Termoplastisk polyuretan (TPU) er en klasse av polyuretanelastomerer syntetisert gjennom en trinnvekst-polymerisasjonsreaksjon mellom isocyanater og hydroksylholdige forbindelser. Den grunnleggende kjemiske reaksjonen kan representeres som:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
I denne reaksjonen reagerer isocyanatgruppen med en hydroksylgruppe for å danne en uretankobling.
Typisk produseres TPU ved hjelp av tre hovedkomponenter:
Langkjedede polyoler med gjennomsnittlige molekylvekter fra 600 til 4000 (som danner de myke segmentene);
Kjedeforlengere, som er dioler med lav molekylvekt (MW ~ 61–400); og
Diisocyanater, som fungerer som de harde segmentforløperne.
De endelige egenskapene til TPU-spenn fra myk og fleksibel til stiv og høymodulavheng i stor grad av utvalget og forholdet mellom disse råstoffene.
Myke segmentmaterialer
Det myke segmentet bidrar med fleksibilitet, elastisitet og kontrollerer TPUs ytelse ved lave temperaturer, så vel som dens motstand mot løsningsmidler og forvitring. Disse segmentene er vanligvis laget av hydroksylterminerte polyestere eller polyethers.
Polyestere er mer ofte brukt og inkluderer materialer som polyadipat, polykaprolakton og alifatiske polykarbonatdioler.
Typiske polyethers inkluderer polypropylenglykol (PPG) og polytetrametyleneter glykol (PTMEG). Noen ganger brukes en blanding av polyester- og polyeterpolyoler for å optimalisere ytelsen ved å kombinere hydrolytisk resistens, mekanisk styrke og elastisitet.
Harde segmentmaterialer
Det harde segmentet er dannet fra diisocyanater og kortkjedede dioler. Det mest brukte diisocyanatet i TPU-produksjon er 4,4'-difenylmetan diisocyanat (MDI), kjent for sin høye reaktivitet og stivhet. Andre diisocyanater som brukes inkluderer heksametylen diisocyanat (HDI) og 3,3'-dimetyl-4,4'-bifenyldiisocyanat (TODI), valgt for spesifikke ytelses- eller prosesseringsbehov.
Vanlige kjedeforlengere er dioler med lav molekylvekt som etylenglykol, 1,4-butanediol, 1,6-heksanediol og hydrokinon bis (2-hydroxyetyl) eter, som hjelper til med å bygge de harde segmentene og bidra til mekanisk forsterkning.
Andre tilsetningsstoffer
I tillegg til de primære komponentene, inkluderer TPUer ofte forskjellige tilsetningsstoffer for å forbedre prosessering og langsiktig stabilitet:
Mold frigjøringsmidler, typisk derivater av fettsyrer, silikoner eller fluoropolymerer, tilsettes i små mengder (0,1%–0,2%) for å hjelpe demolding.
Stabilisatorer: Aromatiske karbodiimider brukes spesielt i polyesterbaserte TPU-er for å redusere hydrolytisk nedbrytning (1% –2% etter masse). Hindret fenoler og aminer hjelper til med å bekjempe termisk oksidasjon.
UV -stabilisatorer, som benzotriazol eller benzofenonderivater, er ofte kombinert med HALS (hindret aminlysstabilisatorer) for å forhindre gulning og nedbrytning fra sollys.
Fyllstoffer: Mineralfyllere som kalsiumkarbonat, talkum og silika forbedrer stivheten eller reduserer kostnadene. Forsterkende fyllstoffer inkluderer glimmer, glassfibre og organiske fibre.
Smøremidler, inkludert grafitt, molybden -disulfid, PTFE -pulver og silikonoljer, forbedrer slitasjebestandighet og overflateegenskaper.
Myknere kan også innarbeides for å finjustere fleksibilitet og prosesseringsatferd.
Dette fleksible formuleringssystemet er en av TPUs største fordeler. Ved å justere kjemien og formuleringen, kan produsentene lage TPU-karakterer skreddersydd for spesifikke ytelseskriterier som spenner fra myke og elastiske filmer til stive strukturelle deler-alt mens du opprettholder termoplastisk omarbeidelse.