www.RheoPolymer.ru

Основная информация:



Яндекс цитирования
Rambler's Top100

Обзор публикаций о полиуретане

***

Полиуретан, ППУ

1. Полиуретаны, история и строение материала

Сегодня к полиуретанам (ПУ) относят обширный класс полимеров, иногда сильно отличающихся химической природой, строением цепи и свойствами, но неизменно содержащих уретановые группы -NHCOO-. История возникновения полиуретанов началась в 30-е годы, когда Карозерс (США) провел исследования по синтезу полиамидов. На основании этих исследований в концерне "Farbenindustrie" (Германия) начались работы по созданию полимерных материалов, подобных полиамидам. В 1937 году всемирно известный ученый Байер с сотрудниками синтезировали полиуретановые эластомеры взаимодействием диизоцианатов с различными гидроксилсодержащими соединениями. Затем на основе этих композиций они получили пенополиуретаны. Работы того периода преследовали цель заменить полиуретанами такие стратегические материалы, как натуральный каучук, сталь, пробку. С того времени эта область химии полимеров развивалась бурными темпами. В СССР исследования в этом направлении начаты в 60-х годах. Велись работы в институтах АН СССР, в ряде вузов и НИИ. Полиуретаны являются универсальным материалом: на их основе изготавливают эластичные, полужесткие и жесткие материалы. ПУ перерабатывают практически всеми существующими технологическими методами: экструзией, прессованием, литьем, заливкой на стандартном оборудовании. На их основе получают все известные типы полимерных материалов и изделий: наполненные, армированные, вспененные, ламинированные, листовые, в виде плит, блоков, профилей, панелей, волокон, пленок. Изделия из ПУ могут быть как прозрачные, так и окрашенные в разнообразные цвета.

2. Свойства полиуретанов

Полиуретановые эластомеры характеризуются высокими значениями прочности и сопротивления раздиру, износостойкостью, устойчивостью к набуханию в различных маслах и растворителях, а также озоно- и радиационностойкостью. Сочетание высокой эластичности с широким диапазоном твердости определяет превосходные эксплуатационные свойства изделий на их основе.
Особенность полиуретанов - исключительно высокие физико- механические свойства, по некоторым параметрам превосходящие не только все типы резин, каучуков, но и металлы. Полиуретан придает изделиям такие полезные свойства, которые недостижимы для обычных резин. Во-первых, это повышенное значение твердости, что позволяет использовать полиуретан для изделий, работающих с особо сильным механическим нагружением, например, для валов холодной прокатки или гибки стали. Во-вторых, непревзойденная износостойкость и абразивная стойкость. Литьевые полиуретаны превосходят резины, пластики и металлы по своей абразивной стойкости в несколько раз. В-третьих, при повышенной твердости полиуретан сохраняет высокую эластичность, предел деформации при разрыве обычно не менее 350%. Это обеспечивает очень высокое значение прочности- до 50 МПа. В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом высокой температуры эксплуатации полиуретанов является 120С. Низкие температуры не оказывают особого влияния на свойства полиуретановых эластомеров до -70С.
Полиуретаны обладают высокими диэлектрическими свойствами, имеют отличную стойкость к маслам и растворителям, не склонны к озоновому старению, имеют высокую стойкость к микроорганизмам и плесени.
Литьевая технология формования деталей позволяет получать изделия практически любой формы и размеров, недоступных для формирования резиновых изделий. Высокая стоимость резинотехнических изделий позволяет полиуретанам конкурировать с резиной и в ценовом плане. Серьезный минус полиуретанов (главным образом – ППУ), это – трудности с переработкой отходов полимера.

3. Применение полиуретанов

Наиболее широкое применение в промышленности получили литьевые полиуретановые эластомеры, из которых изготовляют как крупногабаритные изделия, так и изделия средних размеров: массивные шины для внутризаводского транспорта, надежность которых в 6-7 раз больше, чем шин из углеводородных каучуков; детали устройств для транспортирования абразивного шлама, флотационных установок, гидроциклонов и трубопроводов, применяемых в горнодобывающей промышленности. Литьевые ПУ эластомеры используют также для получения приводных ремней в ткацких машинах, конвейерных лент, разнообразных уплотнительных деталей, деталей машин, валиков для текстильной и бумажной промышленности, уплотнений гидравлических устройств и масляно-пневматических амортизаторов железнодорожного транспорта. ПУ термоэластопласты наиболее широко применяются в автомобилестроении. Из них изготавливают подшипники скольжения рулевого механизма, элементы для передней подвески, вкладыши рулевых тяг, самосмазывающиеся уплотнения, топливостойкие клапаны, маслостойкие детали. В обувной промышленности из них изготавливают износостойкие подошвы, а также используют в качестве искусственной кожи. ПУ используют также в качестве связующих для изготовления древесностружечных плит, полимербетонов, пенопластов, имитирующих древесину, эффективных клеевых составов и покрытий в строительстве и машиностроении, а также клеев и протезов медицинского назначения. Благодаря своим ценным свойствам, применение полиуретана экономически выгодно в широком спектре отраслей промышленности, в том числе при производстве опорных элементов, уплотнительных колец, покрытий валов, колес и роликов Однако, в денежном выражении промышленность пенополиуретанов (ППУ) занимает до 90% объема рынка полиуретанов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Саундерс Д., Фриш К. Химия полиуретанов: Пер. с англ. М.: Химия, 1968. 470 с.
2. Композиционные материалы на основе полиуретанов: Пер. с англ. / Под ред. Дж.М. Бюиста. М.: Химия, 1982. 240 с.
3. Липатов Ю.С., Керча Ю.Ю., Сергеева Л.М. Структура и свойства полиуретанов. Киев: Наук. думка, 1970. 279 c.
4. Керча Ю.Ю. Физическая химия полиуретанов. Киев: Наук. думка, 1979. 224 c.
5. Райт П., Камминг А. Полиуретановые эластомеры: Пер. с англ. Л.: Химия, 1973. 304 с.
6. Любартович С.А., Морозов Ю.Л., Третьяков О.Б. Реакционное формование
полиуретанов. М.: Химия, 1990. 288 с.
7. Материалы сайта www.poliuretan.ru
8. Задоркин Р.А. Полиуретан и его свойства.

