پلی اورتان ترموپلاستیک چیست؟ یک پاسخ مستقیم
پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU) یک پلاستیک الاستومری است که انعطاف پذیری و کشش لاستیک را با چقرمگی و پردازش پذیری پلاستیک ترکیب می کند. برخلاف لاستیک گرماسخت، TPU را می توان چندین بار ذوب، تغییر شکل و بازیافت کرد زیرا زنجیره های پلیمری آن توسط پیوندهای فیزیکی و نه دائمی شیمیایی به هم متصل می شوند. در شکل خام، TPU به صورت گلولهها یا گرانولهای کوچکی ظاهر میشود که اکسترود شده، قالبگیری شده با تزریق، یا لمینت شده و به لایهها، پوششها، پارچهها و قطعات نهایی تبدیل میشوند.
از نظر شیمیایی، TPU با واکنش یک دی ایزوسیانات با یک یا چند دیول، همراه با یک توسعه دهنده زنجیره تولید می شود. بسته به نوع دیول مورد استفاده، TPU به سه خانواده اصلی تقسیم می شود: پلی استر TPU، پلی اتر TPU و پلی کاپرولاکتون TPU . هر خانواده دارای تعادل مشخصی از مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر هیدرولیز، مقاومت در برابر روغن، و انعطاف پذیری در دمای پایین است، به همین دلیل است که انتخاب مواد همیشه با تطبیق نوع TPU با کاربرد نهایی شروع می شود نه اینکه "TPU" را به عنوان یک ماده عمومی واحد در نظر بگیریم.
برای کاربردهایی که شامل منسوجات ضد آب، چادرها، تجهیزات فضای باز، غشاهای پزشکی یا پارچه های روکش شده صنعتی می شود. پلی اورتان ترموپلاستیک پلی استر معمولاً به دلیل مقاومت بالای روغن، مقاومت در برابر سایش و استحکام مکانیکی در مقایسه با جایگزین های مبتنی بر پلی اتر، درجه ترجیح داده می شود.
چگونه پلی اورتان ترموپلاستیک ساخته می شود
TPU متعلق به خانواده گسترده پلی اورتان است، اما چیزی که آن را از فوم یا پلی یورتان درجه پوشش جدا می کند، رفتار ترموپلاستیک آن است. فرآیند تولید به طور کلی سه مرحله را دنبال می کند:
- یک دی ایزوسیانات (معمولاً MDI، متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات) با یک پلیول با زنجیره بلند واکنش می دهد و بخش های نرمی را تشکیل می دهد که به ماده خاصیت ارتجاعی می دهد.
- یک دیول با زنجیره کوتاه به عنوان یک گسترش دهنده زنجیره عمل می کند و با دی ایزوسیانات بیشتری واکنش می دهد و بخش های سختی را تشکیل می دهد که به ماده استحکام و مقاومت در برابر حرارت می دهد.
- بخشهای نرم و سخت در ساختاری جدا شده از ریزفاز قرار میگیرند: بخشهای سخت بهعنوان پیوندهای متقاطع فیزیکی و حوزههای تقویتکننده عمل میکنند، در حالی که بخشهای نرم کشش و انعطافپذیری را فراهم میکنند.
این ساختار بخش نرم و سخت همان چیزی است که به TPU اجازه می دهد تا بدون از دست دادن خواص مکانیکی اصلی خود توسط گرما دوباره پردازش شود، که یک مزیت کلیدی نسبت به لاستیک ولکانیزه یا PVC است که با مواد افزودنی پلاستیکی شده است که در طول زمان مهاجرت می کنند و تخریب می شوند.
سه نوع اصلی TPU
انتخاب صحیح خانواده TPU تأثیر مستقیمی بر طول عمر محصول دارد، به ویژه برای کاربردهای پارچه در فضای باز، دریایی یا صنعتی که رطوبت، روغن و سایش تنش های ثابتی دارند.
