Полиуретан это что резина или пластик
Полиуретаны
Полиуретаны (ПУ) – высокомолекулярные соединения, содержащие в основной цепи макромолекулы уретановые группировки.
В макромолекулах полиуретанов также могут содержаться простые и сложноэфирные функциональные группы, мочевинная, амидная группы и другие, определяющие комплекс свойств этих полимеров.
ПУ относят к синтетическим эластомерам (после растяжения возвращаются в исходное состояние), что позволяет их использовать в качестве заменителей резины. Благодаря своим прочностным характеристикам они нашли широкое применение в химический промышленности.
Ниже приведены некоторые свойства ПУ:
Высокая твердость (до 98 ед. по шкале Шора, это дает возможность использовать материал в качестве заменителя металла)
Большая ударная вязкость, стойкость к вибрациям
Стойкость к повышенному давлению
Диэлектрик, поэтому обеспечивает не только водо-, термо-, но и электроизоляцию
Способность подвергаться многократным деформациям без изменения прочностных свойств
Большой срок эксплуатации
Низкая молекулярная масса – альтернатива изделий с большим весом
Высокая стойкость к кислотам, маслам и растворителям
Эти и другие свойства изменяются в широких пределах и зависят от природы и длины участков цепи между уретановыми группами, структуры цепей молекулы (линейная или сетчатая), молекулярной массы и степени кристалличности. Также полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твердыми веществами в аморфном или кристаллическом состоянии. На рынке химической промышленности ПУ чаще всего представлен в виде листов, стержней и вспененных форм.
Что касается получения полиуретанов, то наиболее распространенным методом синтеза материала является ступенчатая (миграционная) полимеризация ди- или полиизоцианатов с соединениями, содержащими две или несколько гидроксильных групп. В качестве таких гидроксилсодержащих соединений чаще всего используют простые или сложные полиэфиры. Получаемые в этом случае полиуретаны называют полиэфируретанами.
В настоящее время производство полиуретанов растет очень быстрыми темпами и достигло значительных масштабов, особенно в технически развитых странах.
В качестве сырья для получения ПУ применяются изоцианаты и гидроксилсодержащие соединения.
Промышленные способы получения алифатических и ароматических ди- и триизоцианатов основаны на фосгенировании соответствующих ди- и триаминов:
Наиболее широкое применение в производстве полиуретанов находят толиулен-2,4-диизоцианат (I), гексаметилендиизоцианат (II) и 4,4-дифенилметандиизоцианат (III):
Иногда изоцианаты переводят в «скрытую» форму. Такие «скрытые», или «блокированные», изоцианаты получаются, например, при взаимодействии изоцианатов с фенолами:
При нагревании до температуры выше 100°C эти соединения распадаются на исходные компоненты. В качестве нелетучих «скрытых» полиизоцианатов применяют также продукты взаимодействия изоцианатов с триметилолпропаном, капролактамом, фталамидом, 2-меркаптобензтиазолом и др.
В качестве гидроксилсодержащих соединений используют простые и сложные полиэфиры, простые политиоэфиры, полиацетали, касторовое масло и его производные, а также низкомолекулярные гликоли.
Полиоксипропилендиол – простой полиэфир с концевыми гидроксильными группами – получают полимеризацией пропиленоксида в присутствии щелочей или алкоголятов щелочных металлов. В качестве исходного гидроксилсодержащего соединения используют пропиленгликоль или дипропиленгликоль. Полимеризация протекает по схеме:
Полиоксипропилентриолы получают из пропиленоксида и низкомолекулярных трехатомных спиртов – триметилолпропана, глицерина и гексантриола-1,2,6 – в присутствии щелочи или алкоголята соответствующего спирта. На основе пропиленоксида или смеси этиленоксида и пропиленоксида и многоатомных спиртов (пентаэритрита, сорбита, маннита, левоглюкозана, дульцита и др.) получают полифункциональные простые полиэфиры, содержащие более трех гидроксильных групп. В качестве гидроксилсодержащих соединений используют простые полиэфиры, получаемые путем полимеризации тетрагидрофурана, совместной полимеризацией тетрагидрофурана с пропиленоксидом и продукты типа О-пропилглицерина.
