Apa itu Poliuretan?
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 molekul. Dalam resin poliuretan sintetik 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 hanya sebagian kecil, sehingga belum tentu tepat untuk menyebutnya poliuretan. Dalam arti luas, poliuretan adalah polimer tambahan dari 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 mulai diproduksi pada pertengahan-1960-an. Karet poliuretan termasuk dalam jenis karet khusus, yang dibuat dengan mereaksikan polieter atau poliester dengan isosianat. Ada banyak varietas karena berbagai jenis bahan baku, kondisi reaksi dan metode ikatan silang. Dari segi struktur kimia, ada jenis poliester dan jenis polieter, dan dalam hal metode pengolahan, ada tiga jenis: jenis pencampuran, jenis pengecoran dan jenis termoplastik.
Karet poliuretan sintetis umumnya dibuat dengan mereaksikan poliester linier atau polieter dengan diisosianat untuk membuat prapolimer dengan berat molekul rendah. Setelah reaksi perpanjangan rantai, polimer molekul tinggi terbentuk, dan kemudian zat pengikat silang yang sesuai ditambahkan untuk memanaskannya. Diawetkan menjadi karet vulkanisir, metode ini disebut metode prapolimerisasi atau metode dua langkah.
Dimungkinkan juga untuk menggunakan metode satu langkah—poliester linier atau polieter dicampur langsung dengan diisosianat, pemanjang rantai, dan zat pengikat silang, sehingga terjadi reaksi 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 karet poliuretan elastisitas 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 dibuat.
2. Struktur terkait-silang
Selain ikatan silang primer, struktur ikatan silang TPU juga harus mempertimbangkan ikatan silang sekunder yang dibentuk oleh ikatan hidrogen antarmolekul. Ikatan silang utama poliuretan berbeda dari struktur vulkanisasi karet hidroksi, dan gugus uretannya, biuret, gugus alofanat dan gugus lainnya secara teratur dan ditempatkan dalam segmen yang kaku, sehingga karet yang diperoleh memiliki struktur jaringan yang teratur, sehingga ini memiliki ketahanan aus yang sangat baik dan sifat luar biasa lainnya.
Kedua, karena karet poliuretan mengandung banyak gugus seperti gugus urea atau gugus uretan dengan energi kohesif yang besar, ikatan hidrogen yang terbentuk antara rantai molekul memiliki kekuatan yang tinggi, dan ikatan silang sekunder yang dibentuk oleh ikatan hidrogen Kesehatan juga memiliki pengaruh penting pada sifat dari karet poliuretan. Tautan silang sekunder membuat karet poliuretan memiliki karakteristik elastomer termoset di satu sisi, dan di sisi lain, tautan silang tidak benar-benar tautan silang, ini adalah tautan silang virtual, dan tautan silang keadaan 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, ikatan silang ini secara bertahap dipulihkan dan dibentuk kembali. Penambahan sedikit bahan pengisi meningkatkan jarak antar molekul, kemampuan membentuk ikatan hidrogen antar molekul melemah, dan kekuatannya akan turun tajam.
3. Stabilitas grup
Hasil penelitian menunjukkan bahwa urutan kestabilan masing-masing kelompok dalam karet poliuretan dari tinggi ke rendah adalah: ester, eter, urea, uretan, biuret. Pada proses penuaan karet poliuretan, yang pertama adalah gugus biuret dan urea. Ikatan silang format dibelah, diikuti dengan ikatan uretan dan urea, yaitu rantai utama diputus.
Sifat Karet Poliuretan
Modulus elastisitas TPU adalah antara karet dan plastik. Fitur terbesarnya adalah memiliki kekerasan dan elastisitas, yang tidak ditemukan pada karet dan plastik lainnya.
TPU dibagi menjadi dua jenis: jenis poliester dan jenis polieter. Dibandingkan dengan sifat fisik, jenis poliester memiliki kinerja yang lebih baik untuk karet dengan kekerasan rendah, sedangkan jenis polieter lebih baik untuk karet dengan kekerasan tinggi. Karet poliester memiliki ketahanan minyak yang lebih baik, ketahanan panas dan adhesi 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 derajat, dan dapat mencapai sekitar 120 derajat dalam waktu singkat. Ketahanan suhu rendah poliuretan juga bagus. Suhu kerapuhan poliuretan poliuretan adalah -40 derajat C, sedangkan polieter poliuretan adalah -70 ~ -80 derajat 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 dikontakkan dengan air, reformasi asam bertanggung jawab atas reaksi autokatalitik yang mengarah pada disintegrasi molekul. Poliester uretan lebih hancur saat terkena uap air di udara daripada saat sepenuhnya direndam dalam air. Ini karena ketika direndam dalam air, asam yang terbentuk terus-menerus hanyut.
Ketahanan hidrolisis polieter poliuretan adalah 3 sampai 5 kali lipat dari poliester poliuretan, karena gugus eter tidak akan bereaksi dengan air.
