Что такое полиуретан и где он используется?

Достоинства, недостатки

Используется в промышленности наряду с прочими материалами, такими как металл, резина, пластик. Одним из основных преимуществ ПУ является возможность получать изделие с необходимым регулируемым коэффициентом трения. Также следует отметить прочность, твердость, сравнительную легкость, способность к удлинению до 650%. Кроме этого ПУ — диэлектрик, устойчивый к атмосферным воздействиям, химическим веществам.

Полиуретан или металл?

Сравним пару «металл — полиуретан» для определения положительных свойств последнего. ПУ детали более эластичны, менее тяжелые, устойчивы к воздействию абразивов. Не проводит электрический ток, имеет звукоизоляционные свойства. Полиуретановые детали долговечнее, дешевле, чем аналогичные из металла. Применение ПУ в производстве требует меньших вложений во время эксплуатации, ремонта, что ведет к удешевлению конечного продукта.

Полиуретан или резина?

Пара «резина — полиуретан» выявляет следующие преимущества ПУ: устойчивость к высоким нагрузкам, загрязнениям, воздействию масел; способность быстрее восстанавливать форму после деформирования; высокую эластичность.

ПУ или пластик?

А рассматривая пару «пластик — полиуретан», можно отметить такие достоинства ПУ: устойчивость к механическим, ударным воздействиям, сохранение эластичности (даже в режиме низких температур); стойкость к действию абразивных составов. Также из полиуретана можно при необходимости сформировать более толстый слой, чем из пластика.

Основной недостаток полиуретановых листов, стержней, других изделий — сложность переработки, утилизации отходов.

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.

Отрасли применения

Основными сферами использования термопластичного полиуретана являются:

• автомобильная промышленность;
• изготовление товаров общего потребления;
• обувная промышленность;
• изготовление спортивных товаров;
• кабельное производство.

В автомобиле- и машиностроении это вещество применяется для производства ручек, амортизационных опор шасси, ковриков, пружин, козырьков, различных тумблеров и переключателей, изоляторов. В некоторых случаях из него изготавливают декоративные части интерьера автомобиля.

В сферах народного потребления из него изготавливают подошвы, стельки и другие подобные компоненты обуви, наконечники для зонтов и прочее.

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.

Если рассматривать пару «полиуретан — резина», то первый материал превосходит второй по:

• эластичности — относительное удлинение при разрыве полиуретана в два раза больше;
• прочности — прочность в два раза выше;
• устойчивости к истиранию — износостойкость полиуретана в три раза больше;
• стойкости к озону — не разрушается при взаимодействии с озоном.

Полиуретановые листы, стержни, другую продукцию отличают физико-химические свойства, которые определяют возможность их эксплуатации в различных сферах промышленности:

• полиуретан нейтрален к ряду кислот, растворителей, поэтому его используют: в типографиях (валки печатающих устройств), химической промышленности, для хранения химических реактивов;
• высокая твердость (около 98 ед. по шкале Шора) позволяет применять его вместо металла там, где существуют высокие механические нагрузки. Например: для изготовления ведущих элементов конструкций машин на гусеничном ходу;
• у эластомера большая ударная вязкость, стойкость к вибрациям. Эти качества позволяют использовать его для производства ремней приводных, лент для конвейеров, пружин, сит для грохотов в горнодобывающей отрасли, демпферов, прочих изделий;
• стойкость к повышенному давлению делает возможным использование для производства манжет, колец, втулок, вкладышей, сальников высокой прочности;
• ПУ имеет низкую теплопроводность. Он сохраняет упругость при отрицательных температурах до -50 °C. Также работает при температурах до 110 °C и даже может выдержать непродолжительное увеличение температуры до 140 °C. Это дает возможность использовать полимер для изоляции холодильных складов, изготовления полиуретановых колес или колес, гуммированных (обрезиненных) полиуретаном;
• из-за стойкости к воздействию бензина, масел вышеупомянутые гуммированные колеса более предпочтительны по сроку эксплуатации, чем каучуковые и резиновые. Также по сроку службы выигрывают полиуретановые уплотнения, используемые в нефтяной промышленности;
• полиуретаны – диэлектрики, поэтому полиуретановое покрытие обеспечивает не только водо-, термо- , но и электроизоляцию;
• химическая неактивность, стойкость к возникновению плесени, микроорганизмам делает предпочтительным эксплуатацию в пищевой промышленности, медицине;
• полиуретановые листы, втулки, стержни, другие изделия способны подвергаться многократным деформациям без изменения прочностных свойств. Большой срок эксплуатации, надежность делают такую продукцию более востребованной, в сравнении с резиновыми аналогами. Для различных отраслей промышленности возможно изготовление колес, валков, роликов, валов, имеющих полиуретановое покрытие, а также гуммированных мельничных барабанов или непосредственно мелющих поверхностей.

