Qu'est-ce que le polyuréthane ?
Le soi-disant polyuréthane est l'abréviation de polyuréthane, qui est formé par la réaction de polyisocyanate et de polyol, et contient de nombreux groupes uréthane répétés (-NH-CO-O-) dans la chaîne moléculaire. Dans la résine de polyuréthane synthétique proprement dite, en plus du groupe uréthane, il existe également des groupes tels que l'urée et le biuret. Les polyols sont des molécules à longue chaîne avec des groupes hydroxyle à l'extrémité, appelés "segments mous", et les polyisocyanates sont appelés "segments durs".
Dans la résine de polyuréthane générée par les segments souples et durs, l'uréthane n'est qu'une minorité, il n'est donc pas nécessairement approprié de l'appeler polyuréthane. Au sens large, le polyuréthane est un polymère d'addition d'isocyanate.
Différents types d'isocyanates réagissent avec des composés polyhydroxylés pour former des polyuréthanes de différentes structures, obtenant ainsi des matériaux polymères aux propriétés différentes, tels que des plastiques, des caoutchoucs, des revêtements, des fibres, des adhésifs, etc. Caoutchouc polyuréthane
Le caoutchouc polyuréthane a été développé avec succès pour la première fois en Allemagne en 1940, et il a été mis en production industrielle après 1952, tandis que mon pays a été développé et mis en production au milieu-1960 des années. Le caoutchouc polyuréthane appartient à une sorte de caoutchouc spécial, qui est préparé par réaction de polyéther ou de polyester avec un isocyanate. Il existe de nombreuses variétés en raison des différents types de matières premières, des conditions de réaction et des méthodes de réticulation. En termes de structure chimique, il existe un type polyester et un type polyéther, et en termes de méthode de traitement, il existe trois types : type de mélange, type de coulée et type thermoplastique.
Le caoutchouc de polyuréthane synthétique est généralement fabriqué en faisant réagir un polyester ou un polyéther linéaire avec un diisocyanate pour fabriquer un prépolymère de faible poids moléculaire. Après la réaction d'extension de chaîne, un polymère de haut poids moléculaire est formé, puis un agent de réticulation approprié est ajouté pour le chauffer. Durci pour devenir du caoutchouc vulcanisé, cette méthode est appelée méthode de prépolymérisation ou méthode en deux étapes.
Il est également possible d'utiliser une méthode en une étape - le polyester ou le polyéther linéaire est directement mélangé avec du diisocyanate, un allongeur de chaîne et un agent de réticulation, de sorte que la réaction se produise pour générer du caoutchouc polyuréthane.
Caoutchouc polyuréthane thermoplastique (TPU)
Le caoutchouc polyuréthane thermoplastique est un polymère linéaire séquencé de type n (AB), A représente un polyester ou un polyéther de haut poids moléculaire (poids moléculaire 1000-6000), appelé chaîne longue, B représente 2-12 carbones linéaires Le diol atomique est une chaîne courte, et la liaison chimique entre les segments AB est le diisocyanate.
La relation entre la structure et les propriétés physiques du TPU
1. Structure sectorielle
Le segment A de la molécule de TPU facilite la rotation de la chaîne macromoléculaire, conférant au caoutchouc polyuréthane une bonne élasticité, réduisant le point de ramollissement et le point de transition secondaire du polymère et réduisant la dureté et la résistance mécanique. Le segment B liera la rotation de la chaîne macromoléculaire, de sorte que le point de ramollissement et le point de transition secondaire du polymère sont augmentés, la dureté et la résistance mécanique sont augmentées et l'élasticité est diminuée. En ajustant le rapport molaire entre A et B, des TPU avec des propriétés mécaniques différentes peuvent être préparés.
2. Structure réticulée
En plus de la réticulation primaire, la structure de réticulation du TPU doit également prendre en compte la réticulation secondaire formée par des liaisons hydrogène intermoléculaires. La liaison de réticulation primaire du polyuréthane est différente de la structure de vulcanisation du caoutchouc hydroxy, et son groupe uréthane, biuret, groupe allophanate et d'autres groupes sont régulièrement et espacés en segments rigides, de sorte que le caoutchouc a une structure de réseau régulière, donc il a une excellente résistance à l'usure et d'autres excellentes propriétés.
