Qu'est-ce que l'élastomère de polyuréthane thermoplastique ?

Qu'est-ce que l'élastomère de polyuréthane thermoplastique ?

L'élastomère de polyuréthane est une variété de matériaux synthétiques de polyuréthane (les autres variétés font référence à la mousse de polyuréthane, à l'adhésif de polyuréthane, au revêtement de polyuréthane et à la fibre de polyuréthane), et l'élastomère de polyuréthane thermoplastique est l'un des trois types d'élastomère de polyuréthane. Les gens l'appellent communément TPU (le deux autres principaux types d'élastomères de polyuréthane sont les élastomères de polyuréthane coulés, en abrégé CPU, et les élastomères de polyuréthane mixtes, en abrégé MPU).

Le TPU est une sorte d'élastomère polyuréthane qui peut être plastifié par chauffage et dissous par un solvant. Comparé au CPU et au MPU, le TPU a peu ou pas de réticulation chimique dans sa structure chimique. Sa chaîne moléculaire est fondamentalement linéaire, mais il existe un certain nombre de réticulations physiques. Il s’agit d’un élastomère polyuréthane thermoplastique dont la structure est très caractéristique.

Structure et classification du TPU

L'élastomère de polyuréthane thermoplastique est un polymère linéaire bloc (AB). A représente un polymère polyol (ester ou polyéther, poids moléculaire de 1 000 à 6 000) de poids moléculaire élevé, appelé chaîne longue ; B représente un diol contenant 2 à 12 atomes de carbone à chaîne droite, appelé chaîne courte.

Dans la structure de l'élastomère de polyuréthane thermoplastique, le segment A est appelé segment souple, qui présente les caractéristiques de flexibilité et de douceur, ce qui confère au TPU une extensibilité ; La chaîne d'uréthane générée par la réaction entre le segment B et l'isocyanate est appelée segment dur, qui possède à la fois des propriétés rigides et dures. En ajustant le rapport des segments A et B, des produits TPU avec différentes propriétés physiques et mécaniques sont fabriqués.

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 du segment dur, il peut être divisé en type uréthane et type uréthane-urée, qui sont respectivement obtenus à partir d'extenseurs de chaîne éthylène glycol ou d'extenseurs de chaîne diamine. La classification commune est divisée en type polyester et type polyéther.

Quelles sont les matières premières pour la synthèse du TPU ?

(1) Polymère diol

Le diol macromoléculaire d'un poids moléculaire allant de 500 à 4000 et de groupes bifonctionnels, avec une teneur de 50 à 80 % en élastomère TPU, joue un rôle déterminant dans les propriétés physiques et chimiques du TPU.

Le polymère Diol adapté à l'élastomère TPU peut être divisé en polyester et polyéther : le polyester comprend le polytétraméthylène acide adipique glycol (PBA) ε PCL, PHC ; Les polyéthers comprennent le polyoxypropylène éther glycol (PPG), le tétrahydrofurane polyéther glycol (PTMG), etc.

(2) Diisocyanate

Le poids moléculaire est petit mais la fonction est exceptionnelle, qui joue non seulement le rôle de relier le segment mou et le segment dur, mais confère également au TPU diverses bonnes propriétés physiques et mécaniques. Les diisocyanates applicables au TPU sont : le diisocyanate de méthylène diphényle (MDI), le bis(-4-cyclohexyl isocyanate) de méthylène (HMDI), le p-phényldiisocyanate (PPDI), le 1,5-naphtalène diisocyanate (NDI), le p-phényldiisocyanate de diméthyle ( PXDI), etc.

(3) Rallonge de chaîne

L'extenseur de chaîne avec un poids moléculaire de 100 ~ 350, appartenant à un petit diol moléculaire, un petit poids moléculaire, une structure de chaîne ouverte et aucun groupe substituant, est propice à l'obtention d'une dureté élevée et d'un poids scalaire élevé de TPU. Les allongeurs de chaîne adaptés au TPU comprennent le 1,4-butanediol (BDO), le 1,4-bis (2-hydroxyéthoxy) benzène (HQEE), le 1,4-cyclohexanediméthanol (CHDM), le p-phényldiméthylglycol (PXG), etc.

Application de modification du TPU comme agent de renforcement

Afin de réduire les coûts des produits et d'obtenir des performances supplémentaires, les élastomères thermoplastiques de polyuréthane peuvent être utilisés comme agents de renforcement couramment utilisés pour renforcer divers matériaux thermoplastiques et caoutchoucs modifiés.

En raison de sa polarité élevée, le polyuréthane peut être compatible avec des résines ou des caoutchoucs polaires, tels que le polyéthylène chloré (CPE), qui peuvent être utilisés pour fabriquer des produits médicaux ; Le mélange avec l'ABS peut remplacer les thermoplastiques techniques ; Lorsqu'il est utilisé en combinaison avec du polycarbonate (PC), il possède des propriétés telles que la résistance à l'huile, la résistance au carburant et la résistance aux chocs, et peut être utilisé pour fabriquer des carrosseries automobiles ; Lorsqu'il est combiné avec du polyester, sa ténacité peut être améliorée ; De plus, il peut être bien compatible avec le PVC, le polyoxyméthylène ou le PVDC ; Le polyester polyuréthane peut être bien compatible avec 15 % de caoutchouc nitrile ou 40 % de caoutchouc nitrile/mélange de PVC ; Le polyéther polyuréthane peut également être bien compatible avec un mélange d'adhésif à 40 % de caoutchouc nitrile et de chlorure de polyvinyle ; Il peut également être cocompatible avec les copolymères d'acrylonitrile styrène (SAN) ; Il peut former des structures de réseau interpénétré (IPN) avec des polysiloxanes réactifs. La grande majorité des adhésifs mélangés mentionnés ci-dessus sont déjà officiellement produits.