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.

Виды полиуретана, характеристики

Полимерной промышленностью разных стран выпускаются такие основные марки:

• Адипрены.
• Вулкопрены.
• Вулколланы.

Все они являются продуктами полиэфиров.

Что такое полиуретан? Это эластомер, обладающий следующими характеристиками:

• Механической прочностью.
• Износостойкостью на истирание.
• Эластичностью. Она сохраняется практически неизменной при диапазоне температур от — 50 до + 100 градусов по Цельсию.
• Внешней привлекательностью – декоративный полиуретан.
• Диэлектрическими свойствами. Экспериментально доказано, что воздействие на пластину толщиной 2 мм напряжением в 20 кВт не приводит к ее пробою.
• Маслостойкостью и устойчивостью к растворителям.
• Не подвержены озоновому старению.
• Не являются средой обитания микроорганизмов и плесневых грибов.
• Водостойкостью. Поэтому ванные комнаты целесообразно оборудовать полимерами, например, плинтусами из полиуретана.

Полиуретаны легко разрушаются под воздействием некоторых кислот, хлорных веществ, скипидара. Понижение температуры ниже отрицательного порога 60 градусов приводит к увеличению хрупкости материала. Для повышения механической прочности в состав эластомеров вводят различные наполнители.

Свойства и технические характеристики листового полиуретана

Полиуретан обладает большим набором физических свойств, выгодно отличающих его от конкурентов. Эластомер обладает такими физическими характеристиками:

• высокие прочностные показатели и сопротивляемость разрыву;
• высокие показатели диэлектрических свойств;
• материал не впитывает влагу, стоек к воздействию атмосферных осадков;
• стоек к воздействию растворителей и масел;
• стоек к воздействию радиоактивного излучения;
• материал обладает хорошей эластичностью при различных показателях твердости, начиная с 40 и заканчивая 97 единицами Шора;
• при деформации полиуретан восстанавливает свои начальные геометрические характеристики (обратная деформация);
• листовой полимер выдерживает давление до 100 МПа;
• полиуретан сохраняет свои технические характеристики при эксплуатационной температуре до 120 градусов Цельсия. Нижний рабочий предел температуры полиуретана составляет минус 70 градусов;
• полиуретан биологически инертен, не поддерживает рост плесени и грибка, не гниет и может сам выступать в роли антикоррозионной защиты.

Химические свойства полиуретана характеризуются высокой стойкостью материала к некоторым агрессивным веществам. В частности, полиуретан может находиться в контакте с растворителями и маслами. Материал стоек к различным нефтепродуктам и может использоваться в работе с горюче-смазочными материалами.

Отлично проявляет себя в соленых средах и в условиях повышенной влажности, а также не разрушается и не меняет своих физико-механических свойств под воздействием ультрафиолетовых лучей.

Из отрицательных свойств материала можно отметить его неустойчивость к воздействию азотной, фосфорной и муравьиной кислот, а также химически активных сред с высоким содержанием соединений хлора и ацетона. Материал может подвергаться разрушению при продолжительном контакте со щелочами в условиях высоких температур. При эксплуатации полиуретана за пределами рабочего диапазона температур возможны случаи изменения его физико-механических свойств.

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.

Виды и свойства

Общие характеристики и преимущества синтетических волокон и тканей любого вида:

• прочность;
• устойчивость к воздействию бактерий и микроорганизмов;
• износостойкость;
• несминаемость.

Недостатками является то, что волокна плохо впитывают воду и сильно электризуются.