Оригинал статьи находится по адресу:
http://www.e-plastic.ru/main/sprav/s1/sm13

***

ОПИСАНИЕ И МАРКИ ПОЛИМЕРОВ - ПОЛИУРЕТАН

Полиуретаны – синтетические гетероцепные полимеры. Полиуретаны могут сильно отличаться друг от друга строением цепи, химической природой и свойствами, но их объединяет наличие в основной цепи макромолекулы уретановых групп -NHCOO-.
Количество уретановых групп зависит от молекулярной массы конкретного полиуретана и соотношения исходных компонентов при его синтезе. В зависимости от природы последних в макромолекулах полиуретанов могут содержаться и другие функциональные группы: простые эфирные и сложноэфирные (полиэфируретаны), мочевинные (полиуретанмочевины), изоциануратные (полиуретанизоцианураты), амидные (полиамидоуретаны), двойные связи (полидиенуретаны), которые наряду с уретановой группой определяют комплекс свойств полимеров. При увеличении числа функциональных групп в молекулах одного или обоих компонентов до трех или более получаются разветвленные или сшитые полимеры.
Структуру и свойства полиуретанов можно менять в широких пределах путем подбора соответствующих исходных веществ. Они относятся к числу тех немногих полимеров, у которых можно направленно регулировать число поперечных связей, гибкость полимерных молекул и характер межмолекулярных взаимодействий. Это дает возможность получать из полиуретанов самые разнообразные материалы – синтетические волокна, твердые и мягкие эластомеры, жесткие и эластичные пеноматериалы, различные термореактивные покрытия и пластические массы.
Обычное обозначение полиуретанов на российском рынке – ПУ или PU. Но могут встречаться и другие обозначения: PUR (полиуретан), TPE-U или TPU или TPUR или TP Urethane (термопластичный полиуретан), RTPU (жесткий термопластичный полиуретан), ППУ - пенополиуретан.

Строение: Полиуретаны могут иметь различное строение молекулярной цепи, но во всех макромолекулах полиуретанов присутствует уретановая группа -NHCOO-. Конкретное же строение конкретного полиуретана зависит от строения, молекулярного веса и соотношения реагентов. Так, например, полиуретановые эластомеры обычно получают из диолов с длинной цепью (линейных простых или сложных полиэфиров с молекулярным весом от 1000 до 2000), диизоцианатов и низкомолекулярных гликолей или диаминов. В результате такой эластомер состоит из элементарного звена сложного или простого эфира, остатка ароматического диизоцианата, уретановой группы, остатка низкомолекулярного гликоля и аллофанатного узла разветвления. Он содержит как умеренно гибкие, длинные, линейные сегменты полиэфира, так и сравнительно жесткие сегменты, образуемые ароматическими и уретановыми группами, по которым может происходить дальнейшее сшивание полимера.

В общем случае структура полиуретанов определяется межмолекулярными взаимодействиями в материале: водородными, ионными связями; диполь-дипольными, ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями. При образовании водородных связей донорами протонов служат атомы водорода уретановых групп. В случае полиуретанмочевин и полиамидоуретанов – атомы водорода соответствующих функциональных групп. Акцепторами протонов являются карбонилы перечисленных групп. Или карбонилы сложноэфирных групп в случае полиэфируретанов. Или простые эфирные связи в случае полиуретанов, полученных на основе полиоксиалкиленгликолей. Уретановые, мочевинные и другие группы, имеющиеся в структуре полиуретанов, участвуют также в диполь-дипольных взаимодействиях. В результате проявления сил специфического межмолекулярного взаимодействия в структуре полиуретанов возникают ассоциаты (доменные образования) термодинамически не совместимые с массой основных цепей полимеров, но связанные с ними химически. Вследствие такой несовместимости происходит микрофазное расслоение (микросегрегация) на надмолекулярном уровне. При этом фаза, образованная ассоциатами, является своеобразным усиливающим «активным наполнителем» в полиуретанах. В частности, этим объясняется возможность получения на основе полиуретанов материалов, обладающих высокими конструкционными свойствами (прочностью, твердостью, сопротивлением раздиру), без введения активных наполнителей. В случае полиуретанмочевин домены – циклические образования. В так называемых сегментированных полиуретанах (блокполиуретанах), синтезированных из изоцианатных форполимеров, при получении которых соотношение изоцианатных и гидроксильных групп составляло больше двух, и эквимолярного количества низкомолекулярного диола в качестве агента удлинения цепи, доменные структуры образуются вследствие высокой концентрации блоков соседних уретановых групп. В иономерах, так называемых катионных полиуретанах, доменные структуры, образуются в виде четвертичных аммониевых соединений.

