폴리우레탄이란?
이른바 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응에 의해 형성되는 폴리우레탄의 약자로, 분자 사슬에 우레탄기(-NH-CO-O-)가 반복적으로 많이 포함되어 있습니다. 실제 합성 폴리우레탄 수지는 우레탄 그룹 외에도 요소, 뷰렛 등의 그룹이 있습니다. 폴리올은 끝에 수산기가 있는 장쇄 분자로 "소프트 세그먼트"라고 하고 폴리이소시아네이트는 "하드 세그먼트"라고 합니다.
연질 세그먼트와 경질 세그먼트에 의해 생성되는 폴리우레탄 수지에서 우레탄은 소수에 불과하므로 반드시 폴리우레탄이라고 하는 것은 적절하지 않습니다. 넓은 의미에서 폴리우레탄은 이소시아네이트의 부가 중합체입니다.
다른 유형의 이소시아네이트는 폴리하이드록시 화합물과 반응하여 다양한 구조의 폴리우레탄을 형성하여 플라스틱, 고무, 코팅, 섬유, 접착제 등과 같은 다양한 특성을 갖는 고분자 재료를 얻습니다. 폴리우레탄 고무
폴리우레탄 고무는 1940년 독일에서 최초로 개발에 성공하여 1952년 이후 공업 생산에 들어갔고, 우리나라는 중반에 개발되어 생산에 들어갔습니다.{2}} 폴리우레탄 고무는 폴리에테르 또는 폴리에스테르와 이소시아네이트의 반응에 의해 제조되는 일종의 특수 고무에 속합니다. 다양한 원료, 반응 조건 및 가교 방법으로 인해 많은 종류가 있습니다. 화학구조로는 폴리에스터계와 폴리에테르계가 있으며 가공방법으로는 혼합형, 주조형, 열가소성형의 3가지 종류가 있습니다.
합성 폴리우레탄 고무는 일반적으로 선형 폴리에스테르 또는 폴리에테르를 디이소시아네이트와 반응시켜 저분자량 예비중합체를 제조합니다. 사슬연장반응 후 고분자 고분자가 형성되고 적절한 가교제를 첨가하여 가열한다. 경화되어 가황 고무가 되는 이 방법을 예비중합법 또는 2단계법이라고 합니다.
선형 폴리에스테르 또는 폴리에테르를 디이소시아네이트, 사슬 연장제 및 가교제와 직접 혼합하여 반응을 일으켜 폴리우레탄 고무를 생성하는 1단계 방법을 사용할 수도 있습니다.
열가소성 폴리우레탄 고무(TPU)
열가소성 폴리우레탄 고무는 (AB) n형 블록 선형 중합체이며, A는 장쇄라고 하는 고분자량 폴리에스터 또는 폴리에테르(분자량 1000-6000)를 나타내고, B는 2-12 선형 탄소를 나타냅니다. 원자 디올은 짧은 사슬이고 AB 세그먼트 사이의 화학적 결합은 디이소시아네이트입니다.
TPU의 구조와 물성의 관계
1. 세그먼트 구조
TPU 분자의 A 세그먼트는 고분자 사슬을 회전하기 쉽게 만들어 폴리 우레탄 고무에 좋은 탄성을 부여하고 폴리머의 연화점과 2 차 전이점을 낮추고 경도와 기계적 강도를 줄입니다. B 세그먼트는 고분자 사슬의 회전을 결합하여 중합체의 연화점과 2차 전이점이 증가하고 경도와 기계적 강도가 증가하며 탄성이 감소합니다. A와 B 사이의 몰비를 조정하여 기계적 특성이 다른 TPU를 제조할 수 있습니다.
2. 가교 구조
1차 가교 외에도 TPU의 가교 구조는 분자간 수소 결합에 의해 형성되는 2차 가교도 고려해야 합니다. 폴리우레탄의 1차 가교 결합은 하이드록시 고무의 가황 구조와 다르며 우레탄 그룹, 뷰렛, 알로파네이트 그룹 및 기타 그룹이 규칙적으로 강성 세그먼트로 이격되어 있으므로 얻은 고무는 규칙적인 네트워크 구조를 가지므로 그것은 우수한 내마모성 및 기타 우수한 특성을 가지고 있습니다.