پلی استر TPU
این نوع که از پلی استرهای پلی استر ساخته شده است بالاترین مقاومت کششی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر روغن/گریس در میان سه خانواده چسبندگی فوقالعادهای به منسوجات دارد و آن را به انتخاب استاندارد برای لمینیت پارچه ضد آب، تسمه نقاله، لباسهای محافظ و شیلنگهای صنعتی تبدیل میکند. محدودیت اصلی آن مقاومت کمتر در برابر هیدرولیز طولانی مدت در شرایط گرم و مرطوب در مقایسه با پلی اتر TPU است، اگرچه فرمولاسیون های مدرن به طور قابل توجهی این شکاف را کاهش داده اند.
پلی اتر TPU
ساخته شده از پلی اتر پلی اتر، این نوع ارائه می دهد مقاومت فوق العاده در برابر هیدرولیز، انعطاف پذیری در دمای پایین و مقاومت میکروبی . در محیطهای مرطوب یا سرد مانند تجهیزات دریایی، غشاهای پوشیده از اسکی و کاربردهای ذخیرهسازی سرد به خوبی عمل میکند، اما به طور کلی مقاومت سایشی و مقاومت روغن کمتری نسبت به پلی استر TPU دارد.
پلی کاپرولاکتون TPU
یک نوع سطح متوسط کمتر رایج که برخی از مقاومت هیدرولیز TPU پلی اتر را با برخی از ویژگی های استحکام TPU پلی استر ترکیب می کند. در کاربردهای خاص مانند دستگاههای پزشکی خاص و فیلمهای تخصصی استفاده میشود، اما نسبت به دو نوع اصلی کمتر در دسترس است.
پلی استر TPU در مقابل پلی اتر TPU: مقایسه کنار هم
جدول زیر تفاوت های عملی را که در انتخاب TPU برای تولید پارچه های روکش دار یا چند لایه اهمیت دارد، خلاصه می کند.
| اموال | پلی استر TPU | پلی اتر TPU |
|---|---|---|
| استحکام کششی | بالاتر | متوسط |
| مقاومت در برابر سایش | عالی | خوب |
| مقاومت در برابر روغن و گریس | عالی | منصفانه |
| مقاومت در برابر هیدرولیز | منصفانه to good | عالی |
| انعطاف پذیری در دمای پایین | خوب | عالی |
| مقاومت میکروبی | پایین تر | بالاتر |
| عملکرد چسباندن پارچه | عالی | خوب |
برای اکثر کاربردهای پارچه، کیف، چادر و پارچه های صنعتی ضد آب، پلی استر TPU رایج ترین انتخاب تجاری است زیرا مزایای استحکام و پیوند بیشتر از مبادله هیدرولیز است، به ویژه زمانی که پارچه در معرض رطوبت بالا و شرایط دمای بالا قرار نگیرد.
ویژگی های فیزیکی و مکانیکی کلیدی TPU
TPU در سراسر صنایع ارزش دارد زیرا در منطقه عملکردی قرار دارد که نه لاستیک و نه پلاستیک استاندارد به تنهایی نمی توانند آن را اشغال کنند. ویژگی های زیر توضیح می دهد که چرا:
- خاصیت ارتجاعی بالا: TPU معمولاً می تواند چندین برابر طول اولیه خود کشیده شود و به شکل اولیه خود بازگردد، با کشیدگی در هنگام شکست معمولاً بسته به سختی از 300٪ تا 600٪ متغیر است.
- سختی قابل تنظیم: TPU در طیف وسیعی از سختی Shore در دسترس است، به طور کلی از Shore 60A (نرم، لاستیک مانند) تا Shore 75D (پلاستیک سخت و تقریبا مهندسی)، که به یک شیمی اجازه می دهد تا نیازهای بسیار متفاوت محصول را برآورده کند.
- مقاومت در برابر سایش: TPU در تست سایش به طور مداوم از PVC و اکثر لاستیک ها بهتر عمل می کند، به همین دلیل است که به طور گسترده در سطوح با سایش بالا مانند زیره کفش، روکش شلنگ و تسمه نقاله استفاده می شود.
- انواع ضد آب و تنفس: فیلمهای TPU را میتوان بهعنوان موانع کاملاً ضد آب یا بهعنوان غشاهای ریز متخلخل/هیدروفیل طراحی کرد که به بخار آب اجازه عبور میدهد و در عین حال مانع از آب مایع میشود، که اساس لمینتهای پارچهای ضدآب است.
