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Que es TPU
El TPU es poliuretano termoplástico, un tipo de poliuretano que puede plastificarse calentando y disolverse en disolventes. En comparación con los poliuretanos de mezcla y fundición, el poliuretano termoplástico tiene poca o ninguna reticulación química en su estructura química, y sus moléculas son básicamente lineales, pero hay una cierta cantidad de intercambio físico. El concepto del llamado intercambio físico fue propuesto por primera vez por Schollenberge CS en 1958. Se refiere a la existencia del "puntos de conexión GG"; entre cadenas moleculares lineales de poliuretano que son reversibles cuando se exponen al calor o al disolvente. En realidad, no es una reticulación química. Pero juega el papel de reticulación química. Debido a este efecto de reticulación física, el poliuretano forma una teoría de estructura morfológica multifásica. Los enlaces de hidrógeno del poliuretano refuerzan su morfología y lo hacen resistente a mayores humedades.
¿Cuál es la clasificación de TPU?
Ahora que sabes qué es TPU, ¿cuáles son sus clasificaciones? De acuerdo con diferentes estándares de clasificación, TPU puede tener muchas clasificaciones diferentes. Por ejemplo, según la estructura del segmento blando, se puede dividir en tipo poliéster, tipo poliéter y tipo butadieno, que contienen respectivamente grupo éster, grupo éter o grupo butenilo. Según la estructura del segmento duro, se divide en tipo uretano y tipo uretano urea, que se obtienen respectivamente a partir de extensores de cadena de glicol o extensores de cadena de diamina. La división común se divide en tipo de poliéster y tipo de poliéter. Según la presencia o ausencia de reticulación, se puede dividir en termoplástico puro y semi-termoplástico. El primero tiene una estructura lineal pura sin enlaces de reticulación; este último tiene una pequeña cantidad de enlaces reticulados como el alofanato. De acuerdo con el propósito del producto terminado, se puede dividir en partes de formas especiales (varias partes mecánicas), tuberías (fundas, perfiles de varilla), películas (láminas, láminas), adhesivos, revestimientos y fibras.
Tipos de poliuretano
Espuma de poliuretano flexible
La espuma de poliuretano flexible se utiliza como material de amortiguación para diversos productos de consumo y comerciales, como ropa de cama, muebles, interiores de automóviles, bases para alfombras y embalajes. La espuma flexible se puede crear en prácticamente cualquier forma y firmeza. Es ligera, duradera, ofrece soporte y es cómoda. La espuma de poliuretano flexible representa aproximadamente el 30 por ciento de todo el mercado de poliuretano de América del Norte y se utiliza principalmente para ropa de cama, muebles y en la industria automotriz.
Espuma rígida de poliuretano
Las espumas rígidas de poliuretano y poliisocianurato (poliiso) crean uno de los aislamientos más populares, energéticamente eficientes y versátiles del mundo. Estas espumas pueden reducir significativamente los costos de energía, a la vez que aumentan la eficiencia y el confort de las propiedades comerciales y residenciales. La calefacción y la refrigeración representan aproximadamente el 56 % del consumo energético de un hogar típico estadounidense, lo que los convierte en el mayor gasto energético para la mayoría de los hogares. Para mantener una temperatura uniforme y reducir los niveles de ruido en viviendas y locales comerciales, los constructores recurren a la espuma rígida de poliuretano y poliisocianurato. Estas espumas son materiales aislantes eficaces que se pueden utilizar en el aislamiento de techos y paredes, ventanas y puertas aislantes, y en selladores de barrera de aire.
Recubrimientos, adhesivos, selladores y elastómeros (CASE)
Los usos de los poliuretanos en el mercado de recubrimientos, adhesivos, selladores y elastómeros (CASE) ofrecen un amplio y creciente espectro de aplicaciones y beneficios. Los recubrimientos de poliuretano pueden mejorar la apariencia de un producto y prolongar su vida útil. Los adhesivos de poliuretano ofrecen fuertes ventajas de adhesión, mientras que los selladores de poliuretano proporcionan sellos más herméticos. Los elastómeros de poliuretano se pueden moldear en casi cualquier forma, son más ligeros que el metal, ofrecen una mayor recuperación de la tensión y pueden ser resistentes a diversos factores ambientales.
