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Propiedades Físico-Mecánicas TPU
El TPU (poliuretano termoplástico) es un elastómero utilizado para componentes que necesiten propiedades flexibles y resistencia al aceite, a la grasa y a la abrasión. Es un material popular ya que se puede encontrar en fundas de teléfonos móviles, recubrimientos de cables, mangueras, juntas de automóviles, calzado y muchos otros objetos que requieren buena elasticidad. El grado de dureza de los poliuretanos termoplásticos suele estar entre 60 Shore A y 80 Shore D. En comparación con los productos típicos de TPS, los materiales de TPU son significativamente más duros y rara vez compiten directamente entre sí. Mexpolimeros fabrica un compuesto o mezcla de TPU/SEBS con dureza menor a shore A 40 con propiedades de ambos. Muchas de las propiedades de esta combinación son intermedias a las que presentan el SEBS y el TPU por sí mismos. [Ver mas...]
- Excelente procesabilidad: Reduce la temperatura y la viscosidad de fusión de la mezcla, facilitando el moldeo por inyección y la extrusión.
- Resistencia química: El TPU mejora la resistencia a productos químicos y disolventes en comparación con el SEBS puro.
- Reducción de costos: El SESB suele ser menos costoso que el TPU, por lo que reduce el costo total del material.
- Estética superficial: El TPU contribuye a un buen acabado superficial y brillo, el TPU mejora la pintabilidad y el pegamento.
¿Qué son los TPU de base éster y éter?
Primero, veamos los diferentes tipos de TPU, que se clasifican principalmente en TPU de éster y TPU de éter según el tipo de enlace químico (estructura molecular). Estos se basan en el tipo de poliol utilizado como materia prima. Ambos tipos tienen características similares, pero sus propiedades son ligeramente diferentes. A continuación, se presenta un resumen de las diferencias entre el TPU de éster y el de éter.
Las propiedades mecánicas son diferentes
Los polioles de bajo oligómero de poliéter y poliéster constituyen los segmentos blandos. Estos segmentos constituyen la mayor parte del poliuretano, y diferentes polioles y diisocianatos producen diferentes propiedades del poliuretano. Los elastómeros y espumas de poliuretano derivados de poliésteres polares presentan mejores propiedades mecánicas debido a que el poliuretano a base de poliéster contiene grupos éster polares.
Comparación de propiedades mecánicas
El poliéter, el poliéster y otros polioles oligoméricos constituyen el segmento blando. Este segmento constituye la mayor parte del poliuretano, y las propiedades del poliuretano preparado con diferentes polioles oligoméricos y diisocianatos difieren. Las propiedades mecánicas del elastómero y la espuma de poliuretano obtenidos utilizando poliéster polarmente resistente como sección blanda son mejores. Esto se debe a que el poliuretano de poliéster contiene un gran grupo éster polar. No solo se pueden formar enlaces de hidrógeno entre el segmento duro, sino que también los grupos polares del segmento blando pueden formar parcialmente enlaces de hidrógeno con los grupos polares del segmento duro, de modo que la fase dura se distribuye de forma más uniforme en la fase blanda y actúa como punto de reticulación elástica. A temperatura ambiente, algunos poliésteres pueden cristalizar el segmento blando, lo que afecta a las propiedades del poliuretano. La resistencia, la resistencia al aceite y la estabilidad a la oxidación térmica del poliuretano de poliéster son superiores a las del poliéter PPG, pero su resistencia a la hidrólisis es inferior a la del poliéter.
TPU éster
El TPU a base de éster utiliza poliol de poliéster como materia prima. Ofrece una mayor resistencia mecánica (propiedades mecánicas), resistencia a la abrasión, resistencia al calor y al aceite, y menores costos de fabricación. Por otro lado, presenta una menor resistencia a la hidrólisis.