- عملکرد در دمای پایین: بسته به فرمولاسیون، TPU می تواند در دماهای بسیار زیر انجماد انعطاف پذیر باقی بماند، که برای کاربردهای در فضای باز و زنجیره سرد مهم است.
- قابلیت بازیافت: از آنجایی که TPU ترموپلاستیک است نه ترموست، مواد ضایعاتی را می توان مجدداً آسیاب کرد و مجدداً پردازش کرد و در مقایسه با ترکیبات لاستیکی که نمی توانند دوباره ذوب شوند، ضایعات تولید کاهش می یابد.
پلی استر TPU در تولید پارچه ضد آب
یکی از بزرگترین کاربردهای تجاری پلی یورتان ترموپلاستیک پلی استر، به عنوان یک لایه لمینیت یا پوشش است که به پارچه های پایه بافته شده یا بافتنی مانند مخلوط های پلی استر، نایلون یا پنبه متصل می شود. مواد کامپوزیتی به دست آمده استحکام کششی منسوجات را با خواص ضد آب، الاستیک و مقاوم در برابر سایش فیلم TPU ترکیب می کند.
این ساخت و ساز در طیف گسترده ای از کالاهای نهایی استفاده می شود، از جمله:
- وسایل بارانی، کاپشن و لباس بیرونی ضد آب
- چادر، برزنت، و پوشش تجهیزات فضای باز
- محصولات بادی مانند قایق، تشک بادی و اسباب بازی های استخری
- محصولات پزشکی و بهداشتی از جمله محافظ تشک ضد آب
- پوشش ها و کیسه های محافظ صنعتی که به مقاومت در برابر روغن و مواد شیمیایی نیاز دارند
تولیدکنندگانی مانند Safelong محصولات اختصاصی دارند پلی اورتان ترموپلاستیک پلی استر خطوط پارچه ضد آب که به طور خاص برای این موارد استفاده مهندسی شده است. خط تولید پارچه ضد آب TPU پلی استر آنها نشان می دهد که چگونه مواد در ضخامت ها، سطوح سختی و پرداخت های مختلف (مات، براق، چاپ شده) برای مطابقت با الزامات مصرف نهایی خاص ارائه می شود.
هنگام تهیه پارچه پلی استر TPU، خریداران معمولاً آن را بر اساس سه معیار ارزیابی می کنند: درجه بندی فشار هیدرواستاتیک (ضد آب)، استحکام لایه برداری/پیوند بین فیلم TPU و پارچه پایه، و چرخه های سایشی قبل از شکست . یک لمینت پلی استر TPU با چسبندگی خوب نباید در شرایط عادی تاشو، کشش یا شست وشو ورقه ورقه شود.
TPU در مقابل PVC در مقابل لاستیک: چرا تولیدکنندگان در حال تغییر هستند
برای چندین دهه، پارچه با روکش پی وی سی به دلیل هزینه کم، انتخاب پیش فرض برای منسوجات ضد آب بود. با این حال، TPU به دلایل عملی به طور پیوسته جایگزین PVC در بسیاری از کاربردهای متوسط تا پریمیوم شده است:
| عامل | پارچه TPU | پارچه پی وی سی | پارچه با روکش لاستیکی |
|---|---|---|---|
| انعطاف پذیری در هوای سرد | خوب to excellent | ضعیف (سفت/شکننده می شود) | متوسط |
| مقاومت در برابر سایش | عالی | متوسط | خوب |
| ماندگاری طولانی مدت | بالا (بدون روان کننده) | با خروج نرم کننده ها از بین می رود | متوسط; can crack over time |
| قابلیت بازیافت | بله (ترموپلاستیک) | محدود | سخت (ترموست) |
| هزینه مواد نسبی | بالاتر | پایین تر | متوسط to higher |
از آنجایی که TPU برای انعطافپذیر ماندن به نرمکنندهها متکی نیست، از سفت شدن و ترک خوردن پارچه PVC بهعنوان نرمکنندهها در طول سالها استفاده جلوگیری میکند. این باعث میشود پارچه TPU سرمایهگذاری بلندمدتی قویتر برای محصولاتی باشد که انتظار میرود تا شدن مکرر، قرار گرفتن در معرض فضای باز یا ذخیرهسازی سرد را تحمل کنند.
