Этот вариант полиуретана используется в промышленности для производства колес с повышенной стойкостью к истиранию. В качестве дополнительного компонента используется губчатая резина.
Полиуретаны
Полиуретаны представляют собой гетероцепные полимеры, макромолекула которых содержит незамещенную и/или замещенную уретановую групп у-N(R)-C(O)O-, где R = H, алкил, арил или ацил. Макромолекулы полиуретана могут также содержать сложноэфирные и эфирные функциональные группы, мочевину, амидные группы и различные другие функциональные группы, определяющие комплекс свойств полимера. Полиуретаны относятся к группе синтетических эластомеров и широко используются в промышленности благодаря своим разнообразным прочностным свойствам. Они используются в качестве заменителя резины при производстве изделий, работающих в агрессивных средах при переменных нагрузках и высоких температурах. Диапазон рабочих температур — о т-60°C до +80°C.
- 1 Получение
- 2 Свойства
- 3 Физико-механические показатели различных типов полиуретана
- 4 Применение
- 5 См. также
- 6 Примечания
- 7 Источники
Получение
| Образование полиуретанового полимера в результате реакции между диизоцианатом и полиолом. |
 |
Полиуретаны получают путем взаимодействия соединений, содержащих изоцианатные группы, с бифункциональными и полифункциональными гидроксильными производными.
Используемые изоцианатные соединения включают диизоцианаты толуола (2,4- и 2,6-изомеры или их смесь в соотношении 65: 35), 4,4′-дифенилметан диизоцианат, 1,5-нафтилен диизоцианаты, гексаметилен диизоцианаты, полиизоцианаты, триизоцианат трифенилметана, диуретиазоцианат, изоцианурат диазоцианаты, 2,4-толуол диизоцианат димер, блокированные изоцианаты.
Исходная структура изоцианата определяет скорость образования уретана, прочностные свойства, свето- и радиационную стойкость и жесткость полиуретанов.
К гидроксилсодержащим компонентам относятся:
- олигогликоли — продукты гомо- и сополимеризацииТетрагидрофурана, пропилен- и этиленоксидов, дивинила, изопрена;
- сложные полиэфиры с концевыми группами ОН — линейные продукты поликонденсации адипиновой, фталевой и других дикарбоновых кислот с этилен-, пропилен-, бутилен- или другими низкомолекулярным гликолями;
- разветвленные продукты поликонденсации перечисленных кислот и гликолей с добавкой триолов (глицерина, триметилол-пропана), продукты полимеризации ε-капролактона.
Гидроксилсодержащий компонент в основном определяет комплекс физико-механических свойств полиуретанов.
Гидроксилирующие агенты (например, вода, гликоли, моноариловый эфир глицерина, касторовое масло) и диамины (-4,4′-метилендис(о-хлоранилин), фенилендиамины) используются для удлинения и структурирования цепей. Эти факторы определяют молекулярную массу линейных полиуретанов, плотность вулканизационной сети и структуру поперечных связей, возможность образования доменных структур, т.е. все свойства полиуретанов и их применение (пены, волокна, эластомеры и т.д.).
В качестве катализаторов для образования уретана используются трет-бутиламины, хелаты железа, меди, бериллия, ванадия и свинца, а также нафтеновые эфиры олова, октаноат станнола и лауриновая кислота. При циклотримеризации в качестве катализаторов используются неорганические основания и комплексы трет-бутиламинов с эпоксидами.
Свойства
Механические свойства полиуретанов сильно варьируются и зависят от типа и длины сегментов цепи между уретановыми группами, структуры цепей (линейная или сшитая), молекулярного веса и степени кристалличности. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твердыми веществами в аморфном или кристаллическом состоянии. Их свойства варьируются от высокоэластичной мягкой резины (твердость 15 дней по Шору по шкале А) до жестких пластмасс (твердость 97 дней по Шору по шкале D)1.
Полиуретан относится к категории строительных материалов (СМ). Механические свойства полиуретана позволяют использовать его в деталях машин и механизмов, подверженных механическим нагрузкам. К этому виду промышленных материалов предъявляются очень высокие требования по устойчивости к агрессивным внешним воздействиям.
Что такое полиуретан?