Poliuretano termoplástico (TPU)
El poliuretano termoplástico (TPU) ofrece una gran variedad de combinaciones de propiedades físicas y aplicaciones de procesamiento. Es altamente elástico, flexible y resistente a la abrasión, los impactos y la intemperie. Los TPU se pueden colorear o fabricar mediante una amplia variedad de métodos, y su uso puede aumentar la durabilidad general de un producto. El TPU es un elastómero completamente termoplástico. Como todos los elastómeros termoplásticos, el TPU es elástico y procesable por fusión. Además, puede procesarse en equipos de extrusión, inyección, soplado y moldeo por compresión. Puede moldearse al vacío o recubrirse en solución y es ideal para una amplia variedad de métodos de fabricación. El TPU ofrece una gran variedad de combinaciones de propiedades físicas, lo que lo convierte en un material extremadamente flexible, adaptable a decenas de usos, como la construcción, la automoción y el calzado.
Moldeo por inyección de reacción (RIM)
Parachoques de automóviles, paneles de carcasas eléctricas y carcasas de equipos informáticos y de telecomunicaciones son algunas de las piezas producidas con poliuretano mediante moldeo por inyección reactiva (RIM). Aportando flexibilidad de diseño, el proceso RIM de poliuretano produce piezas que normalmente no se consiguen con los procesos de moldeo por inyección tradicionales, como piezas de paredes gruesas y delgadas, interiores encapsulados y núcleos de espuma. Además de su alta resistencia y bajo peso, las piezas RIM de poliuretano ofrecen resistencia al calor, aislamiento térmico, estabilidad dimensional y un alto nivel de propiedades dinámicas. La automoción, la construcción, los electrodomésticos, el mobiliario y los artículos deportivos y recreativos son algunos de los mercados y aplicaciones que utilizan la tecnología RIM.
Carpetas
Los aglutinantes de poliuretano se utilizan para adherir numerosos tipos de partículas y fibras. Sus principales aplicaciones son la fabricación de paneles de madera, superficies de suelo de caucho o elastómero y la fundición en arena. Su aplicación más frecuente es la fabricación de tableros de virutas orientadas (OSB). Estos paneles de madera se utilizan en revestimientos y suelos estructurales, viviendas prefabricadas, viguetas y paneles de taller. La base de alfombra rebond utiliza aglutinantes de poliuretano para adherir restos de espuma, que suelen ser espuma de poliuretano flexible, durante su producción.
Dispersiones de poliuretano a base de agua (PUD)
Las dispersiones de poliuretano a base de agua (PUD) son recubrimientos y adhesivos que utilizan agua como disolvente principal. Debido al aumento de la normativa federal sobre la cantidad de compuestos orgánicos volátiles (COV) y contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP) que pueden emitirse a la atmósfera, las PUD se están utilizando en más aplicaciones industriales y comerciales.
Aplicaciones del poliuretano
Cuando los científicos descubrieron que los poliuretanos podían transformarse en hilos finos, se combinaron con nailon para crear prendas más ligeras y elásticas. Con el paso de los años, los poliuretanos se han mejorado y desarrollado hasta convertirse en fibras de spandex, recubrimientos de poliuretano y elastómeros termoplásticos. Gracias a los avances actuales en las técnicas de poliuretano, los fabricantes pueden crear una amplia gama de prendas de poliuretano a partir de pieles y cueros sintéticos utilizados para prendas de vestir, ropa deportiva y una variedad de accesorios.
Accesorios
Los poliuretanos son un componente importante en los electrodomésticos de uso diario. Su uso más común en electrodomésticos es la fabricación de espumas rígidas para sistemas de aislamiento térmico de refrigeradores y congeladores. La espuma rígida de poliuretano es un material esencial y rentable que permite cumplir con las especificaciones energéticas requeridas en refrigeradores y congeladores. Las buenas propiedades de aislamiento térmico de las espumas rígidas de poliuretano se deben a la combinación de una estructura de espuma fina de celdas cerradas y gases celulares que resisten la transferencia de calor.
Automotor
Los poliuretanos se utilizan en todos los vehículos. Además de la espuma que proporciona comodidad a los asientos, los parachoques, las secciones interiores del techo, la carrocería, los alerones, las puertas y las ventanas utilizan poliuretano. El poliuretano también permite a los fabricantes ofrecer a conductores y pasajeros un kilometraje significativamente mayor al reducir el peso y aumentar el ahorro de combustible, la comodidad, la resistencia a la corrosión, el aislamiento y la absorción acústica.
