ในปี 1958 บริษัท Goodrich Chemical Company (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น Lubrizol) ได้จดทะเบียนตราสินค้า TPU ชื่อ Estane เป็นครั้งแรก ตลอด 40 ปีที่ผ่านมา มีตราสินค้ามากกว่า 20 ตราทั่วโลก และแต่ละตราสินค้ามีผลิตภัณฑ์หลายซีรีส์ ปัจจุบัน ผู้ผลิตวัตถุดิบ TPU ส่วนใหญ่ ได้แก่ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical เป็นต้น
1. ประเภทของ TPU
ตามโครงสร้างของส่วนประกอบอ่อน สามารถแบ่งออกเป็นประเภทโพลีเอสเตอร์ ประเภทโพลีอีเทอร์ และประเภทบิวทาไดอีน ซึ่งประกอบด้วยหมู่เอสเทอร์ หมู่อีเทอร์ และหมู่บิวทีน ตามลำดับ
ตามโครงสร้างของส่วนแข็ง สามารถแบ่งออกเป็นประเภทยูรีเทนและประเภทยูรีเทนยูเรีย ซึ่งได้มาจากการเติมหมู่เอทิลีนไกลคอลหรือหมู่ไดอะมีนตามลำดับ ส่วนการจำแนกประเภททั่วไปนั้นแบ่งออกเป็นประเภทโพลีเอสเตอร์และประเภทโพลีอีเทอร์
ตามการมีหรือไม่มีการเชื่อมโยงข้ามสายโซ่ สามารถแบ่งออกเป็นเทอร์โมพลาสติกบริสุทธิ์และเทอร์โมพลาสติกกึ่งบริสุทธิ์ได้
สารชนิดแรกมีโครงสร้างเชิงเส้นบริสุทธิ์และไม่มีพันธะเชื่อมโยง ในขณะที่สารชนิดหลังมีพันธะเชื่อมโยงอยู่เล็กน้อย เช่น เอสเทอร์ของกรดอัลโลฟานิก
ตามการใช้งานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป สามารถแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนขึ้นรูป (ชิ้นส่วนเครื่องจักรต่างๆ), ท่อ (ปลอกหุ้ม, โปรไฟล์แท่ง), ฟิล์ม (แผ่น, แผ่นบาง), กาว, สารเคลือบ, เส้นใย เป็นต้น
2. การสังเคราะห์ TPU
TPU จัดอยู่ในกลุ่มโพลียูรีเทนในแง่ของโครงสร้างโมเลกุล แล้วมันรวมตัวกันได้อย่างไร?
ตามกระบวนการสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน การพอลิเมอไรเซชันจึงแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ การพอลิเมอไรเซชันแบบกลุ่ม และการพอลิเมอไรเซชันแบบสารละลาย
ในการพอลิเมอไรเซชันแบบกลุ่ม สามารถแบ่งออกเป็นวิธีพอลิเมอไรเซชันก่อนและวิธีขั้นตอนเดียว โดยพิจารณาจากการมีหรือไม่มีปฏิกิริยาเตรียมการก่อน:
วิธีการพรีพอลิเมอไรเซชันเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาของไดไอโซไซยาเนตกับไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ก่อนที่จะเติมส่วนต่อขยายโซ่เพื่อผลิต TPU
วิธีการแบบขั้นตอนเดียวเกี่ยวข้องกับการผสมและการทำปฏิกิริยาของไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่ ไดไอโซไซยาเนต และสารเพิ่มความยาวโซ่พร้อมกัน เพื่อสร้าง TPU
กระบวนการพอลิเมอไรเซชันแบบสารละลายเริ่มต้นด้วยการละลายไดไอโซไซยาเนตในตัวทำละลาย จากนั้นเติมไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อทำปฏิกิริยาเป็นระยะเวลาหนึ่ง และสุดท้ายเติมสารเพิ่มความยาวโซ่เพื่อสร้าง TPU
ชนิดของเซกเมนต์อ่อนของ TPU, น้ำหนักโมเลกุล, ปริมาณเซกเมนต์แข็งหรืออ่อน และสถานะการรวมตัวของ TPU สามารถส่งผลต่อความหนาแน่นของ TPU ได้ โดยมีความหนาแน่นประมาณ 1.10-1.25 ซึ่งไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับยางและพลาสติกชนิดอื่นๆ
ที่ระดับความแข็งเท่ากัน ความหนาแน่นของ TPU ชนิดโพลีอีเทอร์จะต่ำกว่าความหนาแน่นของ TPU ชนิดโพลีเอสเตอร์
3. กระบวนการผลิต TPU