Ces dernières années, de plus en plus de recherches ont été menées en Chine sur le renforcement du POM par le TPU. Le mélange de TPU et de POM améliore non seulement la résistance aux températures élevées et les propriétés mécaniques du TPU, mais renforce également considérablement le POM. Certains chercheurs ont montré que lors d'essais de rupture par traction, par rapport à la matrice POM, l'alliage POM avec TPU est passé d'une rupture fragile à une rupture ductile. L'ajout du TPU confère également au POM des performances de mémoire de forme. La région cristalline du POM sert de phase fixe de l'alliage à mémoire de forme, tandis que la région amorphe du TPU et du POM amorphes sert de phase réversible. Lorsque la température de réponse de récupération est de 165 ℃ et que le temps de récupération est de 120 secondes, le taux de récupération de l'alliage atteint plus de 95 % et l'effet de récupération est le meilleur.

Le TPU est difficilement compatible avec des matériaux polymères non polaires tels que le polyéthylène, le polypropylène, le caoutchouc éthylène-propylène, le caoutchouc butadiène, le caoutchouc isoprène ou la poudre de caoutchouc usagé, et ne peut pas être utilisé pour produire des composites offrant de bonnes performances. Par conséquent, des méthodes de traitement de surface telles que le plasma, la couronne, la chimie humide, l'apprêt, la flamme ou le gaz réactif sont souvent utilisées pour ces derniers. Par exemple, l'American Air Products and Chemicals Company a effectué un traitement de surface par gaz actif F2/O2 sur une poudre fine de polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé d'un poids moléculaire de 3 à 5 millions, et l'a ajoutée à un élastomère de polyuréthane dans un rapport de 10. %, ce qui peut améliorer considérablement son module de flexion, sa résistance à la traction et sa résistance à l'usure. Et le traitement de surface au gaz actif F2/O2 peut également être appliqué aux fibres courtes allongées dans le sens d'une longueur de 6 à 35 mm, ce qui peut améliorer la rigidité et la résistance à la déchirure du matériau composite.

Quels sont les domaines d’application du TPU ?

En 1958, Goodrich Chemical Company (aujourd'hui rebaptisée Lubrizol) a enregistré pour la première fois la marque TPU Estane. Au cours des 40 dernières années, il existe plus de 20 marques dans le monde, et chaque marque propose plusieurs séries de produits. Actuellement, les principaux fabricants de matières premières TPU dans le monde sont : BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

En tant qu'excellent élastomère, le TPU propose une large gamme de produits en aval, largement utilisés dans les produits de première nécessité, les articles de sport, les jouets, les matériaux décoratifs et d'autres domaines. Voici quelques exemples.

① Matériaux des chaussures

Le TPU est principalement utilisé pour les matériaux de chaussures en raison de son excellente élasticité et de sa résistance à l'usure. Les produits chaussants contenant du TPU sont beaucoup plus confortables à porter que les produits chaussants ordinaires, ils sont donc plus largement utilisés dans les produits chaussants haut de gamme, en particulier certaines chaussures de sport et chaussures décontractées.

② Tuyaux

En raison de leur douceur, de leur bonne résistance à la traction, de leur résistance aux chocs et de leur résistance aux températures élevées et basses, 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.

③ Câble

Le TPU offre des caractéristiques de résistance à la déchirure, à l'usure et à la flexion, la résistance aux températures élevées et basses étant la clé de la performance du câble. Ainsi, sur le marché chinois, les câbles avancés tels que les câbles de commande et les câbles d'alimentation utilisent des TPU pour protéger les matériaux de revêtement des conceptions de câbles complexes, et leurs applications sont de plus en plus répandues.

④ Dispositifs médicaux

Le TPU est un matériau de substitution au PVC sûr, stable et de haute qualité, qui ne contient pas de phtalates ni d'autres substances chimiques nocives, et migre vers le sang ou d'autres liquides présents dans le cathéter médical ou la poche médicale pour provoquer des effets secondaires. De plus, le TPU de qualité extrusion et de qualité injection spécialement développé peut être facilement utilisé avec un peu de débogage dans l’équipement PVC existant.

⑤ Véhicules et autres moyens de transport

En extrudant et en enduisant les deux côtés du tissu en nylon avec de l'élastomère thermoplastique polyuréthane, des radeaux gonflables d'attaque de combat et des radeaux de reconnaissance transportant 3 à 15 personnes peuvent être fabriqués, avec de bien meilleures performances que les radeaux gonflables en caoutchouc vulcanisé ; L'élastomère thermoplastique polyuréthane renforcé de fibre de verre peut être utilisé pour fabriquer des composants de carrosserie tels que des pièces moulées des deux côtés de la voiture elle-même, des revêtements de porte, des pare-chocs, des bandes antifriction et des grilles.