คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับวัสดุ TPU

ในปี 1958 บริษัท Goodrich Chemical (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น Lubrizol) ได้จดทะเบียนแบรนด์ TPU ชื่อว่า Estane เป็นครั้งแรก ในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา มีชื่อแบรนด์มากกว่า 20 ชื่อทั่วโลก และแต่ละแบรนด์มีผลิตภัณฑ์หลายซีรีส์ ปัจจุบัน ผู้ผลิตวัตถุดิบ TPU ส่วนใหญ่ได้แก่ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical เป็นต้น

1、หมวดหมู่ของ TPU

เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างของส่วนที่อ่อน สามารถแบ่งได้เป็นประเภทโพลีเอสเตอร์ ประเภทโพลีเอเธอร์ และประเภทบิวทาไดอีน ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มเอสเทอร์ กลุ่มอีเธอร์ หรือกลุ่มบิวทีน ตามลำดับ

ตามโครงสร้างส่วนที่แข็ง สามารถแบ่งได้เป็นประเภทยูรีเทนและประเภทยูรีเทนยูเรีย ซึ่งได้มาจากตัวขยายโซ่เอทิลีนไกลคอลหรือตัวขยายโซ่ไดอะมีนตามลำดับ การจำแนกประเภททั่วไปจะแบ่งเป็นประเภทโพลีเอสเตอร์และประเภทโพลีเอเธอร์

สามารถแบ่งตามการมีหรือไม่มีการเชื่อมโยงได้เป็นเทอร์โมพลาสติกบริสุทธิ์และกึ่งเทอร์โมพลาสติก

แบบแรกมีโครงสร้างเชิงเส้นล้วนและไม่มีพันธะเชื่อมขวาง แบบหลังมีพันธะเชื่อมขวางจำนวนเล็กน้อย เช่น เอสเทอร์ของกรดอัลโลฟานิก

ตามการใช้งานผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป สามารถแบ่งเป็นชิ้นส่วนโปรไฟล์ (องค์ประกอบเครื่องจักรต่างๆ) ท่อ (ปลอก, โปรไฟล์แท่ง), ฟิล์ม (แผ่น, แผ่นบาง), กาว, สารเคลือบ, เส้นใย ฯลฯ

2、การสังเคราะห์ TPU

TPU จัดอยู่ในกลุ่มโพลียูรีเทนในแง่ของโครงสร้างโมเลกุล แล้วมันรวมตัวกันได้อย่างไร?

ตามกระบวนการสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน แบ่งได้หลักๆ เป็นพอลิเมอไรเซชันจำนวนมากและพอลิเมอไรเซชันสารละลาย

ในการเกิดพอลิเมอไรเซชันจำนวนมาก ก็สามารถแบ่งออกได้เป็นวิธีการก่อนการเกิดพอลิเมอไรเซชันและวิธีการแบบขั้นตอนเดียว โดยพิจารณาจากการมีหรือไม่มีปฏิกิริยาก่อนการเกิด:

วิธีการพรีโพลีเมอไรเซชันเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาไดไอโซไซยาเนตกับไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่เป็นเวลาช่วงระยะเวลาหนึ่งก่อนที่จะเติมการขยายสายโซ่เพื่อผลิต TPU

วิธีขั้นตอนเดียวเกี่ยวข้องกับการผสมและทำปฏิกิริยาพร้อมกันระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ไดออล ไดไอโซไซยาเนต และโซ่ขยายเพื่อสร้าง TPU

การเกิดพอลิเมอไรเซชันของสารละลายเกี่ยวข้องกับการละลายไดไอโซไซยาเนตในตัวทำละลายก่อน จากนั้นจึงเติมไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อทำปฏิกิริยาในช่วงระยะเวลาหนึ่ง และสุดท้ายจึงเติมตัวขยายสายโซ่เพื่อสร้าง TPU

ประเภทของส่วนอ่อนของ TPU น้ำหนักโมเลกุล เนื้อหาของส่วนแข็งหรืออ่อน และสถานะการรวมตัวของ TPU สามารถส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นของ TPU โดยมีความหนาแน่นประมาณ 1.10-1.25 และไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับยางและพลาสติกชนิดอื่นๆ