Вид и название зависит от того, какой продукт был использован в качестве исходного (к его названию добавляется приставка поли-). Ткани, выработанные из таких волокон имеют различные торговые названия (зачастую в каждой стране есть свое). Все они делятся на две большие группы:

• гетероцепные. Макромолекулы содержат атомы углерода и других элементов. К ним относятся полиамидные, полиуретановые и полиэфирные волокна;
• карбоцепные. Макромолекулы содержат только атомы углерода. Все остальные синтетические волокна.

Полиамидные

Прочные при растяжении, устойчивы к истиранию и многократным изгибам, не подвергаются воздействию многих химических веществ, низких температур, плесени, бактерий. Имеют низкий показатель термо- и светостойкости. Распространенные торговые названия: нейлон, капрон, анид.

Полиуретановые

poliureretan-1
poliureretan-2

Широко известные спандекс, лайкра, неолан. Главным преимуществом является высокая степень эластичности без потери прочностных характеристик. Стойкие к истиранию. Эластичное, упругое и устойчивое к воздействию химических реагентов волокно обладает существенным недостатком — малой теплостойкостью.

Поливинилспиртовые

Обладают прочностью и устойчивостью к истиранию и воздействию микроорганизмов, света кислот и щелочей. Торговые названия: винол, куралон, мтилан. Отличительная черта винола — высокая гигроскопичность.

Полиэфирные (полиэстер)

poliestr-2
poliestr-1

Лавсан. Достоинства: упругость, термостойкость, низкая теплопроводность и малая степень усадки. Недостатки: разрушается при действии кислот и щелочей, жесткий, плохо впитывает воду и сильно электризуется.

Полиакрилонитрильные

Обладают менее высокой стойкостью к истиранию, чем полиамид и полиэфир. Устойчивы к воздействию микроорганизмов (и моли), обладают формоустойчивостью, изделия из них практически не мнутся. По внешнему виду очень напоминают натуральную шерсть. Наиболее известны нитрон и акрилан.

Полиолефиновые

Сырьем для их изготовления являются полиэтилен и полипропилен. Очень легкие, прочные и устойчивые к износу, воздействию химических реагентов и микроорганизмов. Обладают низкой гигроскопичностью, неустойчивы к воздействию температур. Даже при 50—60 градусах изделия из них дают значительную усадку. Затраты на производство минимальные.

https://youtube.com/watch?v=FNkUP9n54MY%3F

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:

• • Сжигание. Как все углеводороды, полимер хорошо подвержен высокотемпературному окислению. Но технологические присадки содержат вещества, опасные для экологии. При горении продукты распада попадают в атмосферу.
• • Физический способ. Измельченные изделия нашли применение в строительстве, как добавка в бетон, асфальт. За счет этого они приобретают вторую жизнь.
• • Переплавка. При нагреве отходам придается необходимая форма и снова пускается в оборот. Недостатком данного метода является то, что из разнородных составляющих трудно получить продукт с четко заданными характеристиками.
• • Гликолиз – процесс расщепления длинных молекул при высокой температуре в присутствии катализаторов. На выходе получается коротко молекулярные соединения, которые в дальнейшем находят службу в промышленности (производство красок, лаков, добавок в асфальтобетон).
• • Химический способ. Это расщепление цепочек при помощи реагентов. Целью является получение вещества, годного для дальнейшего использования.

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.

Способы получения[ | ]

Полиуретановые волокна производятся четырьмя способами:

• экструзией из расплава полимера;
• реакционным (химическим) формованием;
• сухим формованием из раствора;
• мокрым формованием из раствора.

Все промышленные способы получения полиуретановых волокон имеют общую стадию — синтез макродиизоцианата (форполимера) в массе из полиэфирдиола и диизоцианата (берётся в молярном избытке) при 60 °C в среде сухого азота. Последующие стадии — получение полиуретана взаимодействием макродиизоцианата с диамином (удлинитель цепи) и формование нитей проводят различными способами.

Реакцию макродиизоцианата с диамином (реакция удлинения цепи) осуществляют в среде растворителя (в основном ДМФА). Полученный формовочный раствор дозируют через фильеру в обогреваемую (185—230 °C) и интенсивно обдуваемую горячим воздухом прядильную шахту высотой до 11 м (сухой способ) или в осадительную водную ванну при комнатной температуре (мокрый способ).

