Полиуретаны

     В результате анализа ИК-спектров продуктов деструкции установили, что качественный состав продукта деструкции и сложного полиэфира практически идентичен, а их молекулярные массы сопоставимы. Продукт деструкции может применяться как добавка хорошо сопоставимая с исходным полиолом при синтезе полиуретана. Так при введении до 20% (массовых) деструктированного полиуретана в исходный полиэфир, готовый продукт сохраняет физико-механические показатели на первоначальном уровне.

     Кремнийорганические полиуретаны являются сравнительно новым классом кремнейорганических полимеров. Получают их обычно взаимодействием высокомолекулярных кремнийорганических диолов с диизоцианатами. Кроме того, кремнийорганические могут быть синтезированы на основе реакционноспособных олигомеров, в частности кремнийорганических олигоэфируретанакфилатов, легко полимеризирующихся по радикальному механизму. Использование кремнийорганических (КО) карбофункциональныъх соединений для модификации полиуретанов способствует существенному улучшению физико-механических показателей, повышению тепло- и морозостойкости, износостойкости, гидрофобности, водо- и химической устойчивости . Пленкообразующие полиуретановые композиции, модифицированные смесью органических и кремнийорганических продуктов, как правило, характеризуются высокими физико-механическими показателями. Процесс формирования модифицированных полиуретанов изучали по кинетике изоцианатного полиприсоединения и гелеобразованию. Наблюдается рост константы скорости реакции при введении полиэфируретана тройного сополимера и различного типа КО модификаторов, различающихся химическим строением и пространственной конфигурацией, что связывают с увеличением содержания более активных в реакции изоцианатного полиприсоединения межмолекулярных ассоциатов гидроксильных групп, а также разным набором конформации молекул.

     Характерно, что сочетание тройного сополимера и КО модификаторов разного строения в полиуретановых существенно улучшает относительную твердость пленок, прочность при разрыве с одновременной эластификацией. Все модифицированные полиуретаны обладают максимальными показателями прочности при ударе и изгибе. При совместном введении винилового сополимера и КО модификаторов в полиэфируретаны значительно снижается водородопоглащение (не превышает 3%) и улучшаются защитные свойства пленок.

     Модифицированные  уретановые эластомеры являются перспективными полимерами для получения на их основе армированных пленочных материалов, применяемых практически во всех отраслях промышленности. Армированные пленочные материалы на основе простых  и сложных полиэфиров обладают высокими физико-механическими показателями, хорошей адгезией полимерного покрытия к основам различной природы  и строения.[5] 
 

     4 Свойства полиуретана 

     Полиуретан характеризуется высокими физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Это позволяет применять полиуретан во многих отраслях промышленности с высокими требованиями к свойствам материала.

     Различные виды, которые имеет термопластичный  полиуретан, появились на мировом рынке относительно недавно. но уже завоевали многочисленное признание. Они являются своеобразным связующим звеном между каучуками и пластмассами.

     Важнейшее свойство, которым обладает полиуретан — высокая износостойкость, которая сочетается с не менее высокой масло-, бензо- и озоностойкостью. Полиуретан так же имеет превосходные демпфирующие, теплофизические и эластичные свойства. Изделия, для которых в процессе производства используют полиуретан, по своим свойствам превосходят аналогичные изделия из высококачественных резин.

     Благодаря значительному увеличению долговечности  и повышения качества изделий, полиуретан очень выгодно использовать.

     Изменяя состав компонентов, и применяя различные технологии, можно изготовить полиуретан, обладающий различными свойствами. Посмотрим на характеристики и особенности, которыми обладает полиуретан по данным таблицы 4.1.: 

     Таблица 4.1. Особенности полиуретана 

 

     Полиуретан  обладает рядом преимуществ по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Некоторые из них приведены ниже.

• Полиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности из теплоизолирующих материалов;
• Полиуретан может быть напылен одним нанесением слоем от 1 до 12 мм как на поверхности любой сложной конфигурации, так и на вертикальные поверхности;
• Полиуретан имеет свойство электрического изолятора, устойчив к воздействию открытого пламени и теплового излучения;
• Не обледененивает, имеет устойчивость к солям, ультрафиолетовому излучению, химическим соединениям, кроме некоторых растворителей и концентрированных кислот;
• У полиуретана отличные адгезивные свойства;
• Имеет хорошую прочность и устойчивость к деформациям;
• Полиуретан оберегает объекты от действия воды, погоды, образования ржавчины, коррозии, устойчив к действию микроорганизмов, плесени, гниению, может «работать» в грунте;
• Эластичен, не растрескивается, не расслаивается и не отслаивается при температуе от −40 до +100°С;

     Благодаря этому, полиуретан применяется во многих производствах, что делает универсальным, многопрофильным материалом с очень большим потенциалом и огромными перспективами использования в будущем.