Ada dua alasan mengapa intrusi air menyebabkan penurunan kinerja poliuretan: pertama adalah bahwa air yang terintrusi membentuk ikatan hidrogen dengan gugus polar dalam poliuretan, yang melemahkan ikatan hidrogen antara molekul polimer. Proses ini reversibel. 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 akan berkurang secara bertahap. 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 persen .
Elastisitas: Elastisitas poliuretan relatif tinggi, tetapi kehilangan histeresisnya juga relatif besar, sehingga pembangkitan panasnya tinggi. Ini mudah rusak di bawah kondisi beban dari beberapa tekukan dan rolling berkecepatan tinggi.
Kekerasan: Rentang kekerasan poliuretan lebih lebar daripada karet lainnya, yang terendah adalah kekerasan Shore 10, dan sebagian besar produk memiliki kekerasan 45 hingga 95. Ketika kekerasan lebih tinggi dari 70 derajat, kekuatan tarik dan kekuatan perpanjangan tetap adalah lebih tinggi dari karet alam. Ketika kekerasan 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 ke 100-110 derajat , 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 yaitu plastik dan karet. Karakteristik fisik dan kimia yang unik inilah yang mengharuskan kami diperlakukan secara khusus dalam desain cetakan dan cetakan injeksi.
Desain cetakan:
1. Desain pelari:
Karena sprue merupakan tempat dengan tekanan paling tinggi, maka pada saat tekanan injeksi dilepaskan, kondensat di sprue akan meningkatkan tahanan akibat pemuaian elastis, yang akan menyebabkan nozzle menempel pada cetakan depan. Oleh karena itu, kemiringan pembongkaran sariawan harus ditingkatkan sebanyak mungkin saat 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 sprue.
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 40mm. Di ujung saluran utama, sumur dingin dengan diameter yang sama atau sedikit lebih besar dari ujung besar harus dipasang untuk mengumpulkan lem dingin dan mengikat saluran keluar air.
Diameter pelari harus bergantung pada struktur produk dan panjang pelari. Secara umum, tidak boleh 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 inkonsistensi 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 memudahkan lewatnya koloid. Gerbang yang terlalu panjang akan menyebabkan koloid keluar saat pengisian, yang akan mempengaruhi penampilan produk. Gerbang pin yang dapat menyebabkan geseran berlebihan dan pembentukan panas pada material harus dihindari sebisa mungkin.
3. Desain alur knalpot:
Knalpot cetakan harus cukup untuk mencegah produk hangus, terutama ketika arah pengisian bahan karet berubah tajam dan bagian di mana produk akhirnya diisi, berikan perhatian khusus pada pengaturan knalpot. Kedalaman alur buang harus dibedakan menurut jenis TPU. Terkadang kedalaman alur pembuangan hanya 0.01mm, dan tirai akan dihasilkan di 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 dibongkar pada suhu yang lebih tinggi. Untuk TPU, ketika suhu tinggi, ikatan hidrogen antar molekul tidak dipulihkan, dan kekuatan tarik produk rendah. Pengeluaran paksa dan pembongkaran hanya akan menyebabkan deformasi produk. Kunci sepenuhnya pulih, dan TPU hanya dapat dibongkar ketika 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, dan suhu dan tekanan selama pencetakan injeksi, dan kisarannya antara {{0}},1 persen dan 2,0 persen . Saat merancang cetakan, tidak hanya harus mengacu 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 melakukan koreksi yang sesuai. Untuk produk dengan posisi perekat lokal yang lebih tebal, tekanan yang dibutuhkan untuk pencetakan injeksi lebih besar, dan laju penyusutan produk yang dicetak lebih kecil, sehingga perlu untuk mengurangi laju 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 menurunkan TPU
Ketika kadar air TPU melebihi 0.2 persen , 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 derajat hingga 110 derajat selama 2 hingga 3 jam sebelum pencetakan injeksi.
2. Membersihkan laras
Laras mesin cetak injeksi harus dibersihkan, dan pencampuran bahan baku lainnya sangat sedikit akan mengurangi kekuatan mekanik produk. Laras dibersihkan dengan ABS, PMMA dan PE harus dibersihkan lagi dengan bahan nozzle TPU sebelum injection molding, dan bahan sisa dalam barel harus dihilangkan dengan bahan nozzle 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. Kecenderungan umum adalah bahwa untuk mendapatkan tingkat penyusutan yang 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 terlalu lama berada di dalam tong, itu akan menyebabkan degradasi termal TPU, dan bahan sisa dalam tong harus dikosongkan sebelum pencetakan injeksi. Kontrol suhu nozzle juga sangat penting. Dalam keadaan normal, itu harus sekitar 5 derajat 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 molekul, dan meskipun ukuran produk yang lebih kecil dapat diperoleh, deformasi produk akan lebih besar, dan perbedaan antara susut melintang dan memanjang akan besar. Tekanan holding yang besar juga akan menyebabkan koloid terkompresi lebih 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 geser. 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 tong terlalu lama dan terdegradasi.