โดยมีความแข็งเท่ากัน ความหนาแน่นของ TPU ประเภทโพลีเอเธอร์จะต่ำกว่า TPU ประเภทโพลีเอสเตอร์

3、การประมวลผลของ TPU

อนุภาค TPU ต้องใช้กระบวนการต่างๆ เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย โดยส่วนใหญ่ใช้วิธีการหลอมละลายและการแก้ปัญหาในการประมวลผล TPU

การแปรรูปด้วยการหลอมเป็นกระบวนการที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมพลาสติก เช่น การผสม การรีด การอัด การเป่าขึ้นรูป และการขึ้นรูป

การประมวลผลสารละลายคือกระบวนการเตรียมสารละลายโดยการละลายอนุภาคในตัวทำละลายหรือทำให้พอลิเมอร์ในตัวทำละลายโดยตรง จากนั้นเคลือบ ปั่น และอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้ว ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ทำจาก TPU ไม่จำเป็นต้องมีปฏิกิริยาการเชื่อมขวางแบบวัลคาไนเซชัน ซึ่งสามารถช่วยย่นระยะเวลาการผลิตและรีไซเคิลวัสดุเหลือใช้

4、 ประสิทธิภาพของ TPU

TPU มีโมดูลัสสูง ความแข็งแรงสูง การยืดตัวและความยืดหยุ่นสูง ทนทานต่อการสึกหรอได้ดี ทนน้ำมัน ทนอุณหภูมิต่ำ และทนต่อการเสื่อมสภาพ

ความแข็งแรงแรงดึงสูง การยืดตัวสูง และอัตราการเสียรูปถาวรในระยะยาวที่ต่ำ ล้วนเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของ TPU

XiaoU จะอธิบายรายละเอียดหลักๆ เกี่ยวกับคุณสมบัติเชิงกลของ TPU จากแง่มุมต่างๆ เช่น ความแข็งแรงและการยืดตัว ความยืดหยุ่น ความแข็ง เป็นต้น

แรงดึงสูงและการยืดตัวสูง

TPU มีความแข็งแรงในการดึงและการยืดตัวที่ดีเยี่ยม จากข้อมูลในรูปด้านล่าง เราจะเห็นได้ว่าความแข็งแรงในการดึงและการยืดตัวของ TPU ประเภทโพลีเอเธอร์นั้นดีกว่าพลาสติกโพลีไวนิลคลอไรด์และยางมาก

นอกจากนี้ TPU ยังสามารถตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมอาหารได้ โดยแทบจะไม่มีการเติมสารเติมแต่งใดๆ เลยระหว่างการแปรรูป ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุอื่นๆ เช่น PVC และยาง

ความยืดหยุ่นมีความอ่อนไหวต่ออุณหภูมิมาก

ความยืดหยุ่นของ TPU หมายถึงระดับที่ TPU จะฟื้นตัวกลับคืนสู่สภาพเดิมได้อย่างรวดเร็วหลังจากความเครียดจากการเสียรูปถูกคลายลง ซึ่งแสดงเป็นพลังงานการฟื้นตัว ซึ่งเป็นอัตราส่วนของงานหดตัวจากการเสียรูปต่องานที่จำเป็นในการทำให้เกิดการเสียรูป โดยเป็นฟังก์ชันของโมดูลัสไดนามิกและแรงเสียดทานภายในของวัตถุยืดหยุ่น และมีความอ่อนไหวต่ออุณหภูมิมาก

การดีดกลับจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง และความยืดหยุ่นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอีกครั้ง อุณหภูมินี้คืออุณหภูมิการตกผลึกของส่วนที่อ่อน ซึ่งกำหนดโดยโครงสร้างของไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่ TPU ประเภทโพลีเอเธอร์ต่ำกว่า TPU ประเภทโพลีเอสเตอร์ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึก อีลาสโตเมอร์จะแข็งมากและสูญเสียความยืดหยุ่น ดังนั้น ความยืดหยุ่นจึงคล้ายกับการดีดกลับจากพื้นผิวของโลหะแข็ง

ช่วงความแข็งคือ Shore A60-D80

ความแข็งเป็นตัวบ่งชี้ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูป การขูด และรอยขีดข่วน

โดยทั่วไปความแข็งของ TPU จะวัดโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Shore A และ Shore D โดยที่ Shore A ใช้สำหรับ TPU ที่อ่อนกว่า และ Shore D ใช้สำหรับ TPU ที่แข็งกว่า

ความแข็งของ TPU สามารถปรับได้โดยการปรับสัดส่วนของโซ่ที่อ่อนและแข็ง ดังนั้น TPU จึงมีช่วงความแข็งที่ค่อนข้างกว้าง ตั้งแต่ Shore A60-D80 ครอบคลุมความแข็งของยางและพลาสติก และมีความยืดหยุ่นสูงตลอดช่วงความแข็งทั้งหมด

เมื่อความแข็งเปลี่ยนไป คุณสมบัติบางประการของ TPU อาจเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความแข็งของ TPU จะส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานเปลี่ยนแปลงไป เช่น โมดูลัสแรงดึงและความแข็งแรงในการฉีกขาดเพิ่มขึ้น ความแข็งและความเค้นอัด (ความจุในการรับน้ำหนัก) เพิ่มขึ้น การยืดตัวลดลง ความหนาแน่นและการเกิดความร้อนแบบไดนามิกเพิ่มขึ้น และความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมเพิ่มขึ้น

5、การประยุกต์ใช้ TPU

เนื่องจาก TPU เป็นอีลาสโตเมอร์คุณภาพเยี่ยม จึงมีผลิตภัณฑ์ปลายทางที่หลากหลาย และใช้กันอย่างแพร่หลายในสินค้าจำเป็นในชีวิตประจำวัน อุปกรณ์กีฬา ของเล่น วัสดุตกแต่ง และสาขาอื่นๆ

วัสดุของรองเท้า

TPU มักใช้สำหรับวัสดุรองเท้าเนื่องจากมีความยืดหยุ่นและทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม ผลิตภัณฑ์รองเท้าที่มีส่วนผสมของ TPU สวมใส่สบายกว่าผลิตภัณฑ์รองเท้าทั่วไปมาก จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์รองเท้าระดับไฮเอนด์ โดยเฉพาะรองเท้ากีฬาและรองเท้าลำลองบางประเภท

ท่อยาง

เนื่องจากความอ่อนนุ่ม ความแข็งแรงในการดึง ความแข็งแรงต่อแรงกระแทก ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ท่อ TPU จึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีนในฐานะท่อยางแก๊สและน้ำมันสำหรับอุปกรณ์เครื่องกล เช่น เครื่องบิน รถถัง รถยนต์ มอเตอร์ไซค์ และเครื่องมือกล

สายเคเบิล

TPU มีคุณสมบัติทนทานต่อการฉีกขาด ทนทานต่อการสึกหรอ และมีคุณสมบัติในการดัดงอ โดยคุณสมบัติที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำถือเป็นปัจจัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิล ดังนั้น ในตลาดจีน สายเคเบิลขั้นสูง เช่น สายควบคุมและสายไฟฟ้าจึงใช้ TPU เพื่อปกป้องวัสดุเคลือบของสายเคเบิลที่มีการออกแบบซับซ้อน และการใช้งานของ TPU ก็แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ

อุปกรณ์ทางการแพทย์

TPU เป็นวัสดุทดแทน PVC ที่ปลอดภัย มีเสถียรภาพ และมีคุณภาพสูง ซึ่งจะไม่ประกอบด้วย Phthalate และสารเคมีอันตรายอื่นๆ และจะแพร่กระจายไปยังเลือดหรือของเหลวอื่นๆ ในสายสวนทางการแพทย์หรือกระเป๋าใส่อุปกรณ์ทางการแพทย์ซึ่งอาจทำให้เกิดผลข้างเคียง นอกจากนี้ยังเป็น TPU เกรดการอัดรีดและเกรดการฉีดที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษอีกด้วย

ฟิล์ม

ฟิล์ม TPU เป็นฟิล์มบางที่ผลิตจากวัสดุเม็ด TPU ผ่านกระบวนการพิเศษ เช่น การรีด การหล่อ การเป่า และการเคลือบ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการสึกหรอ มีความยืดหยุ่นดี และทนต่อสภาพอากาศ ฟิล์ม TPU จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม วัสดุสำหรับรองเท้า การตัดเย็บเสื้อผ้า ยานยนต์ เคมีภัณฑ์ อิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ และสาขาอื่นๆ