какую температуру держит полиуретан

Важные свойства полиуретана

К огромной группе полиуретанов относят полимерные высокомолекулярные соединения, мономеры которых связаны уретановой связью. Среди представителей имеются пластмассы различной плотности: мягкие, средние и очень жесткие.

Сфера применения полиуретанов широка, определяется структурой и характеристикой отдельных представителей. Большое распространение получила противопожарная полиуретановая пена, используемая повсеместно при выполнении строительных работ; существуют другие популярные виды продукции, свойства которых полезно знать.

Что такое пенополиуретан и как его получают

Корень названия – уреа – знаком всем и вызывает совсем другие, физиологические ассоциации. Известно, что врач-уролог занимается не химией пластмасс. Оказывается, уретановая связь полимера идентична той, которая присутствует в молекуле мочевины. Тогда происхождение названия становится понятным; следует разобраться – чем обусловлено такое разнообразие материалов на полиуретановой основе.

Полимеры уретана имеют разные свойства по следующим причинам:

В результате образуется большое количество продуктов, отличающихся термостойкими свойствами, другими характеристиками, возможностями применения в различных сферах.

Высоким спросом пользуется эластомер из полимеризованного уретана (ПУ) и вспененный термостойкий полиуретан, который часто обозначают сокращением ППУ (пенополиуритан) (не путать с ППА, ППЕ и пр.) Полимерную продукцию применяют как монтажный, конструкционный, изолирующий материал.

Технические характеристики

Эластомер ПУ имеет разную степень жестокости в зависимости от использованной технологии получения, применяется для изготовления втулок, прокладок, уплотнителей, прокатных валов.

По износостойкости он превосходит все виды резин, каучуков и даже многие металлы.

Полиуретан с термостойкими свойствами применяют в виде плит теплоизоляции или монтажной пены для заделывания полостей, щелей.

Характеристики ПУ и ППУ материалов имеют много общего, тем не менее, присутствуют некоторые отличительные особенности.

Таблица. Физико-механические параметры некоторых типов полиуретана

Теплопроводность

Чем больше полых ячеек имеется в изолирующем слое термостойкого полиуретана, тем меньше его плотность, больше способность пропускать тепло.

Правомерно обратно утверждение — уменьшение количества полостей, приводит к увеличению плотности, уменьшению способности проводить тепло, повышенной склонности его изолировать.

Горючесть

В целом представляемая информация о термостойких свойствах полиуретана существенно отличается. Самые дешевые виды полиуретана относятся к классу Г4 (горючий), что вполне объяснимо высокой концентрацией воздуха (до 90 %) в материале. Многие производители заявляют о принадлежности их изделий из термостойкого полиуретана к классу Г2. Это возможно только в том случае, когда в состав введены антипирены. Других способов понизить горючесть полимера не существует.

Негорючие ППУ содержат большое количество добавок, что обязательно должно быть указано в сертификате. Введение в полимерную среду антипиреновых веществ может в некоторой мере повлиять на другие характеристики термостойкого полиуретана, поэтому на все показатели нужно обратить внимание.

Для обеспечения безопасности конструкций очень важна их воспламеняемость, которая у термостойкого полиуретана характеризуется как умеренная (В2). Учитывая широту ассортимента, не удивительно, что в линейке имеются трудно воспламеняемые изделия, которые отличаются от остальных составов, наличием добавок, характеристиками.

Различные модификации термостойкого полиуретана значительно отличаются по способности возгораться, гореть, затухать, что очень важно учитывать в момент приобретения, до начала монтажа. К абсолютно безопасным материалам полимер отнести нельзя, но многие его разновидности вполне могут быть использованы, в связи с соответствием нормативным требованиям.

Другие важные свойства

Важным свойством эластомерных продуктов является твердость, которую принято измерять в условных единицах по шкале с фамилией ее разработчика Шора. У различных видов ПУ этот показатель варьируется от 74 до 95 единиц, в то время как у резины он равен максимум 60.

Модуль упругости при растягивающих нагрузках у обычного и термостойкого полиуритана укладывается в диапазон от 40 % до 98 %, при этом параметр может задаваться при технологии производства. Для резины максимальное значение модуля упругости составляет только 75 %.

