیل می کند.
پلی یورتان ترموپلاستیک های موجود در حال حاضر را می توان به طور عمده بر اساس شیمی بخش نرم به دو گروه تقسیم کرد:
- TPU های مبتنی بر پلی استر (عمدتا از استرهای اسید ادیپیک مشتق شده اند)
- TPU های مبتنی بر پلی اتر (عمدتا بر اساس اترهای تتراهیدروفوران (THF)).
انواع اصلی فیلم های پلی یورتان ترموپلاستیک:
پلی استر، پلی‌اتر و پلی‌کاپرولاکتون سه کلاس شیمیایی اصلی فیلم‌های TPU هستند.
1. پلی اورتان ترموپلاستیک پلی استر
TPU های پلی استر در برابر مواد شیمیایی و روغن ها مقاوم بوده و در برابر سایش مقاوم هستند.
2. پلی اورتان ترموپلاستیک پلی اتر
TPUهای پلی اتر وزن مخصوص کمتری نسبت به دو مورد دیگر دارند و مقاومت سایشی و پارگی بهتری دارند، در برابر هیدرولیز و حملات میکروبی مقاوم هستند و انعطاف پذیری در دمای پایین دارند و برای خطوط لوله که به این ویژگی ها نیاز دارند، گزینه ای عالی است.
3. پلی اورتان ترموپلاستیک پلی کاپرولاکتون
پلی‌کاپرولاکتون‌های TPU سخت، مقاوم، دارای عملکرد در دمای پایین و مقاومت بالا در برابر هیدرولیز هستند که آن را به یک ماده اولیه ترجیحی برای ساخت آب‌بندهای پنوماتیک و هیدرولیک تبدیل می‌کند.
دیول های پلی کربنات (PCD)
یکی دیگر از دسته‌های جالب پلی‌ال‌های مورد استفاده برای تولید پلی‌اورتان ترموپلاستیک، دیول‌های پلی‌کربنات است که عموماً برای تولید پلی‌اورتان‌هایی استفاده می‌شوند که پیوندهای کربناته‌ای را برای عملکرد برتر ترکیب می‌کنند. پلی کربنات-پلی اورتان ها را می توان از طریق استفاده از پیش پلیمرهای پلی اورتان مبتنی بر پلی کربنات نیز تولید کرد.
یک پیش پلیمر پلی یورتان مبتنی بر پلی کربنات مشتقی از دیول پلی کربنات مربوطه است که در آن تمام گروه های انتهایی پلی ال هیدروکسیل (OH) با یک ایزوسیانات واکنش داده اند و گروه های ایزوسیانات (NCO) را در انتهای به جای هیدروکسیل ها ترک می کنند.
در مقایسه با پلی‌کاپرولاکتون و پلی‌اورتان‌های مبتنی بر PTMEG، الاستومرهای PU مبتنی بر پیش پلیمرهای PC-PU نشان می‌دهند:
- ماندگاری فوق العاده
- مقاومت شیمیایی بالاتر
- بهبود پایداری هیدرولیتیک
- مقاومت حرارتی بیشتر
- مقاومت در برابر سایش بهتر و
- خواص مکانیکی برتر
پلی یورتان ترموپلاستیک تعداد زیادی از ترکیبات فیزیکی و شیمیایی را برای سخت ترین برنامه ها مانند خودرو ، سیم و کابل ، فیلم های قابل تنفس برای اوقات فراغت ، پوشش های ورزشی و پارچه ای ، فیلم های غیر زرد و غیر قابل زرد و غیره فراهم می کند.
این خواص بین ویژگی های پلاستیک و لاستیک است. به لطف ماهیت ترموپلاستیکی که دارد ، مزایای مختلفی نسبت به سایر الاستومرها دارد که نمی توانند با آنها مطابقت داشته باشند ، مانند:
- مقاومت کششی عالی
- افزایش طول در هنگام شکستن
- ظرفیت تحمل بار خوب
خصوصیات TPU در برابر مقاومت در برابر سایش ، قابلیت رنگ پذیری ، مقاومت در برابر ضربه زیاد و انعطاف پذیری در دمای پایین می تواند افزایش یابد. و این ترکیب همچنین مقاومت خوبی در برابر سوخت و روغن و ویژگی های جریان مذاب بالا را نشان می دهد.
خواص ویژه پلی یورتان ترموپلاستیک TPU
- حالت ارتجاعی بالا
- خواص فشردگی خوب
- مقاومت مضاعف
- ضربه پذیری
- سایش
- رطوبتی
- هیدروکربنی
- چسبندگی فوق العاده بالا با انواع سطوح
- عدم شره کردن در درز های عمودی
- حفظ قابلیت انعطاف در دامنه بسیار وسیع
- غیر سمی و دارای تاییدیه مصرف در مجاورت آب آشامیدنی
- مقاومت بالا در برابر عوامل خورنده
- هزینه کمتر و وزن بسیار سبک
- حمل و نقل آسان و قابلیت عبور تجهیزات ساختمانی
- قابلیت ترمیم پذیری و جذب آب پایین
- عدم تغییر رنگ و ترک خوردگی با گذشت زمان
- قابلیت نورپردازی و رنگ پذیری بالا و سریع
- نصب سریع و آسان در کوتاه ترین زمان ممکن
- قدرت عایق بندی بالا
- پایین بودن قیمت گرانول پلی یورتان ترموپلاستیک
قابلیت های پلی یورتان ترموپلاستیک TPU
- پلی یورتان ترموپلاستیکTPU قابلیت رنگ پذیری توسط تعدادی از فرآیندها را دارد.
- برخلاف سایر الاستومرهای ترموپلاستیک، TPU خواص فیزیکی ویژه ای دارد که آن را در دسته خاص ترین و پرکاربردترین مواد فوق انعطاف پذیر قرار می دهد.