Полиуретан содержит полиол и изоцианат. Они добываются из нефти, взятой непосредственно из скважины, т.е. из сырой нефти. При дальнейшем синтезе вещество приобретает полимерную структуру, а смесь основных компонентов в жидком виде придает ему специфические свойства. Например, пластичность или жесткость. Кроме того, изделия могут иметь различные коэффициенты трения, прочность на разрыв до 550% и выдерживать перепады температур о т-55 до +85°C. Варьирование процентного содержания компонентов придает материалу различные свойства. Он может быть мягким, жестким, ячеистым или монолитным. Материал приобретает дополнительные свойства при добавлении следующих элементов: Катализаторы, пеногасители, стабилизаторы и т.д.
Для производства изделий из полиуретана используются практически все известные технологические процессы. Поэтому широко используются различные методы производства.
Литье
Наиболее часто используемым процессом является формование, которое почти не отличается от других процессов производства пластмасс. Он способен производить полиуретановые изделия со сложной геометрией. Эта технология не требует сложной автоматизации и позволяет производить большие объемы продукции. В этом случае детали, размер которых может превышать 3-4 тонны, изготавливаются методом формовки на стенде. Сам процесс прост: масса размягчается и заливается в специальные формы. Затем он затвердевает и приобретает устойчивую форму. Повышенное давление ускоряет процесс.
Прессование
Он используется для предварительно приготовленного материала, который подается в специальную машину. Под чрезвычайно высоким давлением масса приобретает желаемую форму. Перед процессом формования полиуретан может быть нагрет или размягчен сжатием. В этом случае изменяется не только геометрия компонента, но и его свойства. Каждый шаг контролируется компьютером.
Экструзия
Другое название этого метода — бурение. Полимер, нагретый и размягченный под давлением, поступает в экструдер. Здесь она охлаждается и закаляется. Продуктом этого процесса являются прутки определенного сечения и плоские пластины, которые затем разрезаются или обтачиваются.
Заливка на стандартном оборудовании
Это распространенный метод изготовления декоративных предметов методом литья, который встречается в природе. Материал заливается в форму в жидком состоянии. Затвердевание происходит под воздействием температуры или реагентов. Обычно он используется для небольших партий. Процесс литья не требует дорогостоящих и сложных форм.
Виды полимера
В химической промышленности существует три основных типа полиуретана:
- Адипрены — вещества с повышенной эластичностью, которые хорошо сохраняют заданную форму. Обычно они выступают основой для уплотняющих прокладок, участвуют в изготовлении колесиков для тележек, конвейерных валиков, шин для транспортных средств. От того, какие дополнительные свойства присутствуют у адипренов, их применяют при производстве запчастей в циклонах, оправ для гипсового или бетонного литья.
- Вулколланы — твердые полимеры с широким интервалом эксплуатационной температуры без потери свойств. С их участием создаются втулки, опоры, сайлентблоки, другое.
- Вулкопрены — вид полиуретана, который проходит последующую вулканизацию и сочетается с другими полимерами (например, с каучуком). Такой подход позволяет добиться высоких показателей к истиранию.
Каждый из этих эластомеров широко используется в различных областях, поскольку такие параметры материала, как вязкость, прочность и предел прочности при растяжении, намного лучше, чем у обычной резины и металла.
Свойства и характеристики
Основным свойством полиуретана является его способность изменять свою геометрию в течение короткого периода времени и возвращаться к своей форме после снятия напряжения. Кроме того, полимер устойчив к контакту с различными химическими составами, маслами и кислотами, не боится микроорганизмов и не реагирует на ультрафиолетовое излучение.
Благодаря своим техническим свойствам этот вид пластика незаменим в условиях эксплуатации, где требуется износостойкость и долговечность. Свойства материала включают:
- плотность — зависит от типа, параметры стоят в интервале 30-300 кг/м3;
- твердость (по Шору) — 50-99 единиц;
- эксплуатационный разбег температур — от -55 до +85 °С, но допускается кратковременное применение в среде при +110. +150 °С без потери первоначальных свойств и плавления;
- эластичность — до 50 Мпа.
Это полимер с низкой массой, который не воспламеняется от электричества и не теряет своей целостности при воздействии озона.