Construcción y edificación
Las viviendas actuales exigen materiales de alto rendimiento que sean resistentes y ligeros; de buen rendimiento y fácil instalación; y duraderos, pero también versátiles. El poliuretano ayuda a conservar los recursos naturales y a preservar el medio ambiente al reducir el consumo de energía. Gracias a su excelente relación resistencia-peso, sus propiedades aislantes, su durabilidad y su versatilidad, el poliuretano se utiliza con frecuencia en la construcción. Tanto la asequibilidad de estos materiales versátiles como la comodidad que ofrecen han hecho que los componentes de poliuretano formen parte de los hogares de todo el mundo. El poliuretano se utiliza en toda la casa. En los pisos, el acolchado de espuma flexible amortigua la alfombra. En el techo, las cubiertas de plástico reflectante sobre espuma de poliuretano pueden reflejar la luz solar y el calor, ayudando a mantener la casa fresca y a reducir el consumo de energía. Los materiales de construcción de poliuretano aportan flexibilidad de diseño a las viviendas nuevas y a los proyectos de remodelación. Los paneles con núcleo de espuma ofrecen una amplia variedad de colores y perfiles para paredes y techos, mientras que las puertas de entrada y de garaje con núcleo de espuma están disponibles en diferentes acabados y estilos.
Madera compuesta
Los poliuretanos desempeñan un papel fundamental en materiales modernos, como la madera compuesta. Los aglutinantes a base de poliuretano se utilizan en productos de madera compuesta para unir permanentemente materiales orgánicos a tableros de virutas orientadas, tableros de fibra de densidad media, madera de virutas largas, madera laminada enchapada e incluso tableros de paja y aglomerados.
Electrónica
Los poliuretanos sin espuma, a menudo denominados “compuestos de encapsulado”, se utilizan con frecuencia en las industrias eléctrica y electrónica para encapsular, sellar y aislar componentes microelectrónicos frágiles y sensibles a la presión, cables submarinos y placas de circuitos impresos. Los compuestos de encapsulado de poliuretano están especialmente formulados por desarrolladores para satisfacer diversas propiedades físicas, térmicas y eléctricas. Protegen los componentes electrónicos gracias a sus excelentes propiedades dieléctricas y adhesivas, además de una excepcional resistencia a disolventes, agua y temperaturas extremas.
Piso
Ya sea como base de espuma o como revestimiento, los poliuretanos pueden hacer que los suelos que pisamos a diario sean más duraderos, fáciles de mantener y más estéticos. El uso de espuma de poliuretano flexible como base para alfombras en aplicaciones residenciales o comerciales puede aumentar significativamente la vida útil de la alfombra, proteger su apariencia, proporcionar mayor comodidad y soporte, y reducir el ruido ambiental. Los poliuretanos también se utilizan para revestir suelos, desde madera y parqué hasta cemento. Este acabado protector es resistente a la abrasión y a los disolventes, y fácil de limpiar y mantener. Con un acabado de poliuretano, un suelo nuevo de madera, parqué o cemento dura más y mejor, mientras que un suelo antiguo puede renovarse para que parezca nuevo.
Mobiliario
El poliuretano, principalmente en forma de espuma flexible, es uno de los materiales más populares para la decoración del hogar, como muebles, ropa de cama y bases para alfombras. Como material de amortiguación para muebles tapizados, la espuma de poliuretano flexible contribuye a que los muebles sean más duraderos, cómodos y ofrezcan un mejor soporte.
Marina
Millones de estadounidenses disfrutan de la navegación cada año. Parte de su continua popularidad se debe a las mejoras en la tecnología náutica, a las que los materiales de poliuretano contribuyen de forma importante. Las resinas epoxi de poliuretano sellan los cascos de las embarcaciones contra el agua, la intemperie, la corrosión y los elementos que aumentan la resistencia, afectan la hidrodinámica y reducen la durabilidad. Hoy en día, los navegantes pueden disfrutar de la comodidad de un hogar en el agua, gracias en parte a la espuma de poliuretano flexible. Además, la espuma de poliuretano rígida aísla las embarcaciones del ruido y las temperaturas extremas, proporciona resistencia a la abrasión y al desgarro, y aumenta la capacidad de carga, todo ello con un peso mínimo. El poliuretano termoplástico también es ideal para la industria marítima. Es elástico, duradero y fácil de procesar, ideal para recubrimientos de cables y alambres, tuberías de motores, correas de transmisión, mangueras hidráulicas y sellos, e incluso para el moldeado de barcos.
