Apa itu Polyurethane?
Yang disebut poliuretan adalah singkatan dari poliuretan, yang dibentuk oleh reaksi poliisosianat dan poliol, dan mengandung banyak gugus uretan berulang (-NH-CO-O-) dalam rantai molekuler. Dalam resin poliuretan sintetis yang sebenarnya, selain kelompok uretan, ada juga kelompok seperti urea dan biuret. Poliol adalah molekul rantai panjang dengan gugus hidroksil di ujungnya, yang disebut "segmen lunak", dan poliisosianat disebut "segmen keras".
Dalam resin poliuretan yang dihasilkan oleh segmen lunak dan keras, uretan hanyalah minoritas, sehingga belum tentu tepat untuk menyebutnya poliuretan. Dalam arti luas, poliuretan adalah polimer tambahan isosianat.
Berbagai jenis isosianat bereaksi dengan senyawa polihidroksi untuk membentuk poliuretan dari berbagai struktur, sehingga memperoleh bahan polimer dengan sifat yang berbeda, seperti plastik, karet, pelapis, serat, perekat, dll. Karet poliuretan
Karet poliuretan pertama kali berhasil dikembangkan di Jerman pada tahun 1940, dan dimasukkan ke dalam produksi industri setelah tahun 1952, sementara negara saya dikembangkan dan dimasukkan ke dalam produksi pada pertengahan 1960-an. Karet poliuretan termasuk dalam sejenis karet khusus, yang disiapkan oleh reaksi polieter atau poliester dengan isosianat. Ada banyak varietas karena berbagai jenis bahan baku, kondisi reaksi dan metode ikatan silang. Dalam hal struktur kimia, ada tipe poliester dan tipe polieter, dan dalam hal metode pemrosesan, ada tiga jenis: tipe pencampuran, tipe pengecoran dan tipe termoplastik.
Karet poliuretan sintetis umumnya dibuat dengan mereaksikan poliester linier atau polieter dengan diisosianat untuk membuat prepolimer dengan berat molekul rendah. Setelah reaksi ekstensi berantai, polimer molekul tinggi terbentuk, dan kemudian agen penghubung silang yang sesuai ditambahkan untuk memanaskannya. Diawetkan untuk menjadi karet vulkanisir, metode ini disebut prepolimerisasi atau metode dua langkah.
Dimungkinkan juga untuk menggunakan metode satu langkah — poliester linier atau polieter secara langsung dicampur dengan diisosianat, chain extender, dan agen ikatan silang, sehingga reaksi terjadi untuk menghasilkan karet poliuretan.
Karet Poliuretan Termoplastik (TPU)
Karet poliuretan termoplastik adalah polimer linier blok tipe-n (AB), A mewakili poliester atau polieter dengan berat molekul tinggi (berat molekul 1000-6000), disebut rantai panjang, B mewakili 2-12 karbon linier Diol atom adalah rantai pendek, dan ikatan kimia antara segmen AB adalah diisosianat.
Hubungan antara struktur dan sifat fisik TPU
1. Struktur segmen
Segmen A dalam molekul TPU membuat rantai makromolekul mudah diputar, memberikan elastisitas karet poliuretan yang baik, mengurangi titik pelunakan dan titik transisi sekunder polimer, dan mengurangi kekerasan dan kekuatan mekanik. Segmen B akan mengikat rotasi rantai makromolekul, sehingga titik pelunakan dan titik transisi sekunder polimer meningkat, kekerasan dan kekuatan mekanik meningkat, dan elastisitas menurun. Dengan menyesuaikan rasio molar antara A dan B, TPU dengan sifat mekanik yang berbeda dapat disiapkan.
2. Struktur yang saling terkait
Selain ikatan silang primer, struktur penghubung silang TPU juga harus mempertimbangkan ikatan silang sekunder yang dibentuk oleh ikatan hidrogen antarmolekul. Ikatan penghubung silang utama poliuretan berbeda dari struktur vulkanisasi karet hidroksi, dan gugus uretannya, biuret, gugus alosanat dan kelompok lain secara teratur dan berjarak menjadi segmen-segmen yang kaku, sehingga diperoleh Karet memiliki struktur jaringan yang teratur, sehingga memiliki ketahanan aus yang sangat baik dan sifat-sifat luar biasa lainnya.