둘째, 폴리우레탄 고무는 응집에너지가 큰 우레아기나 우레탄기 등의 기가 많이 포함되어 있기 때문에 분자 사슬 사이에 형성되는 수소결합의 강도가 높고, 수소결합에 의해 형성되는 2차 가교 건강도 물성에 중요한 영향을 미친다. 폴리우레탄 고무. 2차 가교는 폴리우레탄 고무가 한편으로 열경화성 엘라스토머의 특성을 갖게 하고, 다른 한편으로 가교는 실제 가교가 아니라 가상 가교이며, 가교 상태는 온도에 따라 다릅니다.
온도가 상승함에 따라 이 가교결합은 점차 약해지며 사라지고 폴리머는 일정한 유동성을 가지며 열가소성으로 가공될 수 있습니다. 온도가 낮아지면 이 가교가 점차 회복되어 다시 형성됩니다. 소량의 충전제를 첨가하면 분자 사이의 거리가 멀어지고 분자 사이에 수소 결합을 형성하는 능력이 약해지고 강도가 급격히 떨어집니다.
3. 그룹의 안정성
연구에 따르면 폴리우레탄 고무에서 각 그룹의 안정성 순서는 에스테르, 에테르, 요소, 우레탄, 뷰렛입니다. 폴리우레탄 고무의 노화 과정에서 첫 번째는 뷰렛과 요소 그룹입니다.
폴리우레탄 고무의 성질
TPU의 탄성 계수는 고무와 플라스틱 사이입니다. 다른 고무, 플라스틱에서는 볼 수 없는 경도와 탄성을 동시에 가지고 있는 것이 가장 큰 특징입니다.
TPU는 폴리에스터 타입과 폴리에테르 타입의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 물성에 비해 폴리에스터계는 저경도 고무에 성능이 좋고 폴리에테르계는 고경도 고무에 더 좋습니다. 폴리에스터 고무는 내유성, 내열성 및 금속에 대한 접착력이 우수하고 폴리에테르계는 내가수분해성, 내한성 및 항균성이 우수합니다.
1. 환경적 특성
TPU는 일반적으로 내열성이 좋으며 장기간 연속 사용을 위한 온도는 80~90도이며 단시간에 약 120도에 도달할 수 있습니다. 폴리우레탄의 저온 저항도 좋습니다. 폴리에스터 폴리우레탄의 취성 온도는 -40도 C인 반면 폴리에테르 폴리우레탄은 -70 ~ -80도 C이지만 저온에서는 단단해집니다.
TPU의 내유성은 비교적 우수하나 내수성은 구조에 따라 다릅니다. TPU의 가장 심각한 분해는 에스테르 형성 반응의 가역성으로 인해 발생합니다. 에스테르가 물과 접촉할 때, 산의 재형성은 분자의 분해로 이어지는 자가촉매 반응의 원인이 됩니다. 폴리에스터 우레탄은 물에 완전히 잠길 때보다 공기 중의 습기에 노출될 때 더 많이 분해됩니다. 이는 물에 담그면 생성된 산이 지속적으로 씻겨 나가기 때문입니다.
폴리에테르 폴리우레탄의 가수분해 저항성은 에테르 그룹이 물과 반응하지 않기 때문에 폴리에스터 폴리우레탄의 3~5배입니다.
물이 침입하면 폴리우레탄의 성능이 저하되는 두 가지 이유가 있습니다. 하나는 침입한 물이 폴리우레탄의 극성기와 수소 결합을 형성하여 고분자 분자 간의 수소 결합을 약화시키기 때문입니다. 이 과정은 되돌릴 수 있습니다. 물리적 특성이 복원된 후.
두 번째는 침입한 물이 비가역적인 폴리우레탄을 가수분해한다는 것입니다.
폴리우레탄은 장기간 햇빛에 노출되면 변색되고 어두워지며 물리적 특성이 점차 감소합니다. 효소 박테리아는 또한 폴리우레탄의 분해를 유발할 수 있으므로 공업 생산에 사용되는 폴리우레탄 고무에 항산화제, 자외선 흡수제, 항효소제 등이 첨가됩니다.