Для синтеза сложных полиэфиров обычно используют адипиновую и себациновую кислоты, фталевую кислоту и ее ангидрид, а из многоатомных спиртов – диолы (этилен-, пропилен- и диэтиленгликоли) и триолы (глицерин, гексантриол-1,6,6 и триметилолпропан). Введение избытка многоатомного спирта приводит к обрыву цепи и получению низкомолекулярного полиэфира с высоким содержанием гидроксильных групп. При небольшом избытке многоатомного спирта получаются продукты более высокой молекулярной массы с уменьшенным содержанием гидроксильных групп. В производстве полиуретанов применяют в основном сложные полиэфиры молекулярной массы 800 – 2100.
Из низкомолекулярных гликолей наибольшее применение в производстве полиуретанов нашел бутиленгликоль. На основе гликолей, содержащих n – фениленовые и 1,4 – циклогексиленовые группы, можно получать полиуретаны с повышенной температурой плавления и большей водостойкостью, но они не нашли широкого применения в технике.
Обращаясь к вопросу об особенностях процессов синтеза полиуретанов следует отметить, что образование ПУ может протекать как в массе, так и в среде растворителей (хлорбензол, толуол, диметилформамид и др.)
При взаимодействии бифункциональных мономеров, например, диизоционатов и гликолей, образуются полимеры линейного строения
При взаимодействии мономеров с функциональностью больше двух образуются полимеры разветвленного или пространственного строения.
Синтез полимера на основе гексаметилендиизоцианата и бутиленгликоля проводят следующим образом.
По окончании реакции полимер вакуумируют (остаточное давление 2,6 – 5,2 кПа) для удаления пузырьков газа, выдавливают из реактора сжатым азотом в виде ленты, охлаждают, делят на куски, высушивают.
Синтез линейного полиуретана в смеси растворителей (хлорбензола и дихлорбензола) проводят следующим образом.
Раствор бутиленгликоля нагревают до 60°C, после чего постепенно добавляют эквимольное количество гексаметилендиизоцианата и нагревают реакционную смесь до кипения. Затем смесь выдерживают в течение 4 – 5 ч при температуре кипения. Образовавшийся полимер выпадает в осадок в виде порошка или хлопьев; его отфильтровывают, обрабатывают острым паром для удаления остатков растворителей и высушивают в вакууме при 65°C.
Как уже отмечалось выше, полиуретаны имеют достаточно широкий спектр применения за счет замечательных свойств. Однако основное применение ПУ находят в производстве пенополиуретанов. Их получают взаимодействием ди- или полиизоцианатов с простыми или сложными гидроксилсодержащими полиэфирами в присутствии воды и катализаторов. В качестве вспенивающего агента применяется диоксид углерода, выделяющийся в результате реакции изоцианатов с водой.
Обычно в качестве катализаторов используются третичные амины и оловоорганические соединения. Кроме указанных компонентов в рецептуры пенопластов вводят вспомогательные вещества – стабилизаторы пены, дополнительные вспенивающие агенты (например, фреоны), красители и др.
Имеет смысл разделить пенополиуретаны на две группы: эластичные пенопласты на основе полиэфиров линейного или слегка разветвленного строения и жесткие пенопласты на основе сильно разветвленных полиэфиров, образующих полимеры с большей степенью сшивания.
В промышленности пенополиуретаны получают двумя способами: одностадийным и двухстадийным. В первом случае все компоненты – диизоцианат, полиэфир, воду, катализатор, стабилизатор, эмульгатор – перемешивают в реакционном аппарате с мешалкой. Во втором случае сначала проводят реакцию полиэфира с некоторым избытком изоцианата. К полученному форполимеру добавляют на второй стадии при перемешивании воду, катализатор, стабилизатор и эмульгатор.
Наиболее распространенным представителем эластичных пенополиуретанов является всем известный поролон. Сырьем для его получения служит сложный полиэфир на основе адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и небольших количеств триметилолпропана, смесь толуилен-2,4 и толуилен-2,6-диизоцианатов (65:36), а также вода.
Производственный процесс получения поролона блочным способом состоит из стадий:
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.
Полиуретан
Полиуретановые изделия составляют серьезную конкуренцию металлическим, пластиковым и резиновым аналогам.
