Полиуретан характеристики термостойкость

Рабочая температура полиуретана

Этот синтетический эластомер с заранее задаваемыми свойствами представляет собой современный химический состав, разработанный на базе арилов, акрилов или ацилов в сочетании со сложными или простыми связками. В зависимости от того, насколько должен быть теплостойкий или морозостойкий полиуретан, определяется точная формула полимерных компонентов и модификаторов. Большинство разновидностей предусматривает обширный диапазон нагрузок при длительных циклах работы, что делает этот материал востребованным в самых различных отраслях. Рассмотрим детально, какую температуру выдерживает полиуретан.

Основные виды полиуретана: рабочие температуры

Для наиболее «выносливых» эластомеров диапазон температур составляет от –60 0 Сдо +120 0 С, при этом полимер может сохранять начальные свойства твердости и эластичности без последствий при нормализации климатических условий. Существуют также специальные разновидности, для которых рабочие температуры полиуретана могут быть равными +150 0 С и –70 0 С. Хрупкость или необратимая деформация начинает наступать после превышения максимально допустимой отметки более чем на 1–10% в зависимости от уровня влажности. При этом в некоторых случаях полиуретан при низких температурах в описанном диапазоне критических нагрузок не изменяет свою структуру, если они кратковременны.

Рассмотрим боле детально особенности самых популярных марок полиуретана:

• СКУ–7Лиспользуется для изготовления деталей, эксплуатируемых в условиях абразивного износа. Обладает высокой стойкостью к нефтепродуктам и смазывающим веществам. Применяется чаще всего данный полиуретан зимой и/или в холодных климатических зонах. Его рабочий температурный диапазон находится в пределах от –50 0 С до +80 0 С.
• СКУ ПФЛ–100Модин из наиболее «выносливых» и твердых видов рассматриваемых материалов. Он рассчитан на самые агрессивные эксплуатационные условия, стойко сохраняет изначальную форму после сжатия или растяжения, что делает его востребованным при изготовлении деталей для автомобильной отрасли. Диапазон эксплуатации этого полиуретана при низких температурах и перегреве составляет от –70 0 С до +150 0 С.
• ЛУР-СТ широко востребован для производства изделий с большой относительной удлиненностью до разрыва. Рабочая температура полиуретана этого вида – от –30 0 С до +110 0 С.
• «ВИБРАТАН» представляет собой группу материалов серий 6060 и 8000. Первые обладают низким уровнем твердости, стойкостью к износу и небольшой степенью остаточных деформаций при сжатии, что делает их оптимальными для производства упругих деталей. Вторые отличаются высокой эластичностью и стойкостью к ударным воздействиям. Температура применения полиуретана этого вида составляет от –60 до +120 0 С.
• СКУ-ПЛ-60 один из самых эластичных и гибких видов, но значительно уступает конкурентам в прочности на растяжение. Он может использоваться при температуре от –30 0 С до +90 0 С.
• ТТ–129 отличается одними из наибольших предельных параметров прочности при растяжении. Температура эксплуатации полиуретана варьируется от –60 0 С до +110 0 С. Используется для изготовления самых различных изделий и в качестве исходного сырья.

Существуют и другие разновидности полимерных составов, которые успешно заменяют резину в различных отраслях. Их популярность обусловлена многочисленными преимуществами по сравнению с аналогичными материалами на основе каучука, в число которых входит небольшой вес, упрощенная процедура производства, повышенная прочность и износостойкость, а также устойчивость к воздействиям химикатов и агрессивных сред.

Стоит отметить, что свойства полиуретана под воздействием температуры определяются при выборе определенной его разновидности. Обязательно уточняйте информацию о технических характеристиках исходного материала для производства необходимых изделий при оформлении заказа.

Заказать типовые изделия из полиуретана или выпуск партии уникальных комплектующих вы можете в компании «Полимертехпром». При необходимости возможна полная разработка проектной документации.