- در قالبگیری مصولات نصب شونده برروی بدنه خودروها، با الیاف شیشه و یا الیاف معدنی ترکیب می شوند.
- علاوه بر خواصTPU ها مانند مقاومت در برابر سایش، رنگ پذیری، مقاومت به ضربه بالا و خواص انعطافپذیری خوب در دمای پایین دارای خواص دیگری مانند مقاومت خوب در مقابل سوخت و نفت و خواص مناسب جریان در حالت مذاب می شوند.
کاربرد پلی یورتان ترموپلاستیک TPU
پوشش شیشه ای دکوراتیو، قطعات جانبی بدنه خودروها، چرخ های کوچک (فرغون، تخت بیمارستان و …)، قطعات تیونیگ و سرپلوس خودرو، تسمه های اتومبیل، فیلم و ورق، شیلنگ آتش نشانی، لوله های انعطاف پذیر، تجهیزات تولید مواد غذایی، کفش و زیره کفش های ورزشی، شیلنگ های هیدرولیک، آب بندهای هیدرولیک، قایق های تیوبی، چرخ های اسکیت، ابزارهای مغناطیسی، لوله‌ها و ابزارآلات پزشکی، غلطک‌های کورد استفاده در معدن کاری، لوازم ورزشی، تجهیزات غواصی و شنا، پوشش TPU بر روی پارچه، پوشش محافظ کابل و سیم، محافظ گوشی تلفن همراه، محافظ صفحه کلید رایانه.
| بازارها و صنعت | کاربردها |
| خودروسازی | قطعات داخلی خودرو مانند دستگیره‌های دنده، پانل ابزار یا قطعات کنسول باید از نظر کیفیت سطح، کهنگی، مقاومت در برابر سایش و خراش الزامات سخت‌گیرانه‌ای را داشته باشند، در حالی که مقرون به صرفه هستند:
ترکیب منحصر به فرد TPU از خواص خراش ،آن را به یک انتخاب عالی برای بازار خودرو تبدیل می کند. عملکرد دوچرخه‌سواری بسیار سریع آن، پلی‌اورتان ترموپلاستیک را به راه‌حل ارزان‌تری برای قالب‌گیر تبدیل می‌کند. |
| کشاورزی | بازار کشاورزی مستلزم استحکام و دوام مواد مورد استفاده است. یکی از کاربردها، برچسب‌های شناسایی حیوانات هستند که برای دام استفاده می‌شوند.
پلی اورتان ترموپلاستیک انعطاف پذیری فوق العاده، مقاومت در برابر آب و هوا و پارگی را در طیف وسیعی از اقلیم ها ارائه می دهد. بسته‌های رنگی و افزودنی ویژه امکان طراحی برچسب‌های گوش انعطاف‌پذیر، قابل لیزر یا هوشمند (با میکروتراشه) را فراهم می‌کنند. |
| ورق های TPU | فیلم‌های مبتنی بر TPU عملکرد بی‌نظیری را برای طیف وسیعی از محصولات نهایی ارائه می‌دهند. از جمله رایج ترین زمینه های کاربردی برای فیلم های پلی یورتان ترموپلاستیک عبارتند از: پوشش های نساجی، پوشاک، فیلم های چسب و مانع.
تکنیک های مختلف پردازش می تواند برای به دست آوردن فیلم ها و ورق های آزاد یا چند لایه، از جمله اکستروژن T-die و فیلم دمنده و کلندری استفاده شود. |
| مهر و موم و واشر | مواد TPU خاصی برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای مواد پلیمری با کارایی بالا با فشار کم و مقاومت سایشی و روغن عالی برای مهر و موم ها ایجاد شده اند:
بهبود خواص جریان و مقاومت بالای هیدرولیز آب‌بندهای هیدرولیک فشار قوی صنعتی. فشرده سازی کم در دماهای بالا |
| پوشش های نساجی | TPU ها در طیف گسترده ای از پوشش های نساجی با مصارف نهایی مانند تسمه نقاله، اقلام بادی یا تجهیزات نظامی استفاده می شوند.
سازگار با فرآیندهای کالندرینگ. خواص مکانیکی عالی، مقاومت شیمیایی، جوش پذیری و دوام در فضای باز. |
| ورزش و اوقات فراغت | به لطف ترکیب منحصر به فرد خود از انعطاف پذیری فوق العاده در دمای پایین، مقاومت خوب در برابر ضربه و محیط، و همچنین شفافیت، TPU ها ماده انتخابی برای بسیاری از بخش های ورزشی و تفریحی هستند.
رنگ پذیری عالی شفافیت |
| صنعت تسمه و پروفیل | TPU ها در صنعت تسمه ها و پروفیل ها شناخته شده هستند، جایی که از آنها برای تولید محصولات با کیفیت عالی مانند تسمه تایم، تسمه انتقال یا پروفیل تسمه نقاله استفاده می شود.
خزش کم و استحکام مکانیکی استثنایی در ضخامت دیواره های بالا اکسترود شده و استحکام جوش فوق العاده ای را نشان می دهد |
| لوله و شیلنگ | کاربردهای بسیار سخت، مانند لوله های پنوماتیک یا شیلنگ های اتصال هیدرولیک/سیم، به مواد سخت و مقاوم با رفتار پردازش برجسته در اکستروژن نیاز دارند.
TPU ها دوام و خواص سایش عالی را برای کاربردهایی مانند شیلنگ برای جابجایی مواد جامد ارائه می دهند. پلی اورتان ترموپلاستیک علاوه بر مقاومت شیمیایی، مکانیکی و پیچ خوردگی، انعطاف پذیری را در طیف وسیعی از دماها به ارمغان می آورد. |