Физико-химические качества оценивают дополнительно эластичностью по отскоку, которая у ПУ равна 29 %, а для резины 12 %.

Таблица. Поведение полиуретана в различных средах (Ст- стоек, Нт — нестоек)

Впечатляет предел прочности при разрывающих нагрузках, который для полиуретана равен 312 %, в то время как для качественной резины характерен показатель 115 %.

В такой же мере (в 3 раза) у продукции из полиуретана выше коэффициент морозостойкости, чем у резиновых изделий. Стойкость к действию абразивов у полимера в 5 раз превышает аналогичный показатель резины.

Направления использования

Литьевые полиуретаны применяются для производства продукции разнообразных размеров. Из них делают большие шины для большегрузов, детали узлов для перемещения шламов, флотационные агрегаты, трубопроводные комплексы, гидроциклоны.

Литьевой полимер применяют для изготовления ремней, конвейерных полос, уплотнителей, валиков в легкой промышленности.

Для железнодорожного транспорта из полиуретана производят пневматические амортизаторы и уплотнители гидравлических узлов. Полиуретановые материалы незаменимы в автомобилестроении. Из них делают подшипники, элементы подвесок, вкладыши рулевой тяги, уплотнения и клапаны.

На обувных производствах изготавливают полиуретановые подошвы, применяют полимер как искусственную кожу.

ПУ является хорошей связующей добавкой при производстве плит ДСП, полимербетонов, имитаторов древесины из пенопластов, клеев и покрытий. Интересно отметить, что клеевые полиуретановые композиты применяются также в медицине. Еще из полимеров изготавливают протезы.

В остальных отраслях из эластомеров производят опорные элементы; уплотнительные кольца; покрытия для валов, роторов, роликов, барабанов, колес.

90 % полиуретановой продукции составляют пеноматериалы, которые являются разновидностью пенопластов. Пена может форматироваться в изолирующую продукцию разнообразной формы в производственных цехах или на месте, посредством наполнения рабочего пространства. Называется процесс заливкой. Если компоненты смешиваются с воздухом, затем оседают на поверхности, происходит напыление. Таким способом утепляют трубы, другие конструкции и детали.

ППУ используют в автомобиле и авиастроении, в пищевой и мебельной отраслях, при производстве обуви, упаковочных материалов, в строительном деле. Вспененный термостойкий полиуретан применяют как утеплитель теплотрасс, кровельных и других конструкций. Так напыление кровли ППУ экономит 80 % времени, 50 % средств, по сравнению с использованием других материалов.

Полиуретановыми пластинами утепляют вертикальные стены, полы, фундаменты, чердаки. Полимер не гниет, не подвергается разложению, может эксплуатироваться до 30 лет и более.

Термостойкий полиуретан – многофункциональный материал с большими возможностями, которые определяются характеристиками каждого отдельного вида продукции.

Источник

Полиуретан: что это за материал, характеристики, состав, применение

В сороковых годах двадцатого века известным немецким ученым Байером Отто Георг Вильгельмом впервые был синтезирован уретановый эластомер, которому суждено сделать революцию в технологиях. Общественность узнала, что это за материал, полиуретан, только через 20 лет.

Что представляет и чем хорош

Пластик является эластомером, способным вернуть форму после снятия деформационных нагрузок. Основу составляют длинные цепочки из макромолекул уретановой группы. Специфичные черты приобретаются за счет присоединения дополнительных элементов.

Полиуретан технические характеристики: химические и физические свойства

Главным преимуществом этого вида сырья является возможность придания ему самых разных качеств. Как эластомер, он отлично сохраняет геометрию и способен возвращаться к первоначальному состоянию много раз. По этому показателю данный материал опережает главного конкурента – резину. Благодаря этому он показывает высокую износоустойчивость.

Что это такое полиуретан, химический состав материала и свойства

За счет комбинации составляющих придаются необходимые качества по эластичности. Получаются устойчивые соединения, сохраняющие свои параметры при разных температурах, несклонные вступать в реакцию с окружающей средой. Пластик удерживает свою структуру в присутствии: масел, кислоты, щелочей и жиров. Не подвергается гидролизу, устойчив к воздействию микроорганизмов (грибков, бактерий, архей). Вещество спокойно переносит умеренное влияние ультрафиолета. Не окисляется озоном, как резина. Это повышает срок службы изделий.