Simplex Полимеры Нижнего Новгорода

Полиуретановые ТЭПы — эластичность и стойкость «в одном флаконе»

«В здоровом теле — здоровый дух» — под таким лозунгом человечество вступило в 21 век. Тенденция к здоровому образу жизни приобщает к спорту все больше людей как за рубежом, так и в России. Как следствие — бурное развитие индустрии, производящей спортивный инвентарь, обувь, одежду. Постоянно растет спрос на материалы, обладающие термостойкостью, высокой эластичностью даже при низких температурах, стойкостью к истиранию, разрыву и раздиру, высокой химстойкостью, не подверженных гидролизу и действию микроорганизмов, а также обеспечивающих высокую производительность при переработке. Оказалось, что всем этим требованиям отвечают полиуретановые ТЭПы (другие обозначения: TPE-U, TPUR, TP Urethane, TPU elastomer, RTPU).

Как следует из названия, в состав этих материалов входят полиуретаны — простые и сложные полиэфиры на основе диизоцианатов. По своей структуре полиуретановые ТЭПЫ относятся к аморфным полимерам.

1 — указаны минимальные и максимальные рабочие температуры для группы материалов, конкретные марки имеют более узкий диапазон рабочих температур.

* — Характеристики даны для 23ºС.

Вспомогательные добавки:

Кроме основных компонентов полиуретановые ТЭПы могут содержать вспомогательные вещества для облегчения переработки и улучшения свойства конечного продукта: средства для облегчения выемки детали, огнезащитные средства, УФ-стабилизаторы, пластификаторы, противомикробные добавки, добавки, отпугивающие грызунов, стекловолокно.

Свойства полиуретановых ТЭПов:

• устойчивость к действию микроорганизмов;
• отличная стойкостью к истиранию;
• хорошая способность восстанавливать форму;
• высокие прочностные показатели;
• прекрасное сопротивление раздиру;
• размерная стабильность;
• высокие электроизоляционные свойства;
• хорошая перерабатываемость как литьем под давлением, так и методами экструзии и раздува;
• хорошая вторичная перерабатываемость.

Химическая стойкость полиуретановых ТЭПов:

• не допускаются к контакту с концентрированными кислотами и щелочами, а также с такими органическими растворителями, как кетоны (ацетон, метилэтилкетон, циклогексанон), тетрагидрофуран;
• устойчивы к разбавленным кислотам и щелочам;
• необратимое набухание при контакте с алифатическими спиртами и эфирами (метанол, этанол, изопропанол, этил- и бутилацетаты), ароматическими углеводородами (бензол, толуол);
• обратимое набухание при контакте с насыщенными углеводородами (дизельное топливо, керосин, изооктан, петролейный эфир). Исчезает после испарения углеводорода.

Твердость полиуретановых ТЭПов может быть разной (зависит от соотношения эластичного и жесткого сегментов). Различают эластичные и жесткие материалы.

Эластичные полиуретаны относятся к ТЭПам инженерно-технического назначения. Существует несколько типов этих материалов: на основе простых эфиров, сложных эфиров, комбинации простых и сложных полиэфиров.

Переработка полиуретановых ТЭПов:

Литье под давлением:

• температура расплава 170-240ОС;
• температура формы 20-70ОС.

ТЭПы на основе простых полиэфиров:

• изоляция кабелей, штекеры, переходники, спиральные шланги;
• наружная часть лыжных ботинок;
• технические детали (элементы сит, подкладки под рельсы, уплотнения).

ТЭПы на основе сложных полиэфиров:

Simplex Полимеры Нижнего Новгорода

Полиуретановые ТЭПы — эластичность и стойкость «в одном флаконе»

«В здоровом теле — здоровый дух» — под таким лозунгом человечество вступило в 21 век. Тенденция к здоровому образу жизни приобщает к спорту все больше людей как за рубежом, так и в России. Как следствие — бурное развитие индустрии, производящей спортивный инвентарь, обувь, одежду. Постоянно растет спрос на материалы, обладающие термостойкостью, высокой эластичностью даже при низких температурах, стойкостью к истиранию, разрыву и раздиру, высокой химстойкостью, не подверженных гидролизу и действию микроорганизмов, а также обеспечивающих высокую производительность при переработке. Оказалось, что всем этим требованиям отвечают полиуретановые ТЭПы (другие обозначения: TPE-U, TPUR, TP Urethane, TPU elastomer, RTPU).

Как следует из названия, в состав этих материалов входят полиуретаны — простые и сложные полиэфиры на основе диизоцианатов. По своей структуре полиуретановые ТЭПЫ относятся к аморфным полимерам.

