En 1958, la société Goodrich Chemical (aujourd'hui Lubrizol) a déposé la marque TPU Estane. Au cours des 40 dernières années, plus de 20 marques ont été commercialisées à travers le monde, chacune proposant plusieurs gammes de produits. Actuellement, les principaux fabricants de matières premières pour le TPU sont BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua et Xuchuan Chemical.
1. Catégorie de TPU
Selon la structure du segment souple, il peut être divisé en type polyester, type polyéther et type butadiène, qui contiennent respectivement un groupe ester, un groupe éther ou un groupe butène.
Selon la structure de leur segment rigide, on distingue les polyuréthanes de type uréthane et les polyuréthanes urée, obtenus respectivement à partir d'allongeurs de chaîne d'éthylène glycol ou de diamine. La classification courante distingue les polyesters et les polyéthers.
Selon la présence ou l'absence de réticulation, on peut le diviser en thermoplastique pur et en semi-thermoplastique.
Le premier possède une structure linéaire pure et aucune liaison réticulée ; le second contient une petite quantité de liaisons réticulées telles que l'ester d'acide allophanique.
Selon l'utilisation des produits finis, on peut les diviser en pièces profilées (divers éléments de machines), tubes (gaines, profilés de barres), films (feuilles, plaques minces), adhésifs, revêtements, fibres, etc.
2. Synthèse du TPU
Du point de vue de sa structure moléculaire, le TPU appartient à la famille du polyuréthane. Alors, comment s'est-il agrégé ?
Selon les différents procédés de synthèse, on distingue principalement la polymérisation en masse et la polymérisation en solution.
En polymérisation en masse, on peut également la diviser en méthode de prépolymérisation et en méthode en une étape, selon la présence ou l'absence d'une réaction préalable :
La méthode de prépolymérisation consiste à faire réagir un diisocyanate avec des diols macromoléculaires pendant une certaine période de temps avant d'ajouter une extension de chaîne pour produire du TPU ;
La méthode en une seule étape consiste à mélanger et à faire réagir simultanément des diols macromoléculaires, des diisocyanates et des extenseurs de chaîne pour former du TPU.
La polymérisation en solution consiste d'abord à dissoudre un diisocyanate dans un solvant, puis à ajouter des diols macromoléculaires qui réagissent pendant une certaine période de temps, et enfin à ajouter des extenseurs de chaîne pour générer du TPU.
Le type de segment souple du TPU, le poids moléculaire, la teneur en segments durs ou souples et l'état d'agrégation du TPU peuvent affecter la densité du TPU, avec une densité d'environ 1,10 à 1,25, et il n'y a pas de différence significative par rapport aux autres caoutchoucs et plastiques.
À dureté égale, la densité du TPU de type polyéther est inférieure à celle du TPU de type polyester.
3. Traitement du TPU
La fabrication des particules de TPU nécessite divers procédés pour obtenir le produit final, principalement des méthodes de fusion et de mise en solution.
Le traitement par fusion est un procédé couramment utilisé dans l'industrie du plastique, comme le mélange, le laminage, l'extrusion, le moulage par soufflage et le moulage ;
Le traitement en solution est le processus de préparation d'une solution par dissolution de particules dans un solvant ou par polymérisation directe dans un solvant, puis par enrobage, filage, etc.
Le produit final fabriqué à partir de TPU ne nécessite généralement pas de réaction de réticulation par vulcanisation, ce qui permet de raccourcir le cycle de production et de recycler les déchets.
4. Performances du TPU
Le TPU possède un module d'élasticité élevé, une résistance élevée, un allongement et une élasticité élevés, une excellente résistance à l'usure, à l'huile, aux basses températures et au vieillissement.
Une résistance à la traction élevée, un allongement important et un faible taux de déformation permanente en compression à long terme sont autant d'avantages significatifs du TPU.
XiaoU détaillera principalement les propriétés mécaniques du TPU, notamment sa résistance à la traction, son allongement, sa résilience, sa dureté, etc.
Résistance à la traction élevée et allongement élevé
Le TPU possède une excellente résistance à la traction et un allongement remarquable. Les données de la figure ci-dessous montrent que la résistance à la traction et l'allongement du TPU de type polyéther sont nettement supérieurs à ceux du polychlorure de vinyle et du caoutchouc.