Все межмолекулярные взаимодействия играют также роль физических поперечных связей в полиуретанах. Усиливающие эффекты, обусловленные наличием доменных структур, проявляются только в совокупности: 1) с взаимодействиями неспецифического характера, например, с появлением кристалличности при использовании кристаллизующихся алифатических диизоцианатов и диолов для получения волокнообразующих полиуретанов и некоторых термоэластопластов; 2) с сильным когезионным взаимодействием ароматических диолов при использовании ароматических полиэфиров и диолов для получения термоэластопластов; 3) с наличием химических поперечных связей в литьевых полиуретанах, пенопластах, эластомерах, клеях и лакокрасочных покрытиях.

Сильные межмолекулярные взаимодействия определяют и специфику пространственной сетки полиуретанов: будучи образована только физическими поперечными связями в термоэластопластах, пластмассах, волокнах, она обеспечивает свойства квазисетчатых материалов: высокая прочность при комнатной температуре, твердость и прочее. Для получения высоких прочностных показателей у ненаполненных полиуретанов, способных функционировать при повышенных температурах, необходима смешанная пространственная сетка из физических и химических поперечных связей. Причем количество последних должно быть невелико. В противном случае химические связи будут препятствовать свободной конформации цепей полиуретанов и, соответственно, реализации сил межмолекулярных взаимодействий. Наличие межмолекулярных взаимодействий определяет и особенности релаксационного поведения полиуретанов. С одной стороны, это существенное снижение механических показателей при многократных воздействиях нагрузок из-за частичного разрушения физических связей, в том числе под воздействием развивающихся температур. С другой – равновесный характер лабильных физических связей, способность их вследствие этого к перераспределению и восстановлению после снятия нагрузки и релаксации. Этим объясняется регенерация свойств полиуретанов, что особенно проявляется в случае пенопластов.

Свойства: Свойства полиуретанов изменяются в очень широких пределах. Они зависят от природы и длины участков цепи между уретановыми группировками, от структуры материала – линейная или сетчатая, молекулярной массы, степени кристалличности. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твёрдыми аморфными или кристаллическими веществами, жесткость которых простирается от упругости высокоэластичных мягких резин до твердости жёстких пластиков: твёрдость по Шору от 15 по шкале А до 60 по шкале D.
Наибольший практический интерес представляют полиуретановые эластомеры, которые характеризуются высокими значениями прочности и сопротивления раздиру, хорошими диэлектрическими свойствами, износостойкостью, устойчивостью к набуханию в различных маслах и растворителях, а также озоно- и радиационностойкостью. Они водостойки, проявляют высокую стойкость к микроорганизмам и плесени. По некоторым физико-механические параметрам полиуретаны превосходят не только все типы резин, каучуков, но и металлы.
Полиуретан придает изделиям ряд полезных свойств, недостижимых для обычных резин. Во-первых, это повышенное значение твердости, что позволяет использовать полиуретан для изделий, работающих под особо сильными механическими нагрузками, например, для валов холодной прокатки или гибки стали. Во-вторых, непревзойденная износостойкость и абразивная стойкость. Литьевые полиуретаны превосходят резины, пластики и металлы по своей абразивной стойкости в несколько раз. В-третьих, при повышенной твердости полиуретан сохраняет высокую эластичность: предел деформации при разрыве обычно не менее 350%. Это обеспечивает очень высокое значение прочности: до 50 МПа. В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом температуры эксплуатации полиуретанов является 120 °С. Низкие температуры не оказывают особого влияния на свойства полиуретановых эластомеров вплоть до -70 °С. Литьевая технология формования деталей из полиуретана позволяет получать изделия практически любой формы и размеров, недоступных для формирования резиновых изделий. Высокая стоимость резинотехнических изделий позволяет полиуретанам конкурировать с резиной и в ценовом плане. Полиуретановые эластомеры имеют отличную стойкость к маслам и растворителям и подходят для работы со смазочными маслами, нефтью и ее производными, но эксплуатация изделий из полиуретанов показывает, что они очень быстро разрушаются при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола. К недостаткам полиуретанов можно отнести и невысокую стойкость при повышенных температурах к действию щелочей, накопление остаточных деформаций под действием длительных нагрузок, резкую зависимость физико-механических свойств от перепадов температуры.