Kedua, karena karet poliuretan mengandung banyak kelompok seperti gugus urea atau gugus uretan dengan energi kohesif yang besar, ikatan hidrogen yang terbentuk antara rantai molekuler memiliki kekuatan tinggi, dan ikatan silang sekunder yang dibentuk oleh ikatan hidrogen Kesehatan juga memiliki pengaruh penting pada sifat-sifat karet poliuretan. Cross-linking sekunder membuat karet poliuretan memiliki karakteristik elastomer termoseting di satu sisi, dan di sisi lain, cross-linking tidak benar-benar cross-linking, itu adalah cross-linking virtual, dan keadaan cross-linking tergantung pada suhu.
Ketika suhu meningkat, ikatan silang ini secara bertahap melemah dan menghilang, dan polimer memiliki fluiditas tertentu dan dapat diproses secara termoplastik. Ketika suhu diturunkan, tautan silang ini secara bertahap dipulihkan dan terbentuk lagi. Penambahan sejumlah kecil pengisi meningkatkan jarak antar molekul, kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen antar molekul melemah, dan kekuatannya akan turun tajam.
3. Stabilitas grup
Penelitian menunjukkan bahwa urutan stabilitas masing-masing kelompok dalam karet poliuretan dari tinggi ke rendah adalah: ester, eter, urea, uretan, biuret. Dalam proses penuaan karet poliuretan, yang pertama adalah kelompok biuret dan urea Ikatan silang formate dibelah, diikuti oleh hubungan uretan dan urea, yaitu rantai utama dibelah.
Sifat Karet Poliuretan
Modulus elastis TPU adalah antara karet dan plastik. Fitur terbesarnya adalah ia memiliki kekerasan dan elastisitas, yang tidak ditemukan pada karet dan plastik lainnya.
TPU dibagi menjadi dua jenis: tipe poliester dan tipe polyether. Dibandingkan dengan sifat fisik, tipe poliester memiliki kinerja yang lebih baik untuk karet dengan kekerasan rendah, sedangkan tipe polyether lebih baik untuk karet kekerasan tinggi. Karet poliester memiliki ketahanan minyak, tahan panas, dan adhesi yang lebih baik terhadap logam, sedangkan jenis polieter lebih baik untuk ketahanan hidrolisis, tahan dingin dan sifat antibakteri.
1. Karakteristik lingkungan
TPU umumnya memiliki ketahanan suhu yang baik, suhu untuk penggunaan jangka panjang terus menerus adalah 80 hingga 90 °C, dan dapat mencapai sekitar 120 °C dalam waktu singkat. Ketahanan suhu rendah poliuretan juga baik. Suhu kerapuhan poliester poliuretan adalah -40 ° C, sedangkan polieter poliuretan adalah -70 ~ -80 ° C, tetapi akan menjadi keras pada suhu rendah.
Ketahanan minyak TPU relatif baik, tetapi ketahanan air bervariasi tergantung pada strukturnya. Degradasi TPU yang paling serius disebabkan oleh reversibilitas reaksi pembentukan ester. Ketika ester bersentuhan dengan air, reformasi asam bertanggung jawab atas reaksi autokatalitik yang mengarah pada disintegrasi molekul. Urethanes poliester hancur lebih banyak ketika terkena kelembaban di udara daripada ketika sepenuhnya direndam dalam air. Ini karena ketika direndam dalam air, asam yang terbentuk terus menerus tersapu.
Ketahanan hidrolisis polieter poliuretan adalah 3 hingga 5 kali lipat dari poliester poliuretan, karena gugus eter tidak akan bereaksi dengan air.
Ada dua alasan mengapa intrusi air menyebabkan penurunan kinerja poliuretan: satu adalah bahwa air yang diintrusi membentuk ikatan hidrogen dengan gugus kutub dalam poliuretan, yang melemahkan ikatan hidrogen antara molekul polimer. Proses ini dapat dibalik. Setelah sifat fisik dipulihkan.
Yang kedua adalah bahwa air yang menyerang menghidrolisis poliuretan, yang tidak dapat diubah.
Poliuretan akan berubah warna dan menjadi gelap di bawah paparan sinar matahari yang berkepanjangan, dan sifat fisiknya secara bertahap akan berkurang. Bakteri enzim juga dapat menyebabkan degradasi poliuretan, sehingga antioksidan, penyerap ultraviolet, agen anti-enzim, dll ditambahkan ke karet poliuretan yang digunakan dalam produksi industri.
2. Sifat mekanik
Kekuatan tarik: Kekuatan tarik karet poliuretan relatif tinggi, umumnya mencapai 28 hingga 42 MPa, dan TPU di tengah, sekitar 35 MPa.
Perpanjangan: umumnya hingga 400 hingga 600, maksimum adalah 1000%.