- Excelente resistencia petróleo
- Excelente resistencia a la abrasión
- Resistencia a la presión el mismo que el éter
- Rendimiento a baja temperatura suficiente
- Rendimiento a alta temperatura buena
- Tubo de poliuretano a base de poliéster es generalmente más fuerte
- Tubo de TPU goza de ventaja de costes sobre la tubería PU basado poliéter
- No se recomienda para uso en alta humedad o la exposición al agua >70°C
TPU éter
El TPU de base éter se fabrica a partir de poliol de base éter. Presenta excelente resistencia a la hidrólisis, a bajas temperaturas y al moho, pero su resistencia mecánica es inferior a la del TPU de éster
- Resistencia a los hongos
- Flexibilidad a baja temperatura
- Excelente estabilidad hidrolítica
- Buena resistencia a ácidos / bases débiles
- Estable en agua tan caliente como 50℃ durante largos períodos
- No se recomienda para el agua arriba de 70℃
- La absorción de agua es muy bajo 0,3% a 1% en peso
- Aumento de volumen es despreciable
- Demostrar mejor durabilidad que Ester
- Más caro que el material a base de poliéster
- Resistencia a la humedad para la aplicación neumática
- Rendimiento a baja temperatura muy buena
- Rendimiento a alta temperatura suficiente
¿Qué es el poliuretano flexible?
TPU en general ofrece resistencia a la abrasión y a impactos fuertes, dureza y flexibilidad. Algunos grados determinados también presentan una resistencia inherente a las fisuras por tensión a partir de aguas saladas, a hidrólisis y a hongos nocivos, así como buena resistencia a los combustibles y aceites. El poliéster tiene una alta capacidad de resistencia a la abrasión de deslizamiento que hace que sea ideal para aplicaciones como rascadores y forros chute. Poliéter ofrece una excelente resistencia a la abrasión de choque que hace que sea la elección de cortinas de chorro de arena y parachoques que se interponen cabeza al golpear. Los poliésteres tienen una mayor resistencia a la tracción y mayor resistencia al desgarro y de poliéteres . Poliéter proporcionar mucho mayor rebote y por lo tanto es la opción para ruedas de patines de alta velocidad y rodillos. El poliéster es la elección para la absorción de choque y se utiliza ampliamente en aplicaciones de amortiguación de vibraciones.
La durabilidad y flexibilidad de los poliuretanos de éter frente a los de éster
Uno de los parámetros interesantes entre ambos es la durabilidad, un criterio importante en muchas aplicaciones. Los poliuretanos de éster generalmente presentan mayor resistencia a la abrasión, al aceite y a los disolventes que los poliuretanos de base éter. Por lo tanto, son perfectos para cualquier aplicación que requiera mayor dureza y resiliencia, como piezas de automóviles, recubrimientos industriales o incluso componentes de equipos más pesados. En términos de flexibilidad y elasticidad, los poliuretanos de éter son mucho mejores que cualquier otro elastómero. Las policaprolactonas también se utilizan como plastificantes poliméricos para epoxi, nitrocelulosa y otros materiales. Al ser flexibles, se pueden doblar varias veces sin romperse ni deformarse, por lo que se utilizan fibras elásticas, como el spandex y productos de espuma blanda como colchones, cojines, asientos, colchonetas, etc
TPU tiene buena resistencia al desgarro
Cuando un elastómero está dañado, se estropea debido a la propagación de la grieta. Esta resistencia al desgarro es la capacidad del material para resistir el desgarro. En general, la TPU tiene una fuerza de rasgadura más alta. El valor de desgaste Taber del TPU es de 0,35 a 0,5 mg, el más bajo entre los plásticos. Añadir lubricante puede reducir la fricción del TPU y mejorar aún más su resistencia al desgaste. La resistencia al desgarro es excelente en comparación con algunos cauchos y plásticos usados comúnmente. El poliuretano termoplástico (TPU) destaca por tener una excelente resistencia al desgarro, combinando la elasticidad del caucho con la durabilidad de los plásticos. Es altamente resistente a la abrasión, cortes, impactos y fatiga, lo que lo hace ideal para aplicaciones bajo alta tensión y fricción constante, superando a menudo a otros elastómeros como el TPE o el PVC flexible.