По другому способу диамин (до 3 %) добавляют в осадительную ванну с водой или органическим растворителем, в которую через фильеры выдавливают тонкими струями макродиизоцианат (или его раствор). Образование и осаждение полиуретанмочевины происходит в ванне, поэтому этот способ получения полиуретановых волокон называют реакционным или химическим формованием.

При сухом методе формования из прядильной шахты выходят 1—16 комплексных нитей, которые после нанесения замасливателя в количестве 2—7 % наматывают на бобины и подвергают термообработке в камере при 80 °C в течение 3 ч для снижения усадки нити в кипящей воде.

При мокром методе сформованные нити промывают водой (90—95 °C) в аппаратах, где они вытягиваются примерно в 1,5 раза, наматывают на бобины и подвергают термообработке при 120 °C в течение 20—30 ч. При химическом формовании нить, намотанную на шпулю, обрабатывают водой (40—80 °C, давление 4 МПа) в течение 0,25—8 ч.

Преимущества сухого способа формования перед мокрым: более высокая концентрация формовочного раствора (32 % против 20 %), большая скорость формования (600 м/мин против 150 м/мин), проще регенерация растворителя.

Развивается также способ формования полиуретановых волокон из расплава; полиуретан в этом случае должен быть термопластичным, что достигается применением в качестве удлинителя цепи диолов — этиленгликоля или бутиленгликоля.

Наибольшее распространение получил сухой способ формования полиуретановых волокон (80 % от их мирового производства), 15 % производится по мокрому и химическому способам формования, 5 % полиуретановых волокон формуют из расплава. В сухом способе для синтеза полиуретана применяют простой полиэфирдиол, получаемый полимеризацией ТГФ, в других способах — преимущественно сложные полиэфирдиолы, во всех способах — 4,4′-дифенилметандиизоцианат, иногда — смесь 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианатов.

Объемный рельеф

Для кардинального преображения интерьера иногда бывает достаточно нескольких небольших вмешательств. Например, стеновые панели из полиуретана с объемной геометрией — то, что нужно, если вы хотите сделать экспресс-ремонт и преобразить интерьер, а желания и времени возиться с переклеиванием обоев и выравниванием стен нет. С помощью таких панелей можно расставить акценты на разных участках комнаты, зонировать помещение и визуально изменить геометрию пространства: приподнять потолки или раздвинуть стены. Только грамотно подойдите к выбору рельефа: для небольших комнат выбирайте не очень объемные рисунки, чтобы не терять ценную площадь.

Фото: unistica.com

Рассчитайте точную стоимость ремонта на онлайн-калькуляторе

и бесплатно получите подробную смету на ремонт

Рассчитать

Фото: sygma-group.com

Применение

В чистом виде некоторые виды синтетических волокон не используются, в основном их добавляют к другим волокнам (натуральному хлопку, льну, шерсти), чтобы получить ткани с улучшенными характеристиками.

• Так, добавление даже небольшого процента эластана или лайкры сделает ткань более эластичной. Их таких тканей и трикотажных полотен изготавливают женскую и мужскую повседневную, спортивную и верхнюю одежду, чулки и другие изделия.
• Из полиакрилонитрильного волокна делают искусственный мех, трикотажное полотно, ковры и напольные покрытия, одеяла.
• Из полиэстеровой нити изготавливают ткани и трикотажи для производства одежды, домашнего текстиля и материалов технического назначения. Штапельное волокно добавляют к хлопку, льну, шерсти и получают прочные материалы, из которых производят все группы одежды, ковровые изделия, искусственный мех. Войлок из полиэстера во многом превосходит по качеству натуральный шерстяной войлок.

ТМ Modellini предлагает стильный трикотаж для всей семьи.Высокое качество изделий из интерлока и кулирки , насыщенные цвета и доступная стоимость непременно придутся вам по вкусу.

Об одном из лучших натуральных наполнителей для постельных принадлежностях читайте здесь.

Историческая справка

Первые разработки синтетического материала, призванного заменить некоторые виды пластика, резины, а также металла были произведены в Германии и Соединенных Штатах в 30-х годах XX века. В США исследованиями в этой области занималась химико-технологическая лаборатория под руководством У. Х. Карозерса. Учеными был успешно проведен синтез искусственного каучука, нейлона и полиамида.