Deuxièmement, parce que le caoutchouc polyuréthane contient de nombreux groupes tels que des groupes urée ou des groupes uréthane avec une grande énergie de cohésion, les liaisons hydrogène formées entre les chaînes moléculaires ont une résistance élevée, et la réticulation secondaire formée par les liaisons hydrogène La santé a également une influence importante sur les propriétés de caoutchouc polyuréthane. La réticulation secondaire confère au caoutchouc polyuréthane les caractéristiques d'un élastomère thermodurcissable d'une part, et d'autre part, la réticulation n'est pas vraiment une réticulation, c'est une réticulation virtuelle, et la réticulation l'état dépend de la température.
Au fur et à mesure que la température augmente, cette réticulation s'affaiblit et disparaît progressivement, et le polymère a une certaine fluidité et peut être traité thermoplastiquement. Lorsque la température est abaissée, cette réticulation est progressivement restaurée et se forme à nouveau. L'ajout d'une petite quantité de charge augmente la distance entre les molécules, la capacité à former des liaisons hydrogène entre les molécules est affaiblie et la résistance chutera fortement.
3. La stabilité du groupe
La recherche montre que l'ordre de stabilité de chaque groupe dans le caoutchouc polyuréthane de haut en bas est : ester, éther, urée, uréthane, biuret. Dans le processus de vieillissement du caoutchouc polyuréthane, le premier est le groupe biuret et urée. Les réticulations formiate sont clivées, suivies des liaisons uréthane et urée, c'est-à-dire que la chaîne principale est clivée.
Propriétés du caoutchouc polyuréthane
Le module élastique du TPU se situe entre le caoutchouc et le plastique. Sa plus grande caractéristique est qu'il possède à la fois une dureté et une élasticité que l'on ne trouve pas dans les autres caoutchoucs et plastiques.
Le TPU est divisé en deux types : le type polyester et le type polyéther. Par rapport aux propriétés physiques, le type polyester a de meilleures performances pour le caoutchouc à faible dureté, tandis que le type polyéther est meilleur pour le caoutchouc à haute dureté. Le caoutchouc polyester a une meilleure résistance à l'huile, une meilleure résistance à la chaleur et une meilleure adhérence au métal, tandis que le type polyéther est meilleur pour la résistance à l'hydrolyse, la résistance au froid et les propriétés antibactériennes.
1. Caractéristiques environnementales
Le TPU a généralement une bonne résistance à la température, la température pour une utilisation continue à long terme est de 80 à 90 degrés et peut atteindre environ 120 degrés en peu de temps. La résistance à basse température du polyuréthane est également bonne. La température de fragilité du polyester polyuréthane est de -40 degrés C, tandis que le polyéther polyuréthane est de -70 ~ -80 degrés C, mais il deviendra dur à basse température.
La résistance à l'huile du TPU est relativement bonne, mais la résistance à l'eau varie en fonction de la structure. La dégradation la plus grave du TPU est causée par la réversibilité de la réaction de formation d'ester. Lorsque l'ester est mis en contact avec de l'eau, la reformation de l'acide est responsable de la réaction autocatalytique conduisant à la désintégration de la molécule. Les uréthanes de polyester se désintègrent davantage lorsqu'ils sont exposés à l'humidité de l'air que lorsqu'ils sont complètement immergés dans l'eau. En effet, lorsqu'il est immergé dans l'eau, l'acide formé est constamment emporté.
La résistance à l'hydrolyse du polyéther polyuréthane est de 3 à 5 fois supérieure à celle du polyester polyuréthane, car le groupe éther ne réagit pas avec l'eau.
Il y a deux raisons pour lesquelles l'intrusion d'eau conduit à la baisse des performances du polyuréthane : la première est que l'eau pénétrée forme des liaisons hydrogène avec des groupes polaires dans le polyuréthane, ce qui affaiblit les liaisons hydrogène entre les molécules de polymère. Ce processus est réversible. Une fois les propriétés physiques restaurées.
La seconde est que l'eau envahissante hydrolyse le polyuréthane, ce qui est irréversible.
Le polyuréthane se décolore et s'assombrit en cas d'exposition prolongée au soleil, et ses propriétés physiques diminuent progressivement. Les bactéries enzymatiques peuvent également entraîner la dégradation du polyuréthane, de sorte que des antioxydants, des absorbeurs d'ultraviolets, des agents anti-enzymes, etc. sont ajoutés au caoutchouc polyuréthane utilisé dans la production industrielle.