- Alta Durabilidad: Diseñado para soportar alto estrés sin romperse ni agrietarse, lo que lo hace idéntico para piezas funcionales y carcasas protectoras.
- Resistencia al Desgarro y Abrasión: Superior a muchos materiales, lo que le permite resistir la fricción constante y el contacto con superficies duras.
- Variedad de Durezas: Generalmente se encuentra en un rango de dureza de 60A a 90A en la escala Shore, manteniendo buena resistencia incluso en configuraciones más blandas.
- Resistencia a Factores Externos: Excelente resistencia al aceite, grasas, microorganismos y ozono, prolongando la vida útil del desgarro.
- Aplicaciones Comunes: Ruedas, suelas de zapatos, sellos, juntas, carcasas de teléfonos y piezas automotrices.
- Para asegurar esta alta resistencia al desgarro, es vital mantener el TPU seco, ya que es un material altamente higroscópico y la humedad puede afectar la integridad estructural de las piezas impresas.
Dureza TPU
La dureza Shore es una medida empírica utilizada para probar la resistencia de un TPU a la indentación o penetración bajo una fuerza definida. Se utilizan dos letras para categorizar el tipo de TPU que se evalúa: “A” denota un tipo de TPU flexible mientras que “D” se refiere a variedades más rígidas. Estas dos categorías a veces pueden superponerse. En ambas escalas las mediciones van de cero a 100, siendo cero muy suave y 100 muy duro. La dureza del TPU varía entre 55A y 75D. Cuando la dureza es superior a 85A, el compuesto de polímero plástico de TPU conserva su elasticidad, una característica que otros elastómeros no poseen, lo que le confiere una alta capacidad de carga y un buen efecto de succión y descarga.
Resistencia a la tracción TPU
La resistencia a la tracción es un indicador del comportamiento del TPU y las tendencias que se exhibirán cuando una sección transversal de la muestra se someta a una tensión uniaxial a corto plazo. En otras palabras, la tensión que soportará antes de que comience cualquier tipo de deformación. Las directrices para la realización de pruebas están especificadas en la norma DIN 53504 o ASTM D412. Los resultados generalmente se documentan en un diagrama de tensión-deformación. La resistencia a la tracción del poliuretano termoplástico disponible es de 2 a 3 veces mayor que la del caucho natural y el caucho sintético. La resistencia a la tracción del poliuretano termoplástico (TPU) supera los 60 MPa y su elongación es del 410 %. La resistencia a la tracción del poliuretano termoplástico (TPU) es de 50 MPa y su elongación es del 550%.
Resistencia al desgarro TPU
La resistencia al desgarro denota la capacidad de un TPU para contrarrestar la rotura y la distorsión. Cuanto mayor sea la resistencia al desgarro, mayor será el número de opciones de utilización probables.
Deformación por compresión TPU
La deformación por compresión de un TPU se puede definir como la deformación permanente que permanece después de que se haya liberado la tensión de compresión. Se calcula como un porcentaje de la desviación original después de que el material se haya recuperado en condiciones estándar durante 30 minutos. La compresión de un TPU normalmente se prueba durante un período de 24 horas a una temperatura específica. Las directrices para pruebas de deformación estándar están definidas en DIN ISO 815 o ASTM D395. Para los grados rígidos de TPU, la compresión idealmente no debe superar el 5%. Para calificaciones más flexibles, el 10% es el límite superior aceptable. Para garantizar que los materiales de TPU puedan ofrecer la mejor resistencia a la compresión, pueden resultar útiles los tratamientos térmicos como el recocido.