Médico
Los poliuretanos se utilizan comúnmente en diversas aplicaciones médicas, como catéteres y tubos de uso general, ropa de cama hospitalaria, campos quirúrgicos, apósitos para heridas y diversos dispositivos moldeados por inyección. Su uso más común es en implantes de corta duración. El uso de poliuretano en aplicaciones médicas puede ser más rentable y proporcionar mayor durabilidad y resistencia.
Embalaje
La espuma de poliuretano para embalaje (PPF) proporciona una amortiguación más rentable y adaptable que protege de forma única y segura los artículos que deben permanecer en su lugar durante el transporte. La PPF se utiliza ampliamente para proteger y transportar de forma segura numerosos artículos, como equipos electrónicos y de diagnóstico médico, cristalería delicada y piezas industriales de gran tamaño. Una solución versátil in situ para diversos desafíos de embalaje, la PPF permite ahorrar tiempo y ser más rentable al proporcionar un contenedor a medida con cada envío.
¿Cómo se sintetiza TPU?
Aunque existen muchas clasificaciones de TPU, todos son poliuretanos en términos de estructura molecular. Entonces, ¿cómo se agregó? Según los diferentes procesos de síntesis, se divide principalmente en polimerización en masa y polimerización en solución.
- En la polimerización a granel, se puede dividir en método de prepolimerización y método de un paso según la presencia o ausencia de pre-reacción: el método de pre-polimerización es hacer reaccionar diisocianato y diol macromolecular durante un cierto período de tiempo, y luego agregar extensión de cadena para producir TPU; El diol molecular, el diisoéster y el extensor de cadena se mezclan y se hacen reaccionar simultáneamente para formar TPU.
- La polimerización en solución consiste en disolver el diisocianato en un disolvente primero, luego agregar un diol macromolecular para que reaccione durante un cierto período de tiempo y finalmente agregar un extensor de cadena para generar TPU.
El tipo de segmento blando de TPU, el peso molecular, el contenido del segmento duro o blando y el estado de agregación de TPU afectarán la densidad del TPU, la densidad está entre 1.10 ~ 1.25, sin diferencias significativas con otros cauchos y plásticos. Con la misma dureza, la densidad del poliéter TPU es menor que la del poliéster TPU.
Cómo se procesa la TPU
Las partículas de TPU sintetizadas requieren varios procesos para formar el producto final, y el método de fusión y el método de solución se utilizan principalmente para el procesamiento de TPU. El procesamiento de la masa fundida es un proceso comúnmente utilizado en la industria del plástico: como mezcla, calandrado, extrusión, moldeo por soplado y moldeo (incluyendo inyección, compresión, transferencia y centrifugación, etc.); El procesamiento de solución es el proceso de disolver gránulos en un solvente o polimerizar directamente en un solvente.La solución luego se recubre, se hila, etc. El TPU se convierte en el producto final y, en general, no necesita someterse a una reacción de vulcanización y reticulación, lo que puede acortar el ciclo de producción, y los materiales de desecho se pueden reciclar y reutilizar.
¿Qué tal el rendimiento de TPU?
Un material se usa en gran número, ciertamente por su muy buen desempeño, el TPU no es una excepción. Al igual que el poliuretano fundido (líquido) y el poliuretano mixto (sólido), el TPU tiene alto módulo, alta resistencia, alta elongación y alta elasticidad, excelente resistencia al desgaste, resistencia al aceite, resistencia a bajas temperaturas y resistencia al envejecimiento. Entre ellos, la alta resistencia a la tracción, el alto alargamiento y la baja tasa de deformación por compresión a largo plazo son todas ventajas significativas del TPU.
Propiedades mecánicas del TPU
Alta resistencia a la tracción y gran alargamiento
La resistencia a la tracción y el alargamiento del TPU son excelentes. A partir de los datos de la figura siguiente, podemos ver que la resistencia a la tracción y el alargamiento del poliéter TPU son mucho mejores que los del plástico y el caucho de cloruro de polivinilo.
Además, el TPU no agrega o agrega muy pocos aditivos en el proceso de procesamiento, lo que puede cumplir con los requisitos de la industria alimentaria, lo que también es difícil para otros materiales como el PVC y el caucho.
La resiliencia es muy sensible a la temperatura.