Свойства, характеристики полиуретана
Полиуретан (ПУ), отличающийся высокой эластичностью, вязкостью, относится к группе эластомеров. Эти материалы способны удлиняться под нагрузкой (растяжение) и возвращаться в начальное состояние без структурных изменений после снятия нагрузки.
Полиуретановые листы, стержни, другую продукцию отличают физико-химические свойства, которые определяют возможность их эксплуатации в различных сферах промышленности:
Подведем итог. Полиуретановые детали мало подвержены процессу старения, стойки к воздействию окружающей среды, воздействию влаги, химических элементов, абразивному износу, коррозии. По своим свойствам они не уступают металлическим, пластиковым и превосходят резиновые изделия.
Полиуретан листовой
Чаще всего производят листы с шириной от 0,1 до 0,2 м, длиной от 1 до 1,5 м, толщиной от 20 до 300 мм. Данный размерный ряд может быть изменен по требованию заказчика.
Наиболее часто встречаются литьевой полиуретан СКУ-ПЛФ, СКУ-7Л.
Рассмотрим физико-химические характеристики литьевого полиуретана СКУ-7Л:
Уникальные свойства листовых изделий из ПУ (листов, плит, пластин), обусловленные их долговечностью, практичностью, делают их широко востребованными во многих промышленных сферах. Так, например, из листового ПУ производят такую продукцию:
Полиуретан стержни
Методы изготовления стержней ПУ аналогичны методам производства листов ПУ: литье, экструзия, прессование.
Уникальные свойства полиуретановых стержней, обусловленные возможностью синтезировать полимеры с различными свойствами (например, с разным показателем коэффициента трения), делают их широко востребованными во многих промышленных сферах. Так, например, из полиуретановых стержней производят такую продукцию:
Вспененный ПУ (поролоны)
Представляет собой пористое, газонаполненное на 85-90% инертным газом синтетическое изделие. Зависимо от метода производства, состава – различается по степени эластичности. Может быть как мягким (поролон) так и жестким, который почти не подвержен деформации.
Достоинства, недостатки
Полиуретан или металл?
Полиуретан или резина?
ПУ или пластик?
Материал неустойчив к воздействию таких химических реактивов, как азотная, фосфорная, метановая кислоты. Кроме того, в условиях высоких температур, ПУ может разрушаться от длительного взаимодействия со щелочами. Полиуретановые детали могут изменять свои физико-химические показатели при эксплуатации в интервале температур отличном от рабочего.
Ряд изделий, которые изготавливают из ПУ, имеет существенные недостатки. К примеру, обувь с подошвой из полиуретанового материала считается «слабо дышащей». А лепнина, карнизы, выполненные из вспененного полиуретана, в процессе работы может быть легко повреждена из-за пористой структуры.
Изготовление полиуретана
ПУ изготавливают с помощью литья, прессования, выдавливания, заливки на специальном оборудовании. Полиол и изоционат, входящие в состав, представляют собой продукты, которые синтезированы из нефти.
На промышленном рынке используют следующие виды эластомера:
Для изготовления твердого ПУ чаще всего используют технологию литья в формы под давлением либо разлив жидкой расплавленной смеси в открытые матрицы без давления. Реже для получения твердого ПУ применяют технологический процесс выдавливания (экструзии).
Цена, размеры, вес
Вес полиуретана листового размером 0,5*0,5 метра (толщина, мм – вес, кг):
Оптовая цена полиуретановых стержней начинается от 94 руб/шт (длина 0,5м, диаметр 20 мм, вес – 240 гр., импортного производства). Стоимость 1 кг полиуретановых стержней (отечественных) – от 690 руб. Полиуретановый стержень диаметром 35 мм будет стоить 335 руб. за штуку, 50 мм – 665 рублей, 60 – 975, 80 мм – 1400 рублей, 100 – 2700, 150 мм – 6090, 200 мм – от 10810 рублей.
Цена на вспененный полиуретан начинается от 400 рублей за килограмм.
История
Опыты по получению универсального продукта, способного конкурировать с пластиком, резиной, металлом, велись независимо в США, Германии в период с 30-х до 40-х годов прошлого века. Химик из Америки У. Х. Карозерс изобрел искусственный каучук и нейлон, а известный германский химик-технолог О. Г. Байер считается изобретателем полиуретана. О.Г.Байер и его команда впервые синтезировали эластичные, твердые эластомеры-полиуретаны.