     Полиуретановые эластомеры

• Твёрдость, по Шору — 55—95 Sh A
• Модуль упругости 100% — 1,6—26 МПа
• Модуль упругости 300% — 2,4—35 МПа
• Прочность на растяжение — 13—52 МПа
• Удлинение при разрыве — 250—600 %
• Прочность на раздир — 30—110 н/м
• Эластичность по отскоку — 20—65 %
• Истираемость — 20—130 мм3
• Удельный вес — 1,1—1,25

     Эластомеры — полиуретановые эластомеры представляют собой каучукоподобный материал. Высокая прочность, износостойкость, эластичность, абразивостойкость и ряд других качеств позволяют с большим эффектом использовать этот материал практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства взамен резины, традиционных пластмасс, а в ряде случаев, и металлов. Эластомеры обладают ценными качествами по сравнению со многими другими традиционными материалами.

     Полиуретаны по сравнению с резинами характеризуются повышенной абразивной стойкостью и механической прочностью.[7]

     Эластомеры  по сравнению с пластиками имеют меньшую хрупкость, повышенную абразивную стойкость, более высокий срок службы.

     Полиуретаны по сравнению с металлами обеспечивают снижение массы изделия, снижение шума при работе, менее интенсивное изнашивание, не подвержены коррозии.

     Преимущества эластомеров:

• высокая эластичность в диапазоне твердости 55 — 97 единиц Шора А;
• высокая износостойкость;
• хорошее воспроизведение формы после деформации;
• высокая стойкость к динамическим нагрузкам;
• высокие характеристики поглощения ударов и вибраций;
• высокие масло-бензостойкость и атмосферостойкость;

     5 Применение полиуретанов 

     Благодаря своей универсальности, полиуретан применяется практически во всех сферах промышленности, для изготовления самых разнообразных уплотнений, защитных покрытий, лакокрасочных изделий, клеев, герметиков, деталей машин (валов, роликов, пружин и т. п.), изоляторов, имплантатов и прочих изделий.

     Также применяется во вспененном виде, благодаря  тому что ряд реакций создания полиуретана сопровождается выделением газа. 

     5.1 Производство изделий из литьевых полиуретанов   

     Особенность полиуретанов - исключительно высокие  физико - механические свойства, по некоторым  параметрам превосходящие не только все типы резин, каучуков, но и металлы. Полиуретан придает изделиям такие  полезные свойства, которые недостижимы  для обычных резин.

     Во-первых, это повышенное значение твердости (до 95 ед. по Шору А.), что позволяет использовать полиуретан для изделий, работающих с особо сильным механическим нагружением, например, для валов холодной прокатки или гибки стали.

     Во-вторых, непревзойденная износостойкость  и абразивная стойкость. Литьевые полиуретаны  превосходят резины, пластики и металлы  по своей абразивной стойкости в  несколько раз.

     В-третьих, при повышенной твердости полиуретан сохраняет высокую эластичность, предел деформации при разрыве обычно не менее 350%. Это обеспечивает очень  высокое значение прочности - до 50 МПа.

     В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом высокой температуры  эксплуатации полиуретанов является 120⁰С. Низкие температуры не оказывают особого влияния на свойства полиуретановых эластомеров до -70⁰С. 

     5.2 Футеровка валов 

     Под футеровкой принято понимать процесс  отделки поверхности изделия  специфическим защитным материалом, в качестве которого может выступать гомогенный или гетерогенный элемент, например полиуретан.

     В качестве защитного слоя может также выступать резина, пластмасса, углепластик и любой другой защитный материал. Футеровка защищает готовые изделия от истирания и порчи поверхности даже при многократном использовании. Например, такие изделия как промышленные валы, которые используются в трубопрокатном производстве, полиграфии и любых других производственных циклах, нуждаются в надежной защите от истирания, которое пагубно влияет на качество выпускаемой продукции. Наибольшее значение в футеровке валов имеет такой универсальный и надежный материал, как полиуретан. Именно футеровка валов полиуретаном является самой выгодной при соотношении цена / степень защиты.

     Полиуретан, как защитный материал, прочно связывается с поверхностью каждого валика и образует защитный слой от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, в зависимости от необходимой степени защиты от нагрузки.

     Например, при использовании валов в качестве прокатной дорожки для небольшого производства (например производство полнотелого кирпича), их футеровка выполняется при относительно небольшом слое в 5-10 миллиметров.

     В тоже время, при использовании их в трубопрокатном производстве или для полиграфии, где возникают большие силы трения, футеровку валов необходимо выполнять особо прочным слоем полиуретана толщиной в несколько сантиметров.

     Необходимо  понимать, что во время каждого процесса футеровки, ее слой должен рассчитываться индивидуально для каждого изделия, будь то ведущий вал, манжеты, механизмы доменной печи или любые другие детали.[5] 

     5.3 Форполимеры уретановые 

     Предназначены для изготовления изделий и различных  деталей машиностроения, работающих в интервале температур от –60 до +50°С, в листоштамповочном производстве для изготовления деталей и плит, а также в качестве антикоррозионного покрытия, устойчивого в условиях абразивного и гидроабразивного износа.

     Изделия из форполимеров уретановых характеризуются повышенной износостойкостью, высокой прочностью, маслобензостойкость, устойчивостью к среде кислорода, озона. Форполимеры перерабатываются в изделия методом литья.

     Форполимеры уретановые упаковывают во фляги, барабаны, стальные бочки или герметично закрывающиеся емкости. Гарантийный срок хранения - 6 месяцев со дня изготовления. 

     Таблица 5.1. Технические характеристики уретановых форполимеров: