คำอธิบายที่ครอบคลุมเกี่ยวกับวัสดุ TPU

ในปี พ.ศ. 2501 บริษัท กู๊ดริช เคมิคอล (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น ลูบริซอล) ได้จดทะเบียนแบรนด์ TPU ตรา Estane เป็นครั้งแรก ตลอดระยะเวลา 40 ปีที่ผ่านมา มีแบรนด์มากกว่า 20 แบรนด์ทั่วโลก และแต่ละแบรนด์มีผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภท ปัจจุบัน ผู้ผลิตวัตถุดิบ TPU หลักๆ ได้แก่ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical และอื่นๆ

1、หมวดหมู่ของ TPU

เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างของส่วนที่อ่อนนุ่ม สามารถแบ่งได้เป็นประเภทโพลีเอสเตอร์ ประเภทโพลีเอเทอร์ และประเภทบิวทาไดอีน ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มเอสเทอร์ กลุ่มอีเทอร์ หรือกลุ่มบิวทีน ตามลำดับ

เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างส่วนแข็ง สามารถแบ่งได้เป็นประเภทยูรีเทนและประเภทยูรีเทนยูเรีย ซึ่งได้มาจากสารขยายสายโซ่เอทิลีนไกลคอลหรือสารขยายสายโซ่ไดอะมีนตามลำดับ การจำแนกประเภททั่วไปแบ่งออกเป็นประเภทโพลีเอสเตอร์และประเภทโพลีอีเทอร์

ตามการมีหรือไม่มีการเชื่อมโยง สามารถแบ่งได้เป็นเทอร์โมพลาสติกบริสุทธิ์และเทอร์โมพลาสติกกึ่งหนึ่ง

ชนิดแรกมีโครงสร้างเชิงเส้นบริสุทธิ์และไม่มีพันธะเชื่อมขวาง ส่วนชนิดหลังมีพันธะเชื่อมขวางในปริมาณเล็กน้อย เช่น เอสเทอร์ของกรดอัลโลฟานิก

ตามการใช้งานผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป สามารถแบ่งได้เป็นชิ้นส่วนที่มีโปรไฟล์ (ชิ้นส่วนเครื่องจักรต่างๆ) ท่อ (ปลอก, โปรไฟล์แท่ง), ฟิล์ม (แผ่น, แผ่นบาง), กาว, สารเคลือบ, เส้นใย ฯลฯ

2、 การสังเคราะห์ TPU

TPU จัดอยู่ในกลุ่มโพลียูรีเทนในแง่ของโครงสร้างโมเลกุล แล้วมันรวมตัวกันได้อย่างไร?

ตามกระบวนการสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน แบ่งได้เป็นพอลิเมอไรเซชันจำนวนมากและพอลิเมอไรเซชันสารละลายเป็นหลัก

ในการเกิดพอลิเมอไรเซชันจำนวนมาก สามารถแบ่งออกได้เป็นวิธีการก่อนการเกิดพอลิเมอไรเซชันและวิธีการแบบขั้นตอนเดียว โดยพิจารณาจากการมีหรือไม่มีปฏิกิริยาก่อนการเกิด:

วิธีการพรีโพลีเมอไรเซชันเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาไดไอโซไซยาเนตกับไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่ในช่วงระยะเวลาหนึ่งก่อนที่จะเพิ่มการขยายสายโซ่เพื่อผลิต TPU

วิธีการขั้นตอนเดียวเกี่ยวข้องกับการผสมและทำปฏิกิริยาพร้อมกันระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ไดออล ไดไอโซไซยาเนต และสารขยายสายเพื่อสร้าง TPU

การเกิดพอลิเมอไรเซชันของสารละลายเกี่ยวข้องกับการละลายไดไอโซไซยาเนตในตัวทำละลายก่อน จากนั้นจึงเติมไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อทำปฏิกิริยาในช่วงระยะเวลาหนึ่ง และสุดท้ายจึงเติมสารขยายสายโซ่เพื่อสร้าง TPU

ประเภทของส่วน TPU ที่อ่อนนุ่ม น้ำหนักโมเลกุล เนื้อหาของส่วนแข็งหรืออ่อน และสถานะการรวมตัวของ TPU สามารถส่งผลต่อความหนาแน่นของ TPU โดยมีความหนาแน่นประมาณ 1.10-1.25 และไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับยางและพลาสติกชนิดอื่น

เมื่อมีความแข็งเท่ากัน ความหนาแน่นของ TPU ประเภทโพลีเอเธอร์จะต่ำกว่า TPU ประเภทโพลีเอสเตอร์

3、 การประมวลผลของ TPU

อนุภาค TPU ต้องใช้กระบวนการต่างๆ เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย โดยส่วนใหญ่ใช้วิธีการหลอมละลายและสารละลายสำหรับการประมวลผล TPU

กระบวนการหลอมเป็นกระบวนการที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมพลาสติก เช่น การผสม การรีด การอัด การเป่าขึ้นรูป และการขึ้นรูป

การประมวลผลสารละลายคือกระบวนการเตรียมสารละลายโดยการละลายอนุภาคในตัวทำละลายหรือทำให้เกิดพอลิเมอร์โดยตรงในตัวทำละลาย จากนั้นจึงเคลือบ ปั่น และอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้ว ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ทำจาก TPU ไม่จำเป็นต้องมีปฏิกิริยาการเชื่อมขวางแบบวัลคาไนเซชัน ซึ่งสามารถลดระยะเวลาวงจรการผลิตและรีไซเคิลวัสดุเหลือใช้

4、 ประสิทธิภาพของ TPU

TPU มีโมดูลัสสูง มีความแข็งแรงสูง มีความยืดหยุ่นและยืดตัวสูง ทนทานต่อการสึกหรอ ทนน้ำมัน ทนอุณหภูมิต่ำ และทนต่อการเสื่อมสภาพ

ความแข็งแรงแรงดึงสูง การยืดตัวสูง และอัตราการเสียรูปถาวรจากการบีบอัดในระยะยาวที่ต่ำ ล้วนเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของ TPU

XiaoU จะอธิบายรายละเอียดหลักๆ เกี่ยวกับคุณสมบัติเชิงกลของ TPU จากด้านต่างๆ เช่น ความแข็งแรงและการยืดตัว ความยืดหยุ่น ความแข็ง เป็นต้น

ความแข็งแรงแรงดึงสูงและการยืดตัวสูง

TPU มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยม จากข้อมูลในรูปด้านล่าง จะเห็นได้ว่า TPU ประเภทโพลีอีเทอร์มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นสูงกว่าพลาสติกโพลีไวนิลคลอไรด์และยางมาก

นอกจากนี้ TPU ยังสามารถตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมอาหารได้ โดยแทบไม่มีการเติมสารเติมแต่งใดๆ เลยในระหว่างการแปรรูป ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุอื่นๆ เช่น PVC และยาง

ความยืดหยุ่นมีความอ่อนไหวต่ออุณหภูมิมาก

ความยืดหยุ่นของ TPU หมายถึงระดับการคืนตัวกลับสู่สภาพเดิมอย่างรวดเร็วหลังจากคลายแรงดึงจากการเสียรูป แสดงเป็นพลังงานคืนตัว ซึ่งเป็นอัตราส่วนของแรงดึงกลับจากการเสียรูปต่อแรงที่ต้องใช้ในการทำให้เกิดการเสียรูป ความยืดหยุ่นนี้ขึ้นอยู่กับโมดูลัสพลวัตและแรงเสียดทานภายในของวัตถุยืดหยุ่น และมีความไวต่ออุณหภูมิมาก

การดีดกลับจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด และความยืดหยุ่นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอีกครั้ง อุณหภูมินี้คืออุณหภูมิการตกผลึกของส่วนที่อ่อนนุ่ม ซึ่งกำหนดโดยโครงสร้างของไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่ TPU ประเภทโพลีอีเธอร์มีค่าต่ำกว่า TPU ประเภทโพลีเอสเตอร์ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึก อีลาสโตเมอร์จะแข็งมากและสูญเสียความยืดหยุ่น ดังนั้น ความยืดหยุ่นจึงคล้ายกับการดีดกลับจากพื้นผิวของโลหะแข็ง

ช่วงความแข็งคือ Shore A60-D80

ความแข็งเป็นตัวบ่งชี้ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูป รอยขีดข่วน และรอยขีดข่วน