2. 기계적 성질
인장 강도 : 폴리 우레탄 고무의 인장 강도는 비교적 높으며 일반적으로 28-42 MPa에 도달하고 TPU는 중간에 약 35 MPa입니다.
연신율: 일반적으로 최대 400 ~ 600, 최대값은 1000%입니다.
탄성 : 폴리 우레탄의 탄성은 비교적 높지만 히스테리시스 손실도 비교적 커서 발열이 높습니다. 다중 굽힘 및 고속 압연의 하중 조건에서 쉽게 손상됩니다.
경도: 폴리우레탄의 경도 범위는 다른 고무의 경도 범위보다 넓고 가장 낮은 것은 쇼어 경도 10이며 대부분의 제품은 경도 45~95입니다. 경도가 70도 이상일 때 인장 강도 및 고정 신율 강도는 천연고무보다 높다. 경도가 80~90도이면 인장강도, 고정신율강도, 인열강도가 상당히 높다.
인열 강도: 폴리우레탄의 인열 강도는 비교적 높습니다. 시험온도가 100-110도까지 상승하면 인열강도는 스티렌-부타디엔 고무와 동등하다.
내마모성: 폴리우레탄의 내마모성이 매우 우수하여 천연고무보다 9배, 스티렌-부타디엔 고무보다 1~3배 높습니다.
처리 요구 사항
TPU는 플라스틱과 고무의 이중 특성을 가지고 있습니다. 이러한 고유한 물리적, 화학적 특성 때문에 금형 설계 및 사출 성형 분야에서 특별히 취급해야 합니다.
금형 설계:
1. 주자의 디자인:
스프루는 압력이 가장 높은 곳이기 때문에 사출 압력이 해제되면 스프루의 응축수가 탄성 팽창으로 인해 저항이 증가하여 노즐이 전면 금형에 달라 붙게됩니다. 따라서 금형 설계 시 스프루의 이형 기울기를 최대한 높여야 합니다. . 스프루의 작은 끝 부분의 크기는 사출 성형기의 노즐 직경보다 작을 수 없습니다. 큰 끝단의 크기를 늘리면 추가 냉각 시간이 필요하고 사출 주기가 길어집니다. 따라서 이형 슬로프의 증가는 주로 스프루의 길이를 줄임으로써 실현됩니다.
정상적인 상황에서 주 수로의 작은 쪽 지름은 약 2.5~3.{3}} mm이고 큰 쪽의 지름은 6.{5}} mm 미만이며 길이는 40mm를 초과합니다. 메인 채널의 끝에서 큰 끝과 같거나 약간 더 큰 직경의 콜드 웰은 차가운 접착제를 수집하고 물 배출구를 버클링하도록 설정해야 합니다.
러너의 직경은 제품의 구조와 러너의 길이에 따라 달라야 합니다. 일반적으로 4.{1}}mm 이상이어야 합니다. 션트 채널은 더 나은 냉각 효과를 얻기 위해 원형을 채택합니다.
2. 게이트 디자인:
TPU의 낮은 유동성으로 인해 게이트를 통과하는 콜로이드의 분사 및 분자 배향으로 인한 측면 및 길이 수축 사이의 불일치를 피하기 위해 게이트의 깊이와 너비는 다른 열가소성 재료의 깊이와 너비보다 커야 합니다. , 반면 길이 치수는 콜로이드의 통과를 용이하게 하기 위해 일반 것보다 작습니다. 게이트가 너무 길면 충전 중에 콜로이드가 배출되어 제품의 외관에 영향을 미칩니다. 재료의 과도한 전단 및 발열을 유발할 수 있는 핀 게이트는 가능한 한 피해야 합니다.
3. 배기 홈의 디자인:
금형의 배기는 제품이 타는 것을 방지하기에 충분해야 하며, 특히 고무 재료의 충전 방향이 급격하게 변하고 제품이 최종적으로 채워지는 부분의 경우 배기 설정에 특히 주의하십시오. 배기홈의 깊이는 TPU의 종류에 따라 구분해야 합니다. 때로는 배기 홈의 깊이가 0.01mm에 불과하며 배기 홈에 드레이프가 생성되며 이는 TPU의 특수 재료 특성과 중요한 관계가 있습니다.