De plus, le TPU peut répondre aux exigences de l'industrie alimentaire avec peu ou pas d'additifs ajoutés lors de sa transformation, ce qui est également difficile à réaliser pour d'autres matériaux tels que le PVC et le caoutchouc.
La résilience est très sensible à la température
La résilience du TPU désigne sa capacité à retrouver rapidement son état initial après la relaxation d'une contrainte de déformation. Elle s'exprime par l'énergie de récupération, qui correspond au rapport entre le travail de rétraction et le travail nécessaire à la déformation. Elle dépend du module dynamique et du frottement interne du matériau élastique et est très sensible à la température.
Le rebond diminue avec la température jusqu'à une certaine valeur, puis l'élasticité augmente rapidement à nouveau. Cette température correspond à la température de cristallisation du segment souple, déterminée par la structure du diol macromoléculaire. La température de cristallisation des TPU de type polyéther est inférieure à celle des TPU de type polyester. En dessous de cette température, l'élastomère devient très rigide et perd son élasticité. Par conséquent, sa résilience est comparable au rebond sur la surface d'un métal dur.
La plage de dureté est Shore A60-D80
La dureté est un indicateur de la capacité d'un matériau à résister à la déformation, aux entailles et aux rayures.
La dureté du TPU est généralement mesurée à l'aide de testeurs de dureté Shore A et Shore D, le Shore A étant utilisé pour les TPU plus souples et le Shore D pour les TPU plus durs.
La dureté du TPU peut être ajustée en modifiant la proportion de segments de chaîne souples et rigides. De ce fait, le TPU présente une plage de dureté relativement étendue, allant de Shore A60 à D80, couvrant ainsi les duretés du caoutchouc et du plastique, et conserve une élasticité élevée sur toute cette plage.
En fonction de la dureté, certaines propriétés du TPU peuvent se modifier. Par exemple, une augmentation de la dureté du TPU entraîne des changements de performances tels qu'une augmentation du module de traction et de la résistance au déchirement, une augmentation de la rigidité et de la contrainte de compression (capacité de charge), une diminution de l'allongement, une augmentation de la densité et de la génération de chaleur dynamique, ainsi qu'une meilleure résistance aux agressions environnementales.
5. Application du TPU
En tant qu'excellent élastomère, le TPU offre un large éventail d'applications en aval et est largement utilisé dans les produits de première nécessité, les articles de sport, les jouets, les matériaux décoratifs et d'autres domaines.
matériaux pour chaussures
Le TPU est principalement utilisé dans la fabrication de chaussures en raison de son excellente élasticité et de sa résistance à l'usure. Les chaussures contenant du TPU sont beaucoup plus confortables que les chaussures classiques ; c'est pourquoi on le retrouve plus fréquemment dans les chaussures haut de gamme, notamment certaines chaussures de sport et de ville.
tuyau
Grâce à leur souplesse, leur bonne résistance à la traction, leur résistance aux chocs et leur résistance aux hautes et basses températures, les tuyaux en TPU sont largement utilisés en Chine comme tuyaux de gaz et d'huile pour les équipements mécaniques tels que les avions, les réservoirs, les automobiles, les motos et les machines-outils.
câble
Le TPU offre une résistance à la déchirure, à l'usure et à la flexion, sa résistance aux hautes et basses températures étant essentielle à la performance des câbles. Ainsi, sur le marché chinois, les câbles de pointe, tels que les câbles de commande et d'alimentation, utilisent le TPU pour protéger les matériaux de revêtement des câbles complexes, et leurs applications se généralisent.
dispositifs médicaux
Le TPU est un matériau de substitution au PVC sûr, stable et de haute qualité, exempt de phtalates et autres substances chimiques nocives. Il ne migre pas dans le sang ni dans les autres liquides contenus dans les cathéters ou les poches médicales, évitant ainsi tout effet indésirable. Il existe en TPU extrudé et injecté, spécialement conçu à cet effet.
film
Le film TPU est un film mince fabriqué à partir de granulés de TPU par des procédés spécifiques tels que le laminage, le moulage, le soufflage et le revêtement. Grâce à sa haute résistance, sa résistance à l'usure, sa bonne élasticité et sa résistance aux intempéries, les films TPU sont largement utilisés dans l'industrie, la fabrication de chaussures, l'habillement, l'automobile, la chimie, l'électronique, le médical et d'autres domaines.
Date de publication : 5 février 2020