1 — указаны минимальные и максимальные рабочие температуры для группы материалов, конкретные марки имеют более узкий диапазон рабочих температур.

* — Характеристики даны для 23ºС.

Вспомогательные добавки:

Кроме основных компонентов полиуретановые ТЭПы могут содержать вспомогательные вещества для облегчения переработки и улучшения свойства конечного продукта: средства для облегчения выемки детали, огнезащитные средства, УФ-стабилизаторы, пластификаторы, противомикробные добавки, добавки, отпугивающие грызунов, стекловолокно.

Свойства полиуретановых ТЭПов:

• устойчивость к действию микроорганизмов;
• отличная стойкостью к истиранию;
• хорошая способность восстанавливать форму;
• высокие прочностные показатели;
• прекрасное сопротивление раздиру;
• размерная стабильность;
• высокие электроизоляционные свойства;
• хорошая перерабатываемость как литьем под давлением, так и методами экструзии и раздува;
• хорошая вторичная перерабатываемость.

Химическая стойкость полиуретановых ТЭПов:

• не допускаются к контакту с концентрированными кислотами и щелочами, а также с такими органическими растворителями, как кетоны (ацетон, метилэтилкетон, циклогексанон), тетрагидрофуран;
• устойчивы к разбавленным кислотам и щелочам;
• необратимое набухание при контакте с алифатическими спиртами и эфирами (метанол, этанол, изопропанол, этил- и бутилацетаты), ароматическими углеводородами (бензол, толуол);
• обратимое набухание при контакте с насыщенными углеводородами (дизельное топливо, керосин, изооктан, петролейный эфир). Исчезает после испарения углеводорода.

Твердость полиуретановых ТЭПов может быть разной (зависит от соотношения эластичного и жесткого сегментов). Различают эластичные и жесткие материалы.

Эластичные полиуретаны относятся к ТЭПам инженерно-технического назначения. Существует несколько типов этих материалов: на основе простых эфиров, сложных эфиров, комбинации простых и сложных полиэфиров.

Переработка полиуретановых ТЭПов:

Литье под давлением:

• температура расплава 170-240ОС;
• температура формы 20-70ОС.

ТЭПы на основе простых полиэфиров:

• изоляция кабелей, штекеры, переходники, спиральные шланги;
• наружная часть лыжных ботинок;
• технические детали (элементы сит, подкладки под рельсы, уплотнения).

ТЭПы на основе сложных полиэфиров:

ТЕРМОСТОЙКИЕ ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ КЛЕИ

канд. физ.-мат. наук, доц. ГУМРФ им. адмирала О.С. Макарова

РФ, г. Санкт-Петербург

канд. хим. наук, ООО «Технологии полимерных материалов»

РФ, г. Санкт-Петербург

HEAT-RESISTANT POLYURETANE ADHESIVES

Georgy Goryaynov

Ph.D, docent of University of Maritime and Inland Shipping n.a. Admiral Makarov Saint-Petersburg,

Oleg Sarakuz

Candidate of Chemical Sciences, Senior researcher of Ltd. «TPM»,

АННОТАЦИЯ

Изучалась возможность повышения термостойкости клеев на основе полиуретанов. Было показано, что за счет введения в полимерную цепь атомов кремния можно достичь желаемого результата. Атом кремния вводился различными способами: использовали в качестве удлинителя цепи кремнийсодержащий диол, вводили на стадии синтеза содержащие кремний наночастицы, синтезировали полиуретансилоксановый полимер, содержащий атомы кремния.

ABSTRACT

We examined the possibility to increase the thermal stability of polyurethane-based adhesives. The desired result can be achieved as it was demonstrated due to including silicon atoms into the polymeric chain. Silicon was introduced in different ways. Diol containing silicon was used as a chain lengthening. Also nanoparticles with silicon were introduced into polyurethan at the stage of synthesis. As well polyurethanesiloxane polymer which contained silicon atoms was synthesized.

Ключевые слова: полиуретаны, клеи, полимерная цепь, кремний, термостойкость.

Keywords: polyurethanes, adhesives, polymeric chain, silicon, temperature stability.