2. Propriétés mécaniques
Résistance à la traction : la résistance à la traction du caoutchouc polyuréthane est relativement élevée, atteignant généralement 28 à 42 MPa, et le TPU se situe au milieu, environ 35 MPa.
Allongement : généralement jusqu'à 400 à 600, le maximum est de 1000 %.
Élasticité : L'élasticité du polyuréthane est relativement élevée, mais sa perte d'hystérésis est également relativement importante, de sorte que la génération de chaleur est élevée. Il est facilement endommagé dans les conditions de charge de flexion multiple et de roulement à grande vitesse.
Dureté: La plage de dureté du polyuréthane est plus large que celle des autres caoutchoucs, la plus basse est la dureté Shore 10 et la plupart des produits ont une dureté de 45 à 95. Lorsque la dureté est supérieure à 70 degrés, la résistance à la traction et la résistance à l'allongement fixe sont supérieur à celui du caoutchouc naturel. Lorsque la dureté est de 80 à 90 degrés, la résistance à la traction, la résistance à l'allongement fixe et la résistance à la déchirure sont assez élevées.
Résistance à la déchirure : La résistance à la déchirure du polyuréthane est relativement élevée. Lorsque la température du test s'élève à 100-110 degré, la résistance à la déchirure est équivalente à celle du caoutchouc styrène-butadiène.
Résistance à l'usure : La résistance à l'usure du polyuréthane est très bonne, 9 fois supérieure à celle du caoutchouc naturel, et 1 à 3 fois supérieure à celle du caoutchouc styrène-butadiène
Exigences de traitement
Le TPU a la double caractéristique du plastique et du caoutchouc. Ce sont ces caractéristiques physiques et chimiques uniques qui nous obligent à être spécialement traités dans la conception de moules et le moulage par injection.
Conception du moule :
1. La conception du coureur :
Étant donné que la carotte est l'endroit où la pression est la plus élevée, lorsque la pression d'injection est relâchée, le condensat dans la carotte augmentera la résistance en raison de la dilatation élastique, ce qui fera coller la buse au moule avant. Par conséquent, la pente de démoulage de la carotte doit être augmentée autant que possible lors de la conception du moule. . La taille de la petite extrémité de la carotte ne peut pas être inférieure au diamètre de la buse de la machine de moulage par injection. L'augmentation de la taille du gros culot nécessite un temps de refroidissement supplémentaire et allonge le cycle d'injection. Par conséquent, l'augmentation de la pente de démoulage est principalement réalisée en raccourcissant la longueur de la carotte.
Dans des circonstances normales, le diamètre de la petite extrémité du canal principal est d'environ 2,5 à 3,0 mm, le diamètre de la grande extrémité est inférieur à 6,0 mm et la longueur ne doit pas dépasser 40 millimètres. À l'extrémité du canal principal, un puits froid avec un diamètre identique ou légèrement supérieur à celui du gros bout doit être installé pour recueillir la colle froide et boucler la sortie d'eau.
Le diamètre de la glissière doit dépendre de la structure du produit et de la longueur de la glissière. En règle générale, il ne doit pas être inférieur à 4,0mm. Le canal shunt adopte une forme circulaire pour obtenir un meilleur effet de refroidissement.
2. Conception de la porte :
En raison de la faible fluidité du TPU, la profondeur et la largeur de la porte doivent être plus grandes que celles des autres matériaux thermoplastiques afin d'éviter l'incohérence entre le retrait latéral et longitudinal causé par le jet et l'orientation moléculaire du colloïde passant à travers la porte. , tandis que la longueur dimension Il est plus petit que les ordinaires pour faciliter le passage des colloïdes. Une grille trop longue provoquera l'éjection du colloïde lors du remplissage, ce qui affectera l'aspect du produit. Les portes à broches qui peuvent provoquer un cisaillement excessif et une génération de chaleur du matériau doivent être évitées autant que possible.
3. Conception de la rainure d'échappement :
L'échappement du moule doit être suffisant pour éviter que le produit ne brûle, en particulier lorsque le sens de remplissage du matériau en caoutchouc change brusquement et que la partie où le produit est finalement rempli, porte une attention particulière au réglage de l'échappement. La profondeur de la rainure d'échappement doit être distinguée en fonction du type de TPU. Parfois, la profondeur de la rainure d'échappement n'est que de 0 0,01 mm, et un drapé sera généré au niveau de la rainure d'échappement, ce qui a une relation importante avec les propriétés spéciales du matériau TPU.