Elastisitas: Elastisitas poliuretan relatif tinggi, tetapi kehilangan histeresisnya juga relatif besar, sehingga pembangkitan panasnya tinggi. Ini mudah rusak di bawah kondisi beban beberapa pembengkokan dan penggulungan berkecepatan tinggi.
Kekerasan: Kisaran kekerasan poliuretan lebih lebar daripada karet lainnya, yang terendah adalah Kekerasan pantai 10, dan sebagian besar produk memiliki kekerasan 45 hingga 95. Ketika kekerasan lebih tinggi dari 70 derajat, kekuatan tarik dan kekuatan perpanjangan tetap lebih tinggi daripada karet alam. Ketika kekerasannya 80 hingga 90 derajat, kekuatan tarik, kekuatan perpanjangan tetap, dan kekuatan sobek cukup tinggi.
Kekuatan sobek: Kekuatan sobek poliuretan relatif tinggi. Ketika suhu uji naik hingga 100-110 °C, kekuatan sobek setara dengan karet stirena-butadiena.
Ketahanan aus: Ketahanan aus poliuretan sangat baik, 9 kali lebih tinggi dari karet alam, dan 1 hingga 3 kali lebih tinggi dari karet stirena-butadiena
Persyaratan pemrosesan
TPU memiliki karakteristik ganda plastik dan karet. Karakteristik fisik dan kimia unik inilah yang mengharuskan kita untuk diperlakukan secara khusus dalam desain cetakan dan cetakan injeksi.
Desain Cetakan:
1. Desain pelari:
Karena sariawan adalah tempat dengan tekanan tertinggi, ketika tekanan injeksi dilepaskan, kondensat dalam sariawan akan meningkatkan resistansi karena ekspansi elastis, yang akan menyebabkan nosel menempel pada cetakan depan. Oleh karena itu, kemiringan pohon cemara yang demolding harus ditingkatkan sebanyak mungkin ketika merancang cetakan. . Ukuran ujung kecil sariawan tidak boleh lebih kecil dari diameter nosel mesin cetak injeksi. Peningkatan ukuran ujung besar membutuhkan waktu pendinginan tambahan dan memperpanjang siklus injeksi. Oleh karena itu, peningkatan kemiringan demolding terutama diwujudkan dengan memperpendek panjang sariawan.
Dalam keadaan normal, diameter ujung kecil saluran utama adalah sekitar 2, 5 hingga 3, 0 mm, diameter ujung besar kurang dari 6, 0 mm, dan panjangnya tidak boleh melebihi 40 mm. Di ujung saluran utama, sumur dingin dengan diameter yang sama atau sedikit lebih besar seperti ujung besar harus diatur untuk mengumpulkan lem dingin dan mengikat saluran keluar air.
Diameter pelari harus tergantung pada struktur produk dan panjang pelari. Secara umum, seharusnya tidak kurang dari 4.0mm. Saluran shunt mengadopsi bentuk melingkar untuk mendapatkan efek pendinginan yang lebih baik.
2. Desain gerbang:
Karena fluiditas TPU yang buruk, kedalaman dan lebar gerbang harus lebih besar daripada bahan termoplastik lainnya untuk menghindari ketidakkonsistenan antara penyusutan lateral dan longitudinal yang disebabkan oleh pengaliran dan orientasi molekul koloid yang melewati gerbang, sedangkan dimensi panjangNya lebih kecil dari yang biasa untuk memfasilitasi lewatnya koloid. Gerbang yang terlalu panjang akan menyebabkan koloid dikeluarkan selama pengisian, yang akan mempengaruhi penampilan produk. Gerbang pin yang dapat menyebabkan pencukuran berlebihan dan pembentukan panas material harus dihindari sebanyak mungkin.
3. Desain alur knalpot:
Knalpot cetakan harus cukup untuk mencegah produk terik, terutama ketika arah pengisian bahan karet berubah tajam dan bagian di mana produk akhirnya diisi, berikan perhatian khusus pada pengaturan knalpot. Kedalaman alur knalpot harus dibedakan sesuai dengan jenis TPU. Terkadang kedalaman alur knalpot hanya 0,01mm, dan tirai akan dihasilkan pada alur pembuangan, yang memiliki hubungan penting dengan sifat material khusus TPU.