Группе немецких ученых под руководством Бейера удалось провести синтез эластомеров в 1937 году независимо от своих американских коллег. В отличие от последних, немецкие химики синтезировали твердый полиуретан, что не нарушало патент на созданный ранее вспененный аналог. Производство полиуретана в промышленных масштабах было налажено в Германии в 1944 году, в США – в 1957 году и лишь 60-х годах в России.

Масштабное производство твердого полиуретана листового типа для индивидуальных хозяйственных нужд и технических нужд промышленности началось относительно недавно. За короткий промежуток времени состав полимера претерпел значительные изменения, направленные на повышение качества продукции, расширение перечня выпускаемых марок и модификаций, обладающих заданными свойствами.

Технические характеристики

PU кожа часто встречается на этикетках кожгалантерейных и швейных изделий, что это такое, поможет разобраться описание основных свойств, приведенное в таблице:

Характеристики	Показатели
Тип сырья	Синтетическое
Назначение	Производство обуви, одежды, мебельной обивки, изделий технического назначения (в том числе медицинские)
Плотность, г/м2	500 ± 50
Стандартная ширина полотен, см.	140
Водоупорность	Высокая
Гигроскопичность, %	1 – 5
Скорость впитывания влаги	Минимальная
Структура ткани	Натуральная или синтетическая основа с полиуретановым покрытием
Сторона	Правая лицевая

Откройте чтобы посмотреть всю таблицу

Показатели воздухообмена	Минимальные
Паропроницаемость	Низкая
Электризуемость	Незначительная
Прочность на разрыв	Высокая
Особенности	При нагревании и деформации не теряет своих свойств. При высокой твердости остается эластичным, не растрескивается на морозе
Предел динамического напряжения, t, °С	120
Предел деформации, %	350
Устойчивость к воздействию давления, МПа	50
Температурный диапазон, t, °С	+ 60 ÷ — 70
Способы окрашивания	Гладкокрашеное однотонное покрытие
Цветовая палитра	Обширная
Производитель	Китай, Россия, Беларусь
Стандартизация	ГОСТ Р ИСО 7617-3-2011
Цена	Доступная, в среднем от 500 р. за 1 метр

Применение

Полиуретановые листы, стержни, втулки, другая продукция, в силу своей универсальности, эксплуатируются в различных отраслях. Вот, некоторые из них:

• строительство (термо-, водоизоляционные панели, листы, лепнина, карнизы);
• химическая отрасль (клеи, герметики, лаки, краски);
• бумажная, полиграфическая отрасль (валки, валики, покрытия поверхности);
• производство машин, механизмов (узлы и детали машин, уплотнения, покрытия поверхности);
• нефтегазовая (уплотнения, маслостойкие клапаны);
• горнодобывающая отрасль (сита для грохотов, покрытия и мелющие части мельниц);
• радиоэлектроника (изоляционные материалы);
• легкая промышленность (бобины для ниток, ролики для скручивания, клеи, подложки);
• медицина (катетеры, имплантаты, протезы);
• пищевая отрасль (конвейерные ленты).

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.

Поставщик: ООО РТГ «МетПромСтар»

Эластомеры и их сокращенные обозначения

• БК – статический сополимер изобутилена и 0,6 -3,0 % изопрена.
• ДСТ-30 – термоэластопласт с 30% блоков стирола.
• СКД – цис-полибутадиеновый.
• СКДЛ – цис-полиизобутиленовый (литиевый катализатор).
• СКИ – цис-полиизопреновый.
• СКМС-30 – бутадиен-метилстирольный.
• СКН-18, СКН-26 – бутадиен-нитрильные с указанным содержанием нитрила акриловой кислоты в макромолекуле (в %) и т.д.
• СКС-30, СКМС-30 – бутадиен-стирольный, бутадиен-метилстирольный с 30% стирола в молекуле.
• СКС-30А – бутадиен-стирольный низкотемпературной полимеризации.
• СКТВ – метилвинилсилоксановый
• СКЭП – сополимер этилена (40-70%) и пропилена.
• СКЭПТ – сополимер этилена, пропилена и 1-2% несопряженного диена.
• СКУ – полиуретановый.
• ТЭП – термоэластопласт, блок-сополимер бутадиена и стирола.

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:

• жидкий, вспененный (пенопласт, поролон);
• твердый (лист, стержень, пластина);
• напыляемый (полимочевина).

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).