4. Conception du système de refroidissement :
L'effet de refroidissement du moule est meilleur. Pour les autres matériaux thermoplastiques, tant que la couche gelée à la surface du produit a une résistance suffisante lors du moulage par injection, le produit peut être éjecté et démoulé à une température plus élevée. Pour le TPU, lorsque la température est élevée, les liaisons hydrogène entre les molécules ne sont pas restaurées et la résistance à la traction du produit est faible. L'éjection forcée et le démoulage n'entraîneront que la déformation du produit. La clé est entièrement récupérée et le TPU ne peut être démoulé que lorsque le TPU a une résistance suffisante, ce qui nécessite que l'effet de refroidissement du moule soit meilleur.
5. Détermination du taux de retrait :
Le taux de retrait du TPU varie considérablement selon la marque de TPU utilisée, l'épaisseur et la structure du produit, ainsi que la température et la pression pendant le moulage par injection, et sa plage se situe entre {{0}},1 % et 2,0 % . Lors de la conception du moule, il convient non seulement de se référer aux données du taux de retrait de la matière première, mais également en fonction de la structure et de l'épaisseur du produit pour estimer la température et la pression d'injection à utiliser dans le moulage par injection et apporter les corrections appropriées. Pour les produits avec des positions adhésives locales plus épaisses, la pression requise pour le moulage par injection est plus grande et le taux de retrait du produit moulé est plus petit, il est donc nécessaire de réduire le taux de retrait du TPU. Pour les produits avec une position de colle relativement uniforme et un produit épais, la valeur du taux de retrait doit être augmentée de manière appropriée.
Traitement par injection
1. Séchage des matières premières Parce que l'intrusion d'humidité peut dégrader le TPU
Lorsque la teneur en humidité du TPU dépasse 0,2 %, non seulement l'apparence du produit est affectée, mais également les propriétés mécaniques sont évidemment détériorées, et le produit moulé par injection a une faible élasticité et une faible résistance. Par conséquent, il doit être séché à une température de 80 degrés à 110 degrés pendant 2 à 3 heures avant le moulage par injection.
2. Nettoyage du canon
Le canon de la machine de moulage par injection doit être nettoyé et le mélange de très peu d'autres matières premières réduira la résistance mécanique du produit. Les barils nettoyés avec ABS, PMMA et PE doivent être nettoyés à nouveau avec un matériau de buse en TPU avant le moulage par injection, et le matériau résiduel dans le baril doit être éliminé avec un matériau de buse en TPU.
3. Contrôle de la température de traitement
La température de traitement du TPU a un impact crucial sur la taille finale, l'apparence et la déformation du produit. La température dépend du grade de TPU utilisé et des conditions spécifiques de conception du moule. La tendance générale est que pour obtenir un faible taux de retrait, la température de traitement doit être augmentée ; pour obtenir un taux de retrait important, la température de traitement doit être abaissée. Même dans la plage de température de traitement normale du TPU, si la matière première reste trop longtemps dans le fût, cela entraînera une dégradation thermique du TPU et le matériau résiduel dans le fût doit être vidé avant le moulage par injection. Le contrôle de la température de la buse est également très important. Dans des circonstances normales, elle devrait être supérieure d'environ 5 degrés à la température de l'extrémité avant du canon.
4. Contrôle de la vitesse et de la pression d'injection
Une vitesse d'injection plus faible et un temps de séjour plus long amélioreront l'orientation moléculaire, et bien qu'une taille de produit plus petite puisse être obtenue, la déformation du produit sera plus grande et la différence entre le retrait transversal et longitudinal sera grande. Une pression de maintien élevée entraînera également une surcompression du colloïde dans le moule, et la taille du produit après démoulage est supérieure à la taille de la cavité du moule.
5. Contrôle de la vitesse de fusion et de la contre-pression
Le matériau TPU est plus sensible au cisaillement. Lorsque la chaleur de cisaillement générée par une vitesse de fusion élevée et une contre-pression est trop élevée, cela entraînera une dégradation thermique du TPU. Par conséquent, une vitesse faible ou moyenne est généralement utilisée pour la fusion du TPU. Si le cycle de moulage par injection est long, la fonction de fusion retardée doit être utilisée et l'ouverture du moule commencera une fois la fusion terminée, afin d'éviter que les matières premières ne restent trop longtemps dans le fût et ne se dégradent.