Получение: Полиуретаны можно синтезировать различными способами, однако в промышленности наибольшее распространено получило их производство при взаимодействии ди- или полиизоцианатов с соединениями содержащими две или более гидроксильные группы в молекуле. Например, с простыми и сложными полиэфирами с концевыми OH-группами. Полиуретановые эластомеры обычно получают из диолов с длинной цепью типа линейных простых или сложных полиэфиров с молекулярным весом от 1000 до 2000, диизоцианатов и низкомолекулярных «удлинителей цепи», типа гликоля или диамина. Хотя для получения полиуретанов используют различные методы, наиболее удобным является форполимерный. На первый стадии проводят реакцию диола с избытком диизоцианата. Получаемый продукт реакции называется форполимером. Он имеет невысокий молекулярный вес и представляет собой или жидкость или низкоплавкое твердое вещество. Поскольку он содержит концевые изоцианатные группы, то может вступать во все реакции, свойственные изоцианатам. На второй стадии к форполимеру добавляют низкомолекулярный гликоль или диамин. Соотношение реагентов подбирают так, чтобы в смеси имелся небольшой избыток изоцианатных групп. Последняя стадия процесса (отверждение) может начаться в то время, когда вторая еще не закончилась и может продолжаться в течение нескольких часов или даже суток в зависимости от выбранной системы и температуры. На этой стадии происходит взаимодействие концевых изиционатных групп с активными атомами водорода цепи, например, с водородом уретановых групп, в результате чего образуются аллофонатные узлы разветвления. При таком способе получения полимеров количество поперечных связей можно регулировать путем изменения соотношения изоцианатных групп к общему количеству активных атомов водорода. Для того, чтобы получился сшитый полимер это соотношение должно быть больше единицы. Приведенная схема получения сшитого полиуретанового эластомера применима, главным образом, в случае некатализируемых реакций. Под влиянием соответствующего катализатора некоторые из этих реакций могут быть ускорены.

Применениe: Полиуретаны перерабатываются практически всеми существующими технологическими методами: экструзией, прессованием, литьем, заливкой на стандартном оборудовании. На их основе получают все известные типы полимерных материалов и изделий: наполненные, армированные, вспененные, ламинированные, листовые, в виде плит, блоков, профилей, панелей, волокон, пленок. Изделия из полиуретанов могут быть как прозрачные, так и окрашенные в разнообразные цвета. Наиболее широкое применение в промышленности получили литьевые полиуретановые эластомеры, из которых изготовляют как крупногабаритные изделия, так и изделия средних размеров: массивные шины для внутризаводского транспорта, надежность которых в 6-7 раз больше, чем шин из углеводородных каучуков; детали устройств для транспортирования абразивного шлама, флотационных установок, гидроциклонов и трубопроводов, применяемых в горнодобывающей промышленности; приводные ремни в ткацких машинах; конвейерные ленты; разнообразные уплотнительные детали; детали машин, валиков для текстильной и бумажной промышленности; уплотнения гидравлических устройств и масляно-пневматических амортизаторов железнодорожного транспорта. Литьевые полиуретаны применяют для изготовления деталей внутризаводского транспорта, различных валов, шестерен и других изделий для машиностроения, горнодобывающей, авиационной, автомобильной, нефтегазодобывающей, строительной, полиграфической и других отраслей промышленности. Особый интерес представляет применение литьевых полиуретанов в производстве вибростойких деталей и уплотнительных элементов. В автомобилестроении полиуретановые термоэластопласты широко применяются для изготовления подшипников скольжения рулевого механизма, элементов для передней подвески, вкладышей рулевых тяг, самосмазывающихся уплотнений, топливостойких клапанов, маслостойких деталей. В обувной промышленности из них изготавливают износостойкие подошвы, а также используют в качестве искусственной кожи. Полиуретаны используют также в качестве связующих для изготовления древесностружечных плит, полимербетонов, пенопластов, имитирующих древесину, эффективных клеевых составов и покрытий в строительстве и машиностроении, а также клеев и протезов медицинского назначения. Благодаря своим ценным свойствам, применение полиуретана экономически выгодно в широком спектре отраслей промышленности, в том числе при производстве опорных элементов, уплотнительных колец, покрытий валов, колес и роликов Уретановые эластомеры, как конструкционные материалы, не просто заменяют металлы, а иногда и превосходят их по эксплуатационным свойствам в силу уникального сочетания физико-механических характеристик. Однако, если посмотреть на денежное соотношение промышленного производства различных видов полиуретанов, то 90% объемов их реализации приходится на рынок пенополиуретанов.

Полиуретан литьевой ЛУР-90

Характеристики Предел прочности при растяжении: 400-450 кг/см2 Относительное удлинение при разрыве: 400-450 % Твердость по Шору A: 85-95 Сопротивление раздиру: 95-140 кн/м Относительное остаточное удлинение после разрыва: 3-5 % Условное напряжение при 100% удлинении: 6,5-10,5 МПа

Полиуретан литьевой ЛУР-90 обладает высокими диэлектрическими свойствами. Имеет высокую стойкость к маслам, растворителям, микроорганизмам и плесени. Подходит для работы со смазочными маслами, нефтью и ее производными. Не имеет озонового старения. Разрушается при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола.