Abrasión TPU
La resistencia a la abrasión de materiales plásticos como el TPU se mide aplicando papel grueso a un sustrato bajo presión a través de un cilindro giratorio. Este tipo de prueba normalmente se lleva a cabo según las directrices DIN 53516 (ISO 4649). Se mide el peso de la muestra de TPU antes y después de la evaluación de la abrasión para medir cuánto desgaste se ha producido. La densidad original del material se considera junto con la rugosidad del papel y los resultados normalmente se expresan en términos de pérdida de volumen del sustrato en mm3.
Contracción TPU
La contracción de los moldes de TPU está influenciada por una serie de parámetros que incluyen el diseño de la pieza, el espesor de la pared, el diseño de la compuerta y las condiciones de procesamiento. La temperatura de fusión y de molde, así como la presión de inyección y de mantenimiento, también son factores importantes. La contracción total es el resultado de la contracción del moldeo y la contracción posterior. Esto puede ocurrir durante el recocido y también durante el almacenamiento a largo plazo de las piezas. Por esta razón es difícil predecir la contracción con gran precisión.
Distribución e influencia de la masa molecular
La distribución del peso molecular relativo del poliéter sigue la ecuación de probabilidad de Poisson y la distribución del peso molecular relativo es estrecha. Sin embargo, la distribución del peso molecular relativo de los dioles de poliéster obedece a la distribución de probabilidad de Flory y tiene una distribución de peso molecular relativo amplia. La resistencia a la hidrólisis del poliuretano termoplástico de poliéster mejoró después de protegerlo con diimida carbonizada. El poliuretano termoplástico de éster de poliéter y el poliuretano termoplástico de poliéter tienen la mejor resistencia a la hidrólisis a alta temperatura. 5. Comparación de la resistencia microbiana: (2) Las materias primas para la producción de poliéster TPU incluyen principalmente diisocianato de 4-4'- difenilmetano (MDI), 1, 4-butanodiol (BDO) y ácido adípico (AA), entre los cuales la cantidad de MDI es de aproximadamente el 40%, AA es de aproximadamente el 35% y BDO es de aproximadamente el 25%. El poliéster es fácilmente atacado por las moléculas de agua y se rompe, y el ácido producido por hidrólisis puede catalizar una mayor hidrólisis del poliéster. El tipo de poliéster tiene un cierto efecto sobre las propiedades físicas y la resistencia al agua de los elastómeros. Con el aumento de metileno en el diol de poliéster, se mejoró la resistencia al agua del elastómero de poliuretano. El contenido del grupo éster es pequeño y su resistencia al agua es buena. De manera similar, la resistencia al agua de los elastómeros de poliuretano sintetizados con diácidos de cadena larga es mejor que la del poliuretano de tipo poliéster sintetizado con diácidos de cadena corta. (1) Los principales materiales de producción de poliéter TPU son diisocianato de 4-4'-difenilmetano (MDI), politetrahidrofurano (PTMEG), 1, 4-butanodiol (BDO), entre los cuales la cantidad de MDI es de aproximadamente el 40%, PTMEG es de aproximadamente el 40% y BDO es de aproximadamente el 20%. 3. Comparación de propiedades mecánicas: El poliéter, el poliéster y otros polioles oligoméricos constituyen el segmento blando. Este segmento constituye la mayor parte del poliuretano, y las propiedades del poliuretano preparado con diferentes polioles oligoméricos y diisocianatos difieren. Las propiedades mecánicas del elastómero y la espuma de poliuretano obtenidos utilizando poliéster polarmente resistente como sección blanda son mejores. Esto se debe a que el poliuretano de poliéster contiene un gran grupo éster polar. No solo se pueden formar enlaces de hidrógeno entre el segmento duro, sino que también los grupos polares del segmento blando pueden formar parcialmente enlaces de hidrógeno con los grupos polares del segmento duro, de modo que la fase dura se distribuye de forma más uniforme en la fase blanda y actúa como punto de reticulación elástica. A temperatura ambiente, algunos poliésteres pueden cristalizar el segmento blando, lo que afecta a las propiedades del poliuretano. La resistencia, la resistencia al aceite y la estabilidad a la oxidación térmica del poliuretano de poliéster son superiores a las del poliéter PPG, pero su resistencia a la hidrólisis es inferior a la del poliéter. El peso molecular del segmento blando afecta las propiedades mecánicas del poliuretano. En general, asumiendo que el peso molecular del poliuretano es el mismo, si el segmento blando es poliéster, la resistencia del poliuretano aumentará con el aumento del peso molecular del poliéster diol. Si el segmento blando es poliéter, la resistencia del poliuretano disminuye con el aumento del peso molecular del poliéter diol, pero aumenta la elongación. Esto se debe a que el segmento blando de poliéster tiene una fuerte polaridad. Un peso molecular elevado produce una alta regularidad estructural, lo que favorece la mejora de la resistencia. Mientras que el segmento blando de poliéter tiene una polaridad débil; si el peso molecular aumenta, el contenido relativo del segmento duro en el poliuretano disminuye y, por lo tanto, la resistencia.