Существенным недостатком полимеров класса полиуретанов и клеев на их основе является, как известно, их низкая термическая стойкость, связанная с термодеструкцией уретановой группы NHCOO при температурах выше 90-100°С [7]. Одним из путей повышения термической устойчивости уретановых полимеров является их синтез с использованием соединений, содержащих атомы кремния в своем составе, так как исключительно высокая термостойкость кремнийсодержащих полимеров, связанная с присутствием в них очень прочной и термостойкой связи Si-O c энергией когезии порядка 108-118 ккал/моль, общеизвестна [1,6].

Способы введения атомов кремния в полимерную цепь полиуретанов могут быть различными. Нами были использованы следующие варианты:

1 – использование в качестве удлинителя цепи кремнийсодержащего диола [3-5];

2 – получение полиуретансилоксанового полимера при совместном отверждении полиуретанового и полисилоксанового олигомеров [2];

3 – введение в состав полимера кремнийсодержащих наночастиц [3-5].

Полиуретановые клеи были получены на основе следующих соединений:

• Изоцианатсодержащий форполимер (трифор) на основе полиоксипропилентриола, молекулярной массы 4500 и 2,4-толуилендиизоцианата, содержание NCO групп 2.8% масс.
• Изоцианатсодержащий форполимер (ФПС) на основе полидиметилсилоксандиола мол. массы 3400 и 2,4-толуилендиизоцианата, содержание NCO групп 2.3% масс.
• Полидиэтиленгликольадипинат (ПАГА)
• Термопластичный полиуретан марки УК-1, представляющий собой блок-сополимер на основе сложного полиэфира полидиэтиленгликольадипината (ПЭГА), бутандиола и 2,4-толуилендиизоцианата.
• Трифенилметантриизоцианат («Лейконат»).
• 4,4-метилен-бис-ортохлоранилин (МОСА) в виде 40%-ного раствора в полиоксипропилентриоле.
• Кремнийсодержащие наночастицы марки POSS фирмы «Bayer», тип SO-1458 (трисиланолфенил), мол. массы 927, содержание ОН групп 5,5% масс., трехфункциональный, структурной формулы:

Рисунок 1. Кремнийсодержащая наночастица марки POSS тип SO-1458 (трисиланолфенил)

• Дифенилсиландиол (ДФСД).
• 2,4-толуилендиизоцианат.

Полиуретановые клеи готовились следующим образом:

1. В случае использования дифенилсиландиола последний смешивали под вакуумом при температуре 90°С с полидиэтиленгликольадипинатом (мольное соотношение 1:1) и с 2,4-толуилендиизоцианатом (соотношение NCO:ОН=1:1) до полного исчерпания NCO-групп. Из полученного эластичного полимера изготавливали 70%-ый его раствор в диоксане. Клей, не содержащий кремния, синтезировали из полидиэтиленгликольадипината, 2,4-толуилендиизоцианата и трифенилметандиола.
2. Смесь полиуретанового и полисилоксанового форполимеров в массовом соотношении 90:10 отверждали раствором МОСА при соотношении изоцианатных и аминных групп NCO:NH2 =1:0.9.
3. При использовании наночастиц их в виде раствора в толуоле вводили:

• или в изоцианатный форполимер на основе полиоксипропилентриола и отверждали раствором МОСА в присутствии 0.05% олеиновой кислоты
• или смешивали с 60%-ым раствором термопластичного полиуретана в ацетоне и 10% масс Лейконата в качестве отверждающего агента.

Во всех вариантах поверхности склеиваемых пар образцов смазывались соответствующим вариантом клея, не содержащего кремнийсодержащего компонента («контрольные образцы»), и клея с таким компонентом. Образцы под небольшим давлением (0.2 МПа) выдерживались до испытаний на адгезию трое суток при комнатной температуре для отверждения и высыхания клеевого слоя, после чего термостойкость клея оценивалась путем испытания образцов на адгезию при отрыве после термостатирования при 120°С в течение 70 суток (ГОСТ 28574-2014).

Сравнительные характеристики адгезионных свойств полиуретановых клеев к различным материалам (сталь, бетон, керамика) без кремнийсодержащих компонентов и в их присутствии представлены в таблицах.

Таблица 1.

Адгезионные характеристики полиуретанового клея по варианту1 (влияние силоксандиола в полиуретане)

Прочность при отрыве, МПа при соотношении ПЭГА:ДФСД