4. 냉각 시스템 설계:
금형의 냉각 효과가 더 좋습니다. 다른 열가소성 재료의 경우 사출 성형 시 제품 표면의 동결층이 충분한 강도를 가지고 있으면 더 높은 온도에서 제품을 이형 및 이형할 수 있습니다. TPU의 경우 온도가 높으면 분자간 수소결합이 회복되지 않고 제품의 인장강도가 낮아진다. 강제 배출 및 이형은 제품의 변형으로 이어질 뿐입니다. 열쇠는 완전히 회수되었으며 TPU는 TPU의 강도가 충분해야 탈형이 가능하므로 금형의 냉각 효과가 더 좋아야합니다.
5. 수축률의 결정:
TPU의 수축률은 사용된 TPU 브랜드, 제품의 두께 및 구조, 사출 성형 시 온도 및 압력에 따라 크게 달라지며 그 범위는 {{0}}.1%에서 2.0% 사이입니다. . 금형을 설계할 때 원료의 수축률 데이터를 참조할 뿐만 아니라 제품의 구조와 두께에 따라 사출 성형에 사용할 사출 온도와 압력을 추정하고 적절하게 수정해야 합니다. 국부 접착 위치가 두꺼운 제품의 경우 사출 성형에 필요한 압력이 더 크고 성형품의 수축률이 작기 때문에 TPU의 수축률을 줄이는 것이 필요합니다. 접착 위치가 비교적 균일한 제품과 두꺼운 제품의 경우 수축률 값을 적절하게 높여야 합니다.
사출 가공
1. 원료의 건조 수분이 침입하면 TPU가 열화될 수 있으므로
TPU의 수분 함량이 0.2%를 초과하면 제품의 외관에 영향을 줄 뿐만 아니라 기계적 특성도 분명히 저하되고 사출 성형 제품은 탄성이 떨어지고 강도가 낮습니다. 따라서 사출성형 전 80~110도의 온도에서 2~3시간 건조시켜야 한다.
2. 배럴 청소
사출 성형기의 배럴을 청소해야하며 다른 원료를 거의 혼합하지 않으면 제품의 기계적 강도가 감소합니다. ABS, PMMA 및 PE로 세척한 배럴은 사출 성형 전에 TPU 노즐 재질로 다시 세척해야 하며 배럴의 잔류 물질은 TPU 노즐 재질로 제거해야 합니다.
3. 처리 온도 제어
TPU의 가공 온도는 제품의 최종 크기, 모양 및 변형에 결정적인 영향을 미칩니다. 온도는 사용된 TPU의 등급과 금형 설계의 특정 조건에 따라 다릅니다. 일반적인 추세는 작은 수축률을 얻으려면 가공 온도를 높여야 한다는 것입니다. 큰 수축률을 얻으려면 가공 온도를 낮출 필요가 있습니다. TPU의 정상적인 가공 온도 범위 내에서도 원료가 배럴에 너무 오래 머무르면 TPU의 열 열화가 발생하고 배럴의 잔류 재료는 사출 성형 전에 비워야 합니다. 노즐 온도의 제어도 매우 중요합니다. 정상적인 상황에서는 배럴의 프론트 엔드 온도보다 약 5도 정도 높아야 합니다.
4. 사출 속도 및 압력 제어
사출 속도가 낮고 체류 시간이 길면 분자 배향이 향상되고 제품 크기가 더 작아질 수 있지만 제품 변형이 더 커지고 가로 및 세로 수축의 차이가 커집니다. 큰 유지 압력은 또한 콜로이드가 금형에서 과도하게 압축되게 하고, 탈형 후 제품의 크기는 금형 캐비티의 크기보다 큽니다.
5. 용융 속도 및 배압 제어
TPU 소재는 전단력에 더 민감합니다. 높은 용융 속도와 배압에 의해 발생하는 전단열이 너무 높으면 TPU의 열 열화로 이어집니다. 따라서 TPU의 용융에는 일반적으로 저속 또는 중속이 사용됩니다. 사출 성형주기가 길면 지연 용융 기능을 사용해야하며 용융이 완료된 후 금형 개방이 시작되어 원료가 배럴에 너무 오래 머무르고 저하되는 것을 방지합니다.