อนุภาค TPU ต้องผ่านกระบวนการต่างๆ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย โดยส่วนใหญ่จะใช้การหลอมและการละลายในการแปรรูป TPU
กระบวนการหลอมเป็นกระบวนการที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมพลาสติก เช่น การผสม การรีด การอัดรีด การเป่าขึ้นรูป และการขึ้นรูป
การแปรรูปด้วยสารละลาย คือกระบวนการเตรียมสารละลายโดยการละลายอนุภาคในตัวทำละลาย หรือการพอลิเมอไรซ์อนุภาคโดยตรงในตัวทำละลาย จากนั้นจึงนำไปเคลือบ ปั่นเป็นเส้นใย และอื่นๆ
โดยทั่วไป ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ทำจาก TPU ไม่จำเป็นต้องผ่านปฏิกิริยาการเชื่อมโยงแบบวัลคาไนซ์ ซึ่งสามารถลดระยะเวลาการผลิตและนำวัสดุเหลือใช้กลับมาใช้ใหม่ได้
4. ประสิทธิภาพของ TPU
TPU มีค่าโมดูลัสสูง ความแข็งแรงสูง การยืดตัวและความยืดหยุ่นสูง ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อน้ำมัน ทนต่ออุณหภูมิต่ำ และทนต่อการเสื่อมสภาพได้ดีเยี่ยม
ความแข็งแรงดึงสูง การยืดตัวสูง และอัตราการเสียรูปถาวรจากการบีบอัดในระยะยาวต่ำ ล้วนเป็นข้อดีที่สำคัญของ TPU
เซียวอูจะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกลของ TPU เป็นหลัก โดยพิจารณาจากแง่มุมต่างๆ เช่น ความแข็งแรงดึงและการยืดตัว ความยืดหยุ่น ความแข็ง เป็นต้น
มีความแข็งแรงดึงสูงและยืดตัวได้สูง
TPU มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นสูงมาก จากข้อมูลในรูปด้านล่าง เราจะเห็นได้ว่าความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของ TPU ชนิดโพลีอีเทอร์นั้นดีกว่าพลาสติกโพลีไวนิลคลอไรด์และยางมาก
นอกจากนี้ TPU ยังสามารถตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมอาหารได้โดยใช้สารเติมแต่งน้อยมากหรือแทบไม่มีเลยในระหว่างกระบวนการผลิต ซึ่งเป็นสิ่งที่วัสดุอื่นๆ เช่น PVC และยางทำได้ยาก
ความสามารถในการฟื้นตัวนั้นไวต่ออุณหภูมิมาก
ความยืดหยุ่นของ TPU หมายถึงระดับที่มันสามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้อย่างรวดเร็วหลังจากที่แรงดัดงอคลายลง โดยแสดงในรูปของพลังงานการคืนตัว ซึ่งเป็นอัตราส่วนของงานที่ใช้ในการหดตัวต่อการเสียรูปต่องานที่ใช้ในการทำให้เกิดการเสียรูป พลังงานการคืนตัวเป็นฟังก์ชันของโมดูลัสไดนามิกและแรงเสียดทานภายในของวัสดุที่มีความยืดหยุ่น และมีความไวต่ออุณหภูมิมาก
แรงดีดกลับจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง จากนั้นความยืดหยุ่นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอีกครั้ง อุณหภูมินี้คืออุณหภูมิการตกผลึกของส่วนอ่อน ซึ่งกำหนดโดยโครงสร้างของไดออลระดับโมเลกุลขนาดใหญ่ TPU ชนิดโพลีอีเทอร์จะมีอุณหภูมิการตกผลึกต่ำกว่า TPU ชนิดโพลีเอสเตอร์ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึก อีลาสโตเมอร์จะแข็งมากและสูญเสียความยืดหยุ่น ดังนั้นแรงดีดกลับจึงคล้ายกับการดีดกลับจากพื้นผิวของโลหะแข็ง
ระดับความแข็งคือ Shore A60-D80
ความแข็งเป็นตัวบ่งชี้ถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูป การเกิดรอยขีดข่วน และการขีดข่วน
โดยทั่วไปแล้ว ความแข็งของ TPU จะวัดโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Shore A และ Shore D โดยใช้ Shore A สำหรับ TPU ที่อ่อนกว่า และ Shore D สำหรับ TPU ที่แข็งกว่า