4. Desain sistem pendingin:
Efek pendinginan cetakan lebih baik. Untuk bahan termoplastik lainnya, selama lapisan beku pada permukaan produk memiliki kekuatan yang cukup selama pencetakan injeksi, produk dapat dikeluarkan dan diturunkan pada suhu yang lebih tinggi. Untuk TPU, ketika suhu tinggi, ikatan hidrogen antar molekul tidak dipulihkan, dan kekuatan tarik produk rendah. Pengusiran dan demolding paksa hanya akan menyebabkan deformasi produk. Kuncinya pulih sepenuhnya, dan TPU hanya dapat diturunkan pangkatnya jika TPU memiliki kekuatan yang cukup, yang membutuhkan efek pendinginan cetakan menjadi lebih baik.
5. Penentuan tingkat penyusutan:
Tingkat penyusutan TPU sangat bervariasi dengan merek TPU yang digunakan, ketebalan dan struktur produk, serta suhu dan tekanan selama pencetakan injeksi, dan kisarannya antara 0,1% dan 2,0%. Saat merancang cetakan, tidak hanya harus merujuk pada data tingkat penyusutan bahan baku, tetapi juga sesuai dengan struktur dan ketebalan produk untuk memperkirakan suhu dan tekanan injeksi yang akan digunakan dalam cetakan injeksi dan membuat koreksi yang tepat. Untuk produk dengan posisi perekat lokal yang lebih tebal, tekanan yang diperlukan untuk pencetakan injeksi lebih besar, dan tingkat penyusutan produk cetakan lebih kecil, sehingga perlu untuk mengurangi tingkat penyusutan TPU. Untuk produk dengan posisi lem yang relatif seragam dan produk yang tebal, nilai laju penyusutan harus ditingkatkan dengan tepat.
Pemrosesan injeksi
1. Pengeringan bahan baku Karena intrusi kelembaban dapat mendegradasi TPU
Ketika kadar air TPU melebihi 0, 2%, tidak hanya penampilan produk yang terpengaruh, tetapi juga sifat mekaniknya jelas memburuk, dan produk cetakan injeksi memiliki elastisitas yang buruk dan kekuatan yang rendah. Oleh karena itu, harus dikeringkan pada suhu 80 ° C hingga 110 ° C selama 2 hingga 3 jam sebelum cetakan injeksi.
2. Pembersihan laras
Laras mesin cetak injeksi harus dibersihkan, dan pencampuran sangat sedikit bahan baku lainnya akan mengurangi kekuatan mekanik produk. Barel yang dibersihkan dengan ABS, PMMA dan PE harus dibersihkan lagi dengan bahan nosel TPU sebelum cetakan injeksi, dan bahan sisa dalam laras harus dihilangkan dengan bahan nosel TPU.
3. Kontrol suhu pemrosesan
Suhu pemrosesan TPU memiliki dampak penting pada ukuran akhir, penampilan dan deformasi produk. Suhu tergantung pada tingkat TPU yang digunakan dan kondisi spesifik dari desain cetakan. Tren umum adalah bahwa untuk mendapatkan tingkat penyusutan kecil, suhu pemrosesan perlu ditingkatkan; untuk mendapatkan tingkat penyusutan yang besar, suhu pemrosesan perlu diturunkan. Bahkan dalam kisaran suhu pemrosesan normal TPU, jika bahan baku tetap berada di dalam laras terlalu lama, itu akan menyebabkan degradasi termal TPU, dan bahan residual dalam laras harus dikosongkan sebelum cetakan injeksi. Kontrol suhu nosel juga sangat penting. Dalam keadaan normal, suhunya harus sekitar 5 °C lebih tinggi dari suhu ujung depan laras.
4. Kontrol kecepatan dan tekanan injeksi
Kecepatan injeksi yang lebih rendah dan waktu tinggal yang lebih lama akan meningkatkan orientasi molekuler, dan meskipun ukuran produk yang lebih kecil dapat diperoleh, deformasi produk akan lebih besar, dan perbedaan antara penyusutan melintang dan longitudinal akan besar. Tekanan penahan yang besar juga akan menyebabkan koloid terlalu terkompresi dalam cetakan, dan ukuran produk setelah demolding lebih besar dari ukuran rongga cetakan.
5. Kontrol kecepatan leleh dan tekanan balik
Bahan TPU lebih sensitif terhadap pencukuran. Ketika panas geser yang dihasilkan oleh kecepatan leleh tinggi dan tekanan balik terlalu tinggi, itu akan menyebabkan degradasi termal TPU. Oleh karena itu, kecepatan rendah atau sedang umumnya digunakan untuk peleburan TPU. Jika siklus pencetakan injeksi panjang, fungsi peleburan yang tertunda harus digunakan, dan pembukaan cetakan akan dimulai setelah peleburan selesai, untuk mencegah bahan baku tetap berada di dalam laras terlalu lama dan terdegradasi.