Применение

Полиуретан литьевой ЛУР-90 создан специально для использования в авиационной промышленности.

Полиуретан литьевой ЛУР-СТ (ЛУР-СП)

Характеристики

Предел прочности при растяжении: 400-450 кг/см2
Относительное удлинение при разрыве: 650-750 %
Твердость по Шору A: 70-80
Сопротивление раздиру: 100-130 кн/м
Относительное остаточное удлинение после разрыва: 0-2 %
Условное напряжение при 100% удлинении: 2-4 МПа
Температурный диапазон: (-60)-(+110) °С

Полиуретан литьевой ЛУР-СТ (ЛУР-СП) обладает высокими диэлектрическими свойствами.
Имеет высокую стойкость к маслам, растворителям, микроорганизмам и плесени. Подходит для работы со смазочными маслами, нефтью и ее производными. Не имеет озонового старения.
Разрушается при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола.

Применение

Полиуретан литьевой ЛУР-СТ (ЛУР-СП) создан специально для использования в авиационной промышленности.

Полиуретан литьевой СКУ 7Л

Характеристики
Предел прочности при растяжении: 350-450 кг/см2
Относительное удлинение при разрыве: 550-650 %
Твердость по Шору A: 76-86
Сопротивление раздиру: 100-140 кн/м
Относительное остаточное удлинение после разрыва: 2-4 %
Условное напряжение при 100% удлинении: не нормируется

Полиуретан литьевой СКУ 7Л обладает высокими диэлектрическими свойствами.
Имеет высокую стойкость к маслам, растворителям, микроорганизмам и плесени. Подходит для работы со смазочными маслами, нефтью и ее производными. Не имеет озонового старения.
Разрушается при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола.

Применение
Полиуретан литьевой СКУ 7Л применяется для изготовления деталей внутризаводского транспорта, различных валов, шестерен, вибростойких деталей, отбойных молотков и других изделий для машиностроения, горнодобывающей, авиационной, автомобильной, нефтегазодобывающей, строительной, полиграфической и других отраслей промышленности.

Полиуретан литьевой СКУ ПФЛ

Характеристики

Предел прочности при растяжении: 450-500 кг/см2
Относительное удлинение при разрыве: 350-400 %
Твердость по Шору A: 90-95
Сопротивление раздиру: 140-160 кн/м
Относительное остаточное удлинение после разрыва: 3-5 %
Условное напряжение при 100% удлинении: не нормируется
Температурный диапазон: (-70)-(+150) °С

Полиуретан литьевой СКУ ПФЛ обладает высокими диэлектрическими свойствами.
Имеет высокую стойкость к маслам, растворителям, микроорганизмам и плесени. Подходит для работы со смазочными маслами, нефтью и ее производными. Не имеет озонового старения.
Разрушается при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола.

Применение

Полиуретан литьевой СКУ ПФЛ применяется для изготовления деталей внутризаводского транспорта, различных валов, шестерен, вибростойких деталей, отбойных молотков и других изделий для машиностроения, горнодобывающей, авиационной, автомобильной, нефтегазодобывающей, строительной, полиграфической и других отраслей промышленности.

Оригинальная статья находится по адресу:
http://www.polymerbranch.com/catalogp/view/14.html

***

Полиуретан

Полиуретан — это современный конструкционный материал, который благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам широко используется в качестве замены резины различных марок, каучуков, металла, пластика во многих отраслях промышленности. При специальной обработке полиуретан имеет прочные связи с металлом. Благодаря этим качествам применение полиуретана экономически выгодно в широком спектре отраслей промышленности. Полиуретан может использоваться при производстве опорных элементов, уплотнительных колец, покрытий валов, колес и роликов, манжет для очистки внутренней поверхности труб нефтегазопроводов, и т. д.

Полиуретан характеризуется высокими физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Это позволяет применять полиуретан во многих отраслях промышленности с высокими требованиями к свойствам материала.

Свойства полиуретана

Полиуретан характеризуется высокими физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Это позволяет применять полиуретан во многих отраслях промышленности с высокими требованиями к свойствам материала.
Термопластичный полиуретан
Различные виды, которые имеет термопластичный полиуретан, появились на мировом рынке относительно недавно. но уже завоевали многочисленное признание. Они являются своеобразным связующим звеном между каучуками и пластмассами.
Важнейшее свойство, которым обладает полиуретан — высокая износостойкость, которая сочетается с не менее высокой масло-, бензо- и озоностойкостью. Полиуретан так же имеет превосходные демпфирующие, теплофизические и эластичные свойства. Изделия, для которых в процессе производства используют полиуретан, по своим свойствам превосходят аналогичные изделия из высококачественных резин.
Благодаря значительному увеличению долговечности и повышения качества изделий, полиуретан очень выгодно использовать.
Изменяя состав компонентов, и применяя различные технологии, можно изготовить полиуретан, обладающий различными свойствами.