Физические качества

Главное преимущество – это способность временно изменять геометрию и возможность придания разнообразных дополнительных свойств. Продукты на основе этого материала применяются в различных областях промышленности, так как он:

Виды полиуретана

Химическая отрасль выпускает три основных класса.

Адипрены

Это эластичные вещества, имеющие хорошие характеристики сохранения формы. Из них изготавливают защитные пыльники, протекторы шин для автомобильного транспорта, прокладки и уплотнители, валики для тележек и конвейеров, покрытие для решеток и узлов в обрабатывающей промышленности. Применяют детали в циклонах, грохотах и сепараторах (для предохранения изделий от износа). Изготавливают оправы для литья из гипса и бетона.

Вулколланы

Вулкопрены

Это типы, которые используются для последующей вулканизации в сочетании с другими полимерами (каучук). Позволяют достичь высоких показателей по истиранию.

Технические характеристики

Группа имеет достаточно разнообразные свойства в зависимости от молекулярного состава и технологии изготовления. Это определяет распространенность данного сырья в разных сферах жизни.

Преимущества и недостатки

В зависимости от того, из чего состоит полиуретан, он имеет как положительные, так и отрицательные черты.

К достоинствам можно отнести:

К недостаткам относятся:

Где используется полиуретан

Химические заводы выпускают этот материал в трех формах: твердый (листовой, прутковый, гранулированный), текучий и пенистый. Первый используется для выпуска прокладок, защитных манжет, втулок, сайлентблоков и уплотнителей прессов. Большую популярность это вещество приобрело при производстве бескамерных шин для спорттоваров (роликовые коньки, скейтборды), для детских колясок, технологического оборудования (рохли, электрокары, складские тележки, направляющие для транспортеров). Эти изделия в широком ассортименте представлены в компании «МПласт».

Жидкий используется для герметичного антикоррозийного покрытия самых разнообразных конструкций: бетонных перекрытий, кровли, поверхности грохотов, транспортерных лент. Он применяется как компонент в составе герметика, клея, лака, краски. При последующей обработке путем вулканизации из него изготавливают сложные защитные элементы: молдинги и манжеты.

Пенистый применяется для утепления зданий, технологических устройств. Из него получаются легкие и эластичные подошвы для спортивной обуви, малонагруженные шины. Перечислить, что делают из полиуретана, не представляется возможным. Этот материал широко востребован:

Из чего и как делают полиуретан

Изначальным сырьем для производства является нефть. Из нее выделяются два основных компонента – изоцианат и полиол. Их процентный состав, а также наличие добавок определяют физические свойства конечного продукта. В результате может получиться твердая, жидкая или тягучая субстанция, пригодная для дальнейшей обработки, как обычный полимер.

С завода волокно поступает на переработку в виде гранул, прутков, листа или в жидком состоянии. Изначально придается соответствующий цвет и степень прозрачности. Такие типы поставок позволяют простыми технологическим решениями изготавливать ту или иную продукцию, необходимую для потребителя.

Методы формовки

Покупателю требуется функциональное изделие, имеющее определенные свойства. Для достижения этого применяются способы обработки, которые аналогичны работе со всеми пластмассами.

Экструзия

Полиуретан полимер отлично подходит для формования методом продавливания. Под давлением нагретый и размягченный материал подается в выходное отверстие экструдера. В этой же зоне происходит отвердение. В результате на выходе получается пруток с заданным сечением или плоский лист. Полученный прокат нарезается или скручивается в рулоны.

Литье

Этот метод является самым распространенным. С помощью него изготавливаются товары со сложной геометрией: втулки, опоры, манжеты, уплотнители, элементы для гидравлики и подшипники. Преимуществом является легкая автоматизация процесса, возможность выпуска больших партий. Для изготовления штучных деталей, размеры которых могут быть до нескольких тонн, используется литье на стенде. В оправу заливается размягченная масса, с последующим отверждением и приобретением устойчивой формы.