ความแข็งของ TPU สามารถปรับได้โดยการปรับสัดส่วนของส่วนโซ่ที่อ่อนและแข็ง ดังนั้น TPU จึงมีช่วงความแข็งที่ค่อนข้างกว้าง ตั้งแต่ Shore A60-D80 ซึ่งครอบคลุมความแข็งของยางและพลาสติก และมีความยืดหยุ่นสูงตลอดช่วงความแข็งทั้งหมด
เมื่อความแข็งเปลี่ยนแปลงไป คุณสมบัติบางอย่างของ TPU ก็อาจเปลี่ยนแปลงไปด้วย ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความแข็งของ TPU จะส่งผลให้ประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงไป เช่น ค่าโมดูลัสแรงดึงและความแข็งแรงต่อการฉีกขาดเพิ่มขึ้น ความแข็งแกร่งและความเค้นอัด (ความสามารถในการรับน้ำหนัก) เพิ่มขึ้น การยืดตัวลดลง ความหนาแน่นและการเกิดความร้อนแบบไดนามิกเพิ่มขึ้น และความทนทานต่อสภาพแวดล้อมเพิ่มขึ้น
5. การประยุกต์ใช้ TPU
TPU เป็นวัสดุอีลาสโตเมอร์ที่ยอดเยี่ยม มีทิศทางผลิตภัณฑ์ปลายทางที่หลากหลาย และถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในของใช้ในชีวิตประจำวัน สินค้ากีฬา ของเล่น วัสดุตกแต่ง และอื่นๆ
วัสดุรองเท้า
TPU ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตรองเท้าเนื่องจากมีความยืดหยุ่นและทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม ผลิตภัณฑ์รองเท้าที่ทำจาก TPU สวมใส่สบายกว่ารองเท้าทั่วไปมาก จึงนิยมใช้ในรองเท้าคุณภาพสูง โดยเฉพาะรองเท้ากีฬาและรองเท้าลำลองบางรุ่น
สายยาง
เนื่องจากความอ่อนนุ่ม ความแข็งแรงดึงสูง ความแข็งแรงต่อแรงกระแทก และทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ท่อ TPU จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีนในฐานะท่อส่งก๊าซและน้ำมันสำหรับอุปกรณ์เครื่องจักรกล เช่น เครื่องบิน รถถัง รถยนต์ รถจักรยานยนต์ และเครื่องมือกล
สายเคเบิล
TPU มีคุณสมบัติทนทานต่อการฉีกขาด การสึกหรอ และการดัดงอ โดยความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำเป็นกุญแจสำคัญต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิล ดังนั้นในตลาดจีน สายเคเบิลขั้นสูง เช่น สายควบคุมและสายไฟ จึงใช้ TPU เพื่อปกป้องวัสดุเคลือบของสายเคเบิลที่มีโครงสร้างซับซ้อน และการใช้งานก็แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ
อุปกรณ์ทางการแพทย์
TPU เป็นวัสดุทดแทน PVC ที่ปลอดภัย เสถียร และมีคุณภาพสูง ซึ่งปราศจากสารพทาเลตและสารเคมีอันตรายอื่นๆ และจะไม่ปนเปื้อนกับเลือดหรือของเหลวอื่นๆ ในสายสวนทางการแพทย์หรือถุงทางการแพทย์ ทำให้เกิดผลข้างเคียง นอกจากนี้ยังเป็น TPU เกรดสำหรับการอัดขึ้นรูปและการฉีดขึ้นรูปที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษอีกด้วย
ฟิล์ม
ฟิล์ม TPU เป็นฟิล์มบางที่ทำจากวัสดุเม็ด TPU ผ่านกระบวนการพิเศษต่างๆ เช่น การรีด การหล่อ การเป่า และการเคลือบ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการสึกหรอ มีความยืดหยุ่นดี และทนต่อสภาพอากาศ ฟิล์ม TPU จึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วัสดุทำรองเท้า การตัดเย็บเสื้อผ้า ยานยนต์ เคมีภัณฑ์ อิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ และอื่นๆ
วันที่โพสต์: 5 กุมภาพันธ์ 2020