Полиуретан обладает рядом преимуществ по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Некоторые из них приведены ниже.

• Полиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности из теплоизолирующих материалов;
• Полиуретан может быть напылен одним нанесением слоем от 1 до 12 мм как на поверхности любой сложной конфигурации, так и на вертикальные поверхности;
• Полиуретан имеет свойство электрического изолятора, устойчив к воздействию открытого пламени и теплового излучения;
• Не обледененивает, имеет устойчивость к солям, ультрафиолетовому излучению, химическим соединениям, кроме некоторых растворителей и концентрированных кислот;
• У полиуретана отличные адгезивные свойства;
• Имеет хорошую прочность и устойчивость к деформациям;
• Полиуретан оберегает объекты от действия воды, погоды, образования ржавчины, коррозии, устойчив к действию микроорганизмов, плесени, гниению, может «работать» в грунте;
• Эластичен, не растрескивается, не расслаивается и не отслаивается при температуе от −40 до +100°С;

Благодаря этому, полиуретан применяется во многих производствах, что делает универсальным, многопрофильным материалом с очень большим потенциалом и огромными перспективами использования в будущем.

Полиуретановые эластомеры

• Твёрдость, по Шору — 55—95 Sh A
• Модуль упругости 100% — 1,6—26 МПа
• Модуль упругости 300% — 2,4—35 МПа
• Прочность на растяжение — 13—52 МПа
• Удлинение при разрыве — 250—600 %
• Прочность на раздир — 30—110 н/м
• Эластичность по отскоку — 20—65 %
• Истираемость — 20—130 мм3
• Удельный вес — 1,1—1,25

Эластомеры — полиуретановые эластомеры представляют собой каучукоподобный материал. Высокая прочность, износостойкость, эластичность, абразивостойкость и ряд других качеств позволяют с большим эффектом использовать этот материал практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства взамен резины, традиционных пластмасс, а в ряде случаев, и металлов.
Эластомеры обладают ценными качествами по сравнению со многими другими традиционными материалами.
Полиуретаны по сравнению с резинами характеризуются повышенной абразивной стойкостью и механической прочностью.
Эластомеры по сравнению с пластиками имеют меньшую хрупкость, повышенную абразивную стойкость, более высокий срок службы.
Полиуретаны по сравнению с металлами обеспечивают снижение массы изделия, снижение шума при работе, менее интенсивное изнашивание, не подвержены коррозии.

Эластомеры — Преимущества

• высокая эластичность в диапазоне твердости 55 — 97 единиц Шора А;
• высокая износостойкость;
• высокие параметры на раздир и разрыв;
• хорошее воспроизведение формы после деформации;
• высокая стойкость к динамическим нагрузкам;
• высокие характеристики поглощения ударов и вибраций;
• высокие масло-бензостойкость и атмосферостойкость;

Области применения полиуретана: машиностроение, пищевая промышленность, нефтяная отрасль, горнодобывающая отрасль, атомная энергетика, строительство.

Применение полиуретана

Полиуретан без проблем может заменять резину разнообразных марок (и даже иногда металлы), за счет своих свойств таких, как износостойкость, кислотостойкость, масло- и бензостойкость, диэлектрических свойств. Кроме того, полиуретан имеет возможность использования при высоких давлениях и в широком диапазоне температур.
Полиуретан за счет своих высоких эксплуатационных свойств используется в самых разных отраслях промышленности, как конструкционный материал. Особенность полиуретана — несравненно высокие эксплуатационные свойства, превосходящие все типы каучуков, и даже металлы.
На данный момент полиуретан имеет множество марок: адипрены, вулколланы, вулкопрены.
Отечественные марки полиуретанов, не уступают, а по некоторым характеристикам даже превосходят импортные аналоги.
Благодаря высокому модулю полиуретанов по сравнению с другими эластомерами изделия из них можно делать с более тонкими стенками.
В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом температуры, при которой следует использовать полиуретан, считается +120°С. При низких температурах полиуретан не значительно меняет свои свойства. Если полиуретан изменил свои свойства эластичности и твердости при температурах не ниже минус 18°C, то такие изменения можно обратить.
Полиуретан может приобрести хрупкость только при температурах ниже минус 60 — минус 80°С. Можно с уверенностью указать рабочие температуры изделий из полиуретана — они находятся в диапазоне от — 70 до +120°С, эластичность при этом практически не меняется.
Полиуретан периодически может выдерживать повышение температуры до +130, +140°С.
Многочисленные опыты показали, что полиуретан имеет очень высокие водостойкие качества.
В полиуретан при изготовлении, с целью улучшения физико-механических свойств, могут добавляться рецептурные добавки и наполнители.
Полиуретан имеет высокую устойчивость к маслам и растворителям и может применяться для работ со смазочными маслами, нефтью и ее производными. Полиуретан не имеет озонового старения и обладает высокой стойкостью к микроорганизмам и плесени.
Литьевой полиуретан очень часто применяется для изготовления деталей внутризаводского транспорта, различных валов, шестерен, вибростойких деталей, отбойных молотков и других изделий для машиностроения, горнодобывающей, авиационной, автомобильной, нефтегазодобывающей, строительной, полиграфической и многих других отраслей промышленности.
При специальной обработке полиуретан имеет прочные связи с металлом.