La distribución del peso molecular y su impacto son diferentes
La distribución de masa molecular relativa del poliéter sigue la ecuación de probabilidad de Poisson, lo que resulta en una distribución más estrecha. Por el contrario, los poliéster-dioles siguen la distribución de probabilidad de Flory, lo que resulta en una distribución más amplia. El peso molecular del segmento blando afecta las propiedades mecánicas del poliuretano. Generalmente, asumiendo el mismo peso molecular del poliuretano, si el segmento blando es poliéster, la resistencia aumenta con el peso molecular de los dioles de poliéster. Si el segmento blando es poliéter, la resistencia disminuye con el peso molecular de los dioles de poliéter, aunque aumenta la elongación. Esto se debe a que los segmentos blandos de poliéster son más polares, y un mayor peso molecular mejora la regularidad estructural y la resistencia. Por el contrario, los segmentos blandos de poliéter son menos polares, por lo que un mayor peso molecular reduce la proporción de segmentos duros, disminuyendo la resistencia.
Poliéster
TPU de poliéster son compatibles con PVC y otros plásticos polares. Ofreciendo valor en la forma de propiedades mejoradas, no son afectadas por aceites y productos químicos, proporcionan una excelente abrasión resistencia, ofrecen un buen equilibrio de propiedades físicas y son perfectos para usar en poli-mezclas. Los TPU a base de poliéster a unas condiciones de humedad y calor elevados se producen daños debido al ataque de microorganismos. En especial, los microorganismos que producen enzimas están en situación de atacar las cadenas de moléculas (decoloración), se forman grietas en la superficie que proporcionan a los microorganismos la posibilidad de penetrar más profundamente y dar lugar a una destrucción completa del los TPU a base de poliéster, con la consecuencia de una reducción de las propiedades de resistencia mecánica. En el caso de un prolongado almacenamiento en agua caliente, vapor de agua saturado o en clima tropical, se presenta una separación de las cadenas del poliéster (hidrólisis),este efecto aparece más acentuado cuanto más blando. No es resistente a: microbios y hidrólisis no tiene aprobación de la FDA.
Poliéter
TPU de poliéter son ligeramente más bajos en densidad que el poliéster y la poli-caprolactona. Ofrecen flexibilidad a baja temperatura y buena resistencia a la abrasión y al desgarro. Son también es durable contra el ataque microbiano , los TPU base poliéter no se producen daños debido al ataque de microorganismos. Los TPU sin carga son resistentes a microorganismos hasta un valor de saponificación de 200 mg KOH/g. El TPU a base de poliéter es mucho más resistente a un ataque hidrolítico gracias a su estructura química. Proporciona una excelente resistencia a la hidrólisis, lo que hace son adecuados para aplicaciones donde el agua es una consideración.