La resiliencia del TPU se refiere al grado en que se recupera rápidamente a su estado original después de que se alivia la tensión de deformación. Se expresa por la energía de recuperación, es decir, la relación entre el trabajo requerido para la deformación y el trabajo requerido para la deformación. Es función del módulo dinámico y la fricción interna del elastómero y es muy sensible a la temperatura.
Relación entre la resistencia de TPU y la temperatura por debajo de la temperatura ambiente
Los segmentos blandos de TPU son PTMG, PCL, PBA y las masas moleculares relativas son 1000 y 2000 respectivamente; el segmento duro es MDI-BDO, y el contenido del segmento duro es 48,2% (42,7% para PCL-1250) y 31,7%, respectivamente, r0=1,05 prepolímero Método de síntesis.
Como era de esperar, la resiliencia disminuye a medida que desciende la temperatura, hasta una cierta temperatura, la elasticidad aumenta rápidamente. Esta temperatura es la temperatura de cristalización del segmento blando, que está determinada por la estructura del glicol macromolecular. Poliéter TPU es más bajo que poliéster TPU. A temperaturas por debajo de la temperatura de cristalización, el elastómero se vuelve muy duro y pierde su elasticidad. Por lo tanto, la resiliencia es similar al rebote de una superficie de metal duro.
El rango de dureza es Shore A60 ~ D80
La dureza es un indicador de la capacidad de un material para resistir deformaciones, mellas y rayones. La dureza del TPU generalmente se mide con probadores de dureza Shore A y Shore D. Shore A se usa para TPU más suave y Shore D se usa para TPU más duro. Dado que la dureza del TPU se puede ajustar ajustando la proporción de segmentos blandos y duros, el TPU tiene un rango de dureza relativamente amplio. Su dureza varía de Shore A60 a D80, abarcando la dureza del caucho y los plásticos, y está dentro de todo el rango de dureza. Tiene una gran flexibilidad. Con el cambio de dureza, algunas propiedades del TPU cambiarán. Por ejemplo, aumentar la dureza del TPU dará como resultado un mayor módulo de tracción y resistencia al desgarro, mayor rigidez y tensión de compresión (capacidad de carga), menor elongación, mayor densidad y generación dinámica de calor y mayor resistencia ambiental.
¿Dónde se puede usar TPU?
En 1958, la American Goodrich Chemical Company (ahora renombrada como Lubrizol) registró por primera vez la marca de TPU Estane. En los siguientes 40 años, han salido más de 20 marcas en todo el mundo y cada marca tiene varias series de productos. En la actualidad, los principales fabricantes de materias primas de TPU son BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical, etc.
Como elastómero con un rendimiento excelente, el TPU tiene una amplia gama de productos posteriores y se usa ampliamente en las necesidades diarias, artículos deportivos, juguetes, materiales decorativos y otros campos. Aquí están algunos ejemplos.
Material de zapatos
El TPU se utiliza en materiales para calzado principalmente debido a su excelente elasticidad y resistencia al desgaste. Los productos de calzado que contienen TPU son mucho más cómodos que los productos de calzado ordinarios en términos de comodidad de uso. Por lo tanto, se utilizan más en productos de calzado de alta gama, especialmente en algunos zapatos deportivos y zapatos casuales.
Manguera
Debido a que la manguera de TPU tiene suavidad, buena resistencia a la tracción, resistencia al impacto, resistencia a altas y bajas temperaturas, la manguera de TPU se usa ampliamente en China para el transporte de aire y aceite de aviones, tanques, automóviles, motocicletas, máquinas herramientas y otros equipos mecánicos. manguera.
Cable
El TPU proporciona resistencia al desgarro, resistencia al desgaste y características de flexión, y la resistencia a altas y bajas temperaturas es la clave para el rendimiento del cable. Por lo tanto, en el mercado chino, los cables de alta gama, como el TPU para cables de control y cables de potencia, se utilizan para proteger los materiales de recubrimiento de cables complejos, y sus aplicaciones son cada vez más extensas.
Equipo médico
El TPU es un material sustituto de PVC seguro, estable y de alta calidad. No contendrá ftalatos y otras sustancias químicas nocivas, que causarán efectos secundarios al migrar a la sangre u otros líquidos en catéteres médicos o bolsas médicas. El TPU de grado de inyección y fuera de calidad se puede usar fácilmente con un pequeño ajuste en el equipo de PVC existente.