Изделия из полиуретана обладают свойствами, недоступными для изделий из обычных резин: эластичность, низкая истираемость, высокая прочность, высокое сопротивление раздиру и многократным деформациям, возможность работы при высоком давлении, кислотостойкость и стойкость ко многим растворителям, повышенная твердость, температурный интервал от −60°С до +120°С, стойкость к микроорганизмам и плесени, вибростойкость и маслобензостойкость, упругость при низких температурах, высокие диэлектрические свойства, озоностойкость, водостойкость.

Изделия из полиуретана.

Изделия из полиуретана обладают свойствами, недоступными для изделий из обычных резин:

• эластичность (относительное удлинение при разрыве в 2 раза больше, чем у резины)
• низкая истираемость (условная износостойкость в 3 раза выше, чем у резины)
• высокая прочность (превышает прочность резины в 22,5 раза)
• высокое сопротивление раздиру и многократным деформациям
• возможность работы при высоком давлении (до 105 МПа)
• кислотостойкость и стойкость ко многим растворителям
• повышенная твердость (от 40 до 98 единиц Шора)
• температурный интервал от −60°С до +120°С
• стойкость к микроорганизмам и плесени
• вибростойкость и маслобензостойкость
• упругость при низких температурах
• высокие диэлектрические свойства
• озоностойкость
• водостойкость.

Основные изделия из полиуретана:

• Пластины и буфера полиуретановые
Втулки полиуретановые
• Цилиндры полиуретановые
• Рукава полиуретановые
• Клеевальцы
• Детали для полиграфического оборудования из полиуретана
• Транспортные валы для деревообрабатывающей промышленности
Манжеты и кольца полиуретановые: - Манжеты полиуретановые высокого давления
- Манжеты из полиуретана чистящие для трубопроводов
• Кольца полиуретановые и поршни
• Накладки из полиуретана на ножи снегоуборочных машин
• Стаканы из полиуретана
• Муфты упругие из полиуретана
Шестерни полиуретановые
• Прокладки из полиуретана
Ролики из полиуретана
• Колёса полиуретановые
• Шкив из полиуретана
• Прутки из полиуретана
• Колеса транспортные технологического оборудования
Валы полиуретановые, валы металлические, покрытые полиуретаном (нанесение полиуретана на валы)
Ремни полиуретановые
• Прочие полиуретановые изделия по чертежам или образцам

Оригинальная статья находится по адресу:
http://www.plastmassa.net/polyurethane/

***

История полиуретана

Самые первые работы над полиуретановыми полимерами проводились Отто Бэйером и сотрудниками его компании еще в 1937 в лабораториях корпорации красильных материалов «И.Г. Фарбениндастри» в городе Леверкузен (Германия). Ученые выяснили, что используя принцип аддитивной полимеризации можно получать полиуретан из диизоцианата и жидкого полиэфира или диолов полиэстера. По свойствам новое вещество имело ряд преимуществ по сравнению с уже существующими пластмассами, которые производились путем полимеризации олефинов или поликонденсацией. Новая комбинация мономеров обошла уже существующие патенты, полученные Уолласом Кэразэсом за полиэстеры.

Первоначально, все работы концентрировались на производстве искусственных волокон и эластичной пены. Но они были временно приостановлены с началом Второй мировой войны (в этот период полиуретаны использовались как покрытие боевых самолетов, хотя и в ограниченных масштабах), которая значительно отсрочила широкую коммерческую доступность полиизоцианатов. Промышленное производство эластичной полиуретановой пены было начато в 1954 году. Оно основывалось на диизоцианате толуола и полиолах полиэстера.

Интересно, что гибкая полиуретановая пена (которую изобретатели назвали искусственным швейцарским сыром) была получена совершенно случайно, благодаря воде, попавшей в реакционную смесь.

Из этих же веществ (диизоцианат толуола и полиолы полиэстера) производились твердая пена, каучук и эластомеры. Линейные волокна были получены из диизоционата циклогексана и 1,4-бутандиола.

Первый коммерчески доступный полиэфир [поли-(тетраметилена эфир)-гликоль] был представлен компанией Дюпон (США) в 1956 году, он получался путем полимеризации тетрагидрофурана. Менее дорогие полиалкиленгликоли были представлены компаниями BASF (Германия) и Dow Chemical (США) спустя год. Они имели ряд очевидных технических и коммерческих преимуществ, таких как цена, легкость обработки и лучшая водостойкость, в результате чего быстро вытеснили полиоловые полиэстеры из сферы производства полиуретановых товаров. Производство полиуретана подхватили Union Carbide и Mobay corporation - совместное предприятие Monsanto/Bayer (США). За 1960 год было произведено боле 45000 тонн эластичной полиуретановой пены. В течении десятилетия выяснилась пригодность хлорофлюуороалкановых пенообразователей, недорогих полиоловых полиэфиров и метилен-дифенил-диизоционатов (MDI) для производства полиуретановых твердых пен, обладающих отличными изолирующими свойствами. Например, твердые пены, полученные при полимеризации метилен-дифенил-диизоционатов показали лучшую термостойкость и огнеупорность, чем пены, полученные из диизоционата толуола. В 1967 году была получена модифицированная полиизоциануратная твердая пена, которая оказалась еще более термостойкой и огнеупорной. Тогда же в 60-е годы, для безопасности водителя и пассажиров такие элементы салона, как приборная и дверные панели, начали изготавливаться с термопластическим покрытием из полутвердой пены.