Для ускорения процесса в автоматических линиях применяется повышенное давление. Метод мало отличается от технологий изделий из любой пластмассы. Часто необходимо покрыть полимером заготовку из металла. Тогда размягченный полиуретан вручную или под контролем компьютера наносится на вещь. Остывая, слой становится упругим и создает защитную пленку.

Прессование

Подготовленный материал (листовой, прутковый или гранулированный) подается на аппарат, где методом экстремального давления в ограниченном пространстве придается форма. Процесс может сопровождаться предварительным нагревом или размягчением субстанции за счет сжатия. При этом получается деталь с измененными свойствами, имеющая четко заданную геометрию. На производствах такое действие контролируется с помощью программного обеспечения.

Заливка

Для выпуска художественных или штучных изделий используется метод естественного литья. Вручную в подготовленную оправку помещается жидкий материал. Под влиянием высокой температуры или реагентов устройство застывает, сохраняя необходимую конфигурацию. Таким способом можно сделать небольшую серию любых заготовок. Чаще применяется для изготовления больших форм и элементов декора.

Переработка во вторсырье

Устойчивость к атмосферным воздействиям и к влиянию агрессивных сред является проблемой при вторичной переработке уретановых эластомеров. В естественных условиях они не разлагаются десятилетиями. Способность противостоять ультрафиолету и озону делает этот вид пластика вечным загрязнителем окружающей среды. Поэтому остро встал вопрос о рециркуляции.

Существуют несколько методов решения проблемы:

Неординарность и интересные факты по применению полиуретана

Возможность придать материалу разнообразные характеристики позволила ему появиться во многих отраслях. Занимаясь спортом, мы используем изделия из этого полимера. Из него делается одежда, обувь, медицинское оборудование. В современном транспорте (автомобили, самолеты, железнодорожные вагоны) давно используют уникальные свойства этой субстанции. Ее неуязвимость стала проблемой для экологии. Несколько лет назад был обнаружен вид грибов, для жизни которых достаточно наличие этого пластика. Pestalotiopsis microspora успешно разлагает полиуретан, при этом его можно употреблять в пищу. Гурманы утверждают, что по вкусу он напоминает хлеб. Может быть, в будущем это станет решением проблемы утилизации.

Источник

О материале полиуретан начали говорить в начале прошлого века. Его первооткрыватель – ученый Байер из Германии. Он синтезировал уретановый эластомер, который и по сей день остается востребованным, а также находит все больше возможностей приложения. Полимер с успехом конкурирует по своим характеристикам с такими распространенными материалами, как резина, каучук и даже металл.

Что такое полиуретан?

Способы производства

Для выпуска изделий из полиуретана применяются почти все известные технологические процессы. Так, широко применяют несколько методов производства.

Литье

Наиболее часто применяемый способ формовки, который почти ничем не отличается от технологии производства любых пластмасс. Позволяет получать полиуретановые изделия сложной геометрии. Такая технология не нуждается в сложной автоматизации и допускает выпуск крупных партий. При этом штучные детали, размер которых может превышать 3-4 тонны, изготавливают с применением литья в стенде. Сам процесс достаточно прост: массу размягчают, заливают в специальные оправы. Затем она отвердевает и приобретает устойчивую форму. Повышенное давление ускоряет процедуру.

Прессование

Применяется для предварительно приготовленного материала, который подают в специальный аппарат. Под воздействием экстремально высокого давления массе придают нужную форму. Перед основным процессом формовки может применяться подогрев полиуретана или его размягчение путем сжатия. В этом случае меняется не только геометрия детали, но и ее свойства. Каждый этап контролирует компьютер.

Экструзия

Еще этот метод называется – продавливание. Полимер, разогретый и размягченный под давлением, поступает в экструдер. Здесь же производится его охлаждение и отвердение. Продукт этой технологии – прутки с сечением определенной формы, а также плоские листы, которые затем нарезают или скручивают.

Заливка на стандартном оборудовании

Это – распространенный метод изготовления декоративных изделий с применением литья, которое происходит естественным путем. Проводится путем заливки материала в текучем состоянии в оправу. Застывание происходит под воздействием температуры или реагентов. Применяют обычно для небольших партий. В процессе использования литья не нужны дорогие сложные формы.