В СССР работать над проблемой синтеза полиуретана начали лишь в 60-е годы.
За время работы, как отечественный, так и импортный продукт претерпел множество изменений, направленных на улучшение качества, разработку материалов с уникальными характеристиками.
Применение
Полиуретановые листы, стержни, втулки, другая продукция, в силу своей универсальности, эксплуатируются в различных отраслях. Вот, некоторые из них:
Итак, полиуретановые стержни, листы, другие изделия во многом по своим техническим характеристикам превосходят резины, обычные пластические массы, каучуки, даже металл, благодаря чему потребление данной продукции с каждым годом значительно возрастает. Открываются новые возможности применения.
Полиуретан – один из самых востребованных многофункциональных полимеров, конструкционных материалов.
Блог → Что прочнее: резина или полиуретан? Немного физики и химии!
Во многих конструкциях и изделиях применяются эластомеры – полимеры, макромолекулы которых способны растягиваться и сжиматься при деформациях. Такие их эластичные свойства используют в автомобилестроении: в узлах авто присутствуют эластичные вставки. Наиболее распространенные эластомеры – это резина и полиуретан. Что из них прочнее?
Свойства резины
Основой резины является каучук, чаще всего синтетический, полученный из нефтепродуктов. Сам материал и изделие из него получают из сырья одновременно. При добавлении вулканизатора и наполнителей этому полимеру можно придать необходимые свойства. Из резины производят в первую очередь шины, а также ремни, шланги, прокладки, втулки и т.п. Для изготовления сайлентблоков и втулок чаще всего применяют резину с твердостью по Шору 65 А.
Распространенность этого материала неудивительна, потому что резина имеет свои преимущества:
Но есть и недостатки: невысокая теплостойкость, низкая стойкость к действию агрессивных веществ, в том числе минеральных масел и нефтепродуктов. Это приводит к быстрому старению резины, в результате чего изделия из неё твердеют и теряют эластичность, крошатся, образуют трещины и даже рвутся при нагрузке.
В узлах, где эластичная вставка подвергается постоянному скручиванию, растяжению и сжатию, резина долго не выдерживает и становится расходным материалом, который нужно постоянно заменять.
За последние годы автовладельцы всё чаще заменяют резиновые детали в подвеске на полиуретановые. Вопрос, что лучше – полиуретан или резина в сайлентблоках, для многих решен.
Свойства полиуретана
В некоторых отраслях промышленности различные виды полиуретана распространены многие десятки лет. В автомобилестроении популярность этого эластомера возрастает в последние годы, особенно в территориях, где качество дорог оставляет желать лучшего. Какие сайлентблоки лучше проявляют себя – резиновые или полиуретановые? Опыт показывает, что полиуретан часто живет дольше срока службы изделия, в состав которого он входит.
Полиуретан и резина – разница между этими эластомерами
Разница между полиуретаном и резиной в пользу первого делает полиуретан перспективным материалом. Он превосходит резину в 2-5 раз по следующим показателям:
Украинская компания «ПолиПро» предлагает изделия из полиуретана для всех марок автомобилей. Мы изготавливаем точные копии оригинальных запчастей, которые даже превосходят оригинал по срокам эксплуатации, а по цене существенно дешевле.
Стоит ли переходить на полиуретан владельцам ВАЗ или резина выгоднее? Если вы интенсивно эксплуатируете машину с большими нагрузками, однозначно стоит ради сохранения времени и сил, уходящих на замену резиновых расходников.
Компания «ПолиПро» изготавливает детали из сырья высокого качества методом литья и применяет надежные технологии соединения полиуретановой и металлической части сайлентблока. Это понижает вероятность отслаивания полимера от металлической обоймы. Испытания на прессе сайлентблоков от ПолиПро показали, что наши изделия выдерживают колоссальные нагрузки без разрывов и расслоений. Качество полиуретановых сайлентблоков и втулок мы подтверждаем письменной гарантией на 1 год вне зависимости от пробега.
Если у вас есть вопросы об изделиях из полиуретана, напишите нам или позвоните. Присоединяйтесь к нам на Фейсбуке, чтобы быть в курсе выгодных предложений от ПолиПро!