В 1969 году компанией Bayer на выставке в Дюссельдорфе (Германия) был представлен автомобиль полностью изготовленный из пластмассы. Части этого автомобиля были произведены с использованием новой технологии, получившей название RIM (Reaction Injection Molding - пер. с англ. - реакция литья под давлением). В данной технологии жидкие составляющие под высоким давлением смешивались и заливались в отливочную форму.

Таким образом можно изготавливать крупные детали автомобиля (например, детали кузова или приборные панели). Впоследствии технология RIM получила широкое распространение. Использование диаминовых удлиннителей цепочек и технологии тримеризации дало миру полиуретан-мочевину, полицианураты и полиуратную формовку. Применение дополнительных примесей, таких как стекло, слюда, и переработанных минеральных волокон дало начало RRIM (reinforced RIM – англ. укрепленная формовка), которая обеспечивала лучшую жесткость и термостойкость. Данная технология применялась в изготовлении Pontiac Fiero - первого американского автомобиля с полностью пластмассовым кузовом (1983г.). Дальнейшее усиление жесткости было получено путем предварительного помещения в отливочные формы стекловолоконных сеток – эта технология получила название SRIM (structural RIM – англ. структурная формовка).

Начиная с 80-х годов увлажненная микропористая эластичная пена начала применяться для приборных панелей и радиальных воздушных фильтров в автомобильной промышленности. С тех пор, такие тенденции, как рост цен на энергоносители и стремление исключить поливинилхлорид из области автомобилестроения, позволили значительно увеличить долю микропористой эластичной пены на рынке. Высокая стоимость сырья компенсировалась уменьшением массы и, в некоторых случаях, отказом от металлических заглушек и фильтрующих коробок. Высоконаполненные эластомеры полеуретана и, с недавнего времени, незаполненная полиуретановая пена, нашли применение в изготовлении высокотемпературных масляных фильтров.

Полиуретановая пена (включая пенорезину), получается при добавлении небольшого количества быстроиспаряющихся веществ (так называемых пенообразователей) к реагирующей смеси. Эти вещества придают важные эксплуатационные характеристики, в первую очередь, термоизолирующие. Но в начале 90-х годов было открыто разрушающее влияние хлорсодержащих пенообразователей на озоновый слой Земли, в результате чего Монреальским протоколом было ограничено их применение (напр. трихлорфторметана — CFC-11). Другие хлороалканы, к примеру гидрохлорфторокарбон, 1,1-дихлор-1-фторэтан (HCFC-141b ) стали использоваться в качестве временной замены, в процессе полного поэтапного отказа от применения, согласно директиве IPPK (Integrated Pollution Prevention and Control) на выбросы парниковых газов, принятой 1994 году и летучих органических соединений (VOC - Volatile Organic Compounds) - директива ЕС - 1997 год. К концу 90-х годов в США и странах ЕС в качестве пенообразователей стали широко использовать такие вещества, как углекислый газ, пентан и 1,1,1,3,3-пентафторопропан. Но хлорсодержащие вещества пока еще применяются во многих развивающихся странах.

Основываясь на существующей технологии распыления полиуретана и достижениях химии полиэфираминов, в 90-х годах получили широкое распространение двухкомпонентные спреи на основе эластомеров полимочевины. Их быстрая реактивность и относительная нечувствительность к влаге делают данные вещества неплохими покрытиями для большинства поверхностей, особенно таких, как вторичная защита емкостей и резервуаров, покрытие люков и тоннелей. Хорошее прилипание материала к бетону и стали достигается соблюдением правил грунтовки и обработки покрываемой поверхности. Тем временем, новый двухкомпонентный полиуретан и гибридный полиуретано-полимочевинный эластомер позволили выйти на рынок обработки поверхностей распылением.

Эта техника обработки поверхностей применяется для обработки кузовов грузовиков и иных грузовых платформ создает нержавеющее, стойкое к механическим повреждениям покрытие, защищающее основание от коррозии.

Отчасти в свете грядущего дефицита нефти, отчасти, основываясь на стремлении защитить окружающую среду, в 2004 году обратил на себя внимание потенциал полиолов, полученных из растительных масел. Одним из ярых сторонников получения полиолов из растительного сырья является автомобильная компания Форд.

Оригинальная статья находится по адресу:
http://www.upkomplekt.ru/articles/6/