Виды полимера

В химической отрасли присутствуют три основных типа полиуретана:

Каждый из этих эластомеров активно применяется в разных областях, поскольку такие параметры материала, как долговечность, прочность, растяжимость, намного лучше, чем у привычных резины и металла.

Свойства и характеристики

Главное свойство полиуретана – способность на непродолжительное время изменять свою геометрию, а затем возвращать свою форму после удаления нагрузки. Также полимер демонстрирует устойчивость при контакте с разными химическими составам, маслами и кислотам, не боится микроорганизмов, не реагирует на ультрафиолет.

Благодаря своим техническим характеристикам этот вид пластмассы незаменим в эксплуатационных условиях, в которых нужны износостойкость и сопротивляемость. К особенностям материала относятся:

Это полимер с небольшой массой, не проводит электрический ток, не теряет целостности под воздействием озона.

Положительные и отрицательные качества

Физические параметры зависят от состава полимера. Среди плюсов материала отмечают:

Дополнительно, полиуретан не пропускает газообразные вещества, в том числе воздух. Это качество используют, когда хотят применить его как герметик. Также полиуретан выступает диэлектриком. Ученые доказали, что при использовании полиуретанового компаунда, слой которого не превышает 1,5 см, прочность изоляции будет выше, чем у метрового слоя из бетона.

Однако, у полимера есть и отрицательные качества:

Кроме того, полиуретан обладает низкой сопротивляемостью к скручивающей силе. Также из-за воздухонепроницаемости, его хотя и используют при изготовлении одежды и обуви, но в ограниченном количестве.

Где используют?

Полиуретан часто встречается в жизни. Люди сталкиваются с ним во всех сферах: во время занятий спортом, поездок в транспорте, дома.

На химических заводах встречается несколько основных форм выпуска этого сырья, от которых зависит его дальнейшее использование:

Дополнительно, эластомер используют в таких отраслях:

Недавно термостойкость и изоляционные свойства этого материала начали применять при изготовлении холодильного оборудования. Примечательно, что это решение повысило эффективность приборов больше, чем на 40%.

Часто технические характеристики синтетического эластомера сравнивают с резиной. Но, в отличие от прорезиненных деталей, полиуретановые продолжительно надежно работают и износостойкие. Полиуретан на порядок устойчивее к износу.

По оценкам специалистов, мировой объем полиуретана в 2020 г. составил 30 тыс. тонн. По прогнозам, эти показатели будут расти и дальше, обгоняя динамику мирового ВВП.

Востребованность по видам полиуретана распределилась следующим образом:

Спрос на материал по сферам применение выглядит так:

Интересно, что занятость на производстве полиуретана в странах Европы и в Америке составляет около 1 миллиона человек. Дополнительно, 1 рабочее место в этой области косвенно обеспечивает рабочими местами не меньше четырех человек.

Безопасность и экологичность

В связи с широким применением материала, многих интересует вопрос его экологичности. Известно, что в твердом состоянии эта пластмасса не выделяет вредных веществ. Опасные испарения возникают только при неправильном обращении с полиуретаном. При нарушении технологии производства, есть риск выделения таких токсичных испарений, как:

Говоря простыми словами, полиуретан может нести опасность здоровью только при его неправильном использовании. В остальных случаях этот материал полностью безвреден.

Условия хранения, утилизация

Полиуретан не требует специальных условий для хранения. Поскольку он выдерживает перепады температур, то допускается транспортировка по железной дороге или автотранспортом. Единственное условие — это наличие упаковки, которая защитит материал от прямых солнечных лучей.

Полиуретан имеет обширное применение, поэтому остро встает проблема его переработки. Так, в природных условиях этот полимер выдерживает влияние ультрафиолета и озона без изменения своих качеств. Поэтому загрязняет окружающую среду, так как не разлагается.

Есть несколько методов утилизации и переработки полиуретана:

Над проблемой экологичной переработки полиуретана работают ведущие химики мира. Так, последний из способов разложения проводится с использованием трихлоруксусной кислоты в дихлорметана. Такой процесс проводится при температуре 20-22 °С и занимает не более трех часов.

Источник