โดยทั่วไปความแข็งของ TPU จะวัดโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Shore A และ Shore D โดยใช้ Shore A สำหรับ TPU ที่อ่อนกว่า และ Shore D สำหรับ TPU ที่แข็งกว่า

ความแข็งของ TPU สามารถปรับได้โดยการปรับสัดส่วนของโซ่อ่อนและโซ่แข็ง ดังนั้น TPU จึงมีช่วงความแข็งที่ค่อนข้างกว้าง ตั้งแต่ Shore A60-D80 ซึ่งครอบคลุมความแข็งของยางและพลาสติก และมีความยืดหยุ่นสูงตลอดช่วงความแข็งทั้งหมด

เมื่อความแข็งเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติบางประการของ TPU อาจเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความแข็งของ TPU จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงด้านสมรรถนะ เช่น โมดูลัสแรงดึงและความต้านทานการฉีกขาดที่เพิ่มขึ้น ความแข็งและความเค้นอัด (ความสามารถในการรับน้ำหนัก) ที่เพิ่มขึ้น การยืดตัวที่ลดลง ความหนาแน่นและการเกิดความร้อนแบบไดนามิกที่เพิ่มขึ้น และความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น

5、 การประยุกต์ใช้ TPU

TPU เป็นอีลาสโตเมอร์คุณภาพเยี่ยม จึงมีผลิตภัณฑ์ปลายน้ำที่หลากหลาย และใช้กันอย่างแพร่หลายในสินค้าจำเป็นในชีวิตประจำวัน อุปกรณ์กีฬา ของเล่น วัสดุตกแต่ง และสาขาอื่นๆ

วัสดุของรองเท้า

TPU ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุหลักสำหรับรองเท้า เนื่องจากมีความยืดหยุ่นและทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม ผลิตภัณฑ์รองเท้าที่มีส่วนผสมของ TPU สวมใส่สบายกว่าผลิตภัณฑ์รองเท้าทั่วไปมาก จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์รองเท้าระดับไฮเอนด์ โดยเฉพาะรองเท้ากีฬาและรองเท้าลำลองบางประเภท

ท่อยาง

เนื่องจากความอ่อนนุ่ม ความแข็งแรงแรงดึงที่ดี ความแข็งแรงต่อแรงกระแทก และความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ท่อ TPU จึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีนในฐานะท่อแก๊สและน้ำมันสำหรับอุปกรณ์เครื่องกล เช่น เครื่องบิน รถถัง รถยนต์ มอเตอร์ไซค์ และเครื่องมือกล

สายเคเบิล

TPU มีคุณสมบัติต้านทานการฉีกขาด ต้านทานการสึกหรอ และมีคุณสมบัติการดัดงอ โดยความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำเป็นปัจจัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิล ดังนั้นในตลาดจีน สายเคเบิลขั้นสูง เช่น สายควบคุมและสายไฟฟ้า จึงใช้ TPU เพื่อปกป้องวัสดุเคลือบของสายเคเบิลที่มีการออกแบบที่ซับซ้อน และการประยุกต์ใช้งานก็แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ

อุปกรณ์ทางการแพทย์

TPU เป็นวัสดุทดแทน PVC ที่ปลอดภัย มีเสถียรภาพ และมีคุณภาพสูง ซึ่งไม่มีส่วนผสมของพทาเลตและสารเคมีอันตรายอื่นๆ และสามารถแพร่กระจายไปยังเลือดหรือของเหลวอื่นๆ ในสายสวนหรือถุงทางการแพทย์ ทำให้เกิดผลข้างเคียงได้ นอกจากนี้ยังเป็น TPU เกรดอัดรีดและเกรดฉีดที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ

ฟิล์ม

ฟิล์ม TPU เป็นฟิล์มบางที่ผลิตจากเม็ดพลาสติก TPU ผ่านกระบวนการพิเศษ เช่น การรีด การหล่อ การเป่า และการเคลือบ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการสึกหรอ มีความยืดหยุ่นที่ดี และทนต่อสภาพอากาศ ฟิล์ม TPU จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วัสดุรองเท้า การตัดเย็บเสื้อผ้า ยานยนต์ เคมีภัณฑ์ อิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ และสาขาอื่นๆ