صنایعی که به پلی اورتان ترموپلاستیک متکی هستند
کفش
TPU به طور گسترده ای برای زیره های کفش، روکش های میانی و پاشنه پا استفاده می شود، زیرا در مقابل سایش بسیار بهتر از ترکیبات لاستیکی استاندارد مقاومت می کند و در عین حال سبک است.
خودرو
تزئینات داخلی، پوشش کابل، مهر و موم و پوشش های کیسه هوا اغلب از TPU برای ترکیبی از انعطاف پذیری، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر مایعات خودرو استفاده می کنند.
پزشکی
فیلمهای TPU در پانسمانهای زخم، اجزای کاتتر و پوششهای پزشکی ضدآب استفاده میشوند، زیرا میتوان آنها را بدون نرمکنندههای معمولی ساخت و بدون از دست دادن خاصیت استریل کرد.
کالاهای مصرفی و تجهیزات فضای باز
کیف های تلفن، کیسه های محافظ، تجهیزات ورزش های آبی بادی و لباس های ضد آب، همگی از فیلم TPU یا پارچه روکش شده با TPU برای شفافیت، انعطاف پذیری و دوام آن استفاده می کنند.
تولید صنعتی و نساجی
تسمههای نقاله، پوششهای خرطومی هیدرولیک، پتوهای چاپ و پارچههای فنی روکششده از TPU استفاده میکنند، با پلیاستر TPU مخصوصاً در مواردی که قرار گرفتن در معرض روغن یا سایش شدید مکانیکی مورد توجه قرار میگیرد.
نحوه انتخاب پارچه یا گرید TPU مناسب
انتخاب مواد TPU مناسب به تطابق محیط عملیاتی محصول با نقاط قوت شناخته شده مواد بستگی دارد. از چک لیست زیر به عنوان یک نقطه شروع عملی استفاده کنید:
- قرار گرفتن در معرض روغن، گریس یا سوخت: پلی استر TPU را انتخاب کنید
- رطوبت بالا یا غوطه وری طولانی مدت در آب: پلی اتر TPU یا یک فرمول TPU پلی استر تثبیت شده با هیدرولیز را در نظر بگیرید.
- استفاده از آب و هوای سرد یا فریزر: درجه بندی انعطاف پذیری در دمای پایین را در اولویت قرار دهید و TPU پلی اتر را در نظر بگیرید.
- سطوح با سایش بالا (کفی، کمربند، کیف): TPU پلی استر را برای مقاومت در برابر سایش برتر انتخاب کنید.
- نیاز به چسبندگی قوی پارچه: پلی استر TPU لمینیت با اطمینان بیشتری نسبت به منسوجات بافته می شود.
- نیاز نرمی: به جای تکیه بر توضیحات کلی مانند "نرم" یا "سفت"، یک محدوده سختی خاص Shore را درخواست کنید (به عنوان مثال، 70A تا 85A برای کاربردهای پارچه نرم و انعطاف پذیر).
هنگام درخواست نمونه یا مشخصات از یک تامین کننده، رتبه بندی سر هیدرواستاتیک (بر حسب میلی متر)، وزن پارچه (بر حسب گرم بر متر مربع)، ضخامت لایه TPU و ردکننده پارچه پایه را بخواهید، زیرا این چهار شکل با هم عملکرد ضد آب و دوام واقعی را تعیین می کنند.
مراقبت و نگهداری از محصولات پارچه ای TPU
پارچه پوشش داده شده با TPU بادوام است، اما حمل و نقل مناسب عمر مفید آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد:
- از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض حرارت مستقیم زیاد خودداری کنید، زیرا می تواند سطح TPU را نرم کرده و باعث چسبندگی شود.
- با آب و صابون ملایم به جای حلال های قوی تمیز کنید، که می تواند به مرور زمان به فیلم TPU حمله کند.
- برای جلوگیری از چین و چروک شدن دائمی، بهجای چرخاندن محکم تحت فشار سنگین، برای مدت طولانی نگهداری کنید.
- از تماس طولانی مدت با اکسید کننده های قوی یا مواد شیمیایی صنعتی تهاجمی دور نگه دارید، مگر اینکه درجه TPU خاص برای آن قرار گرفتن در معرض درجه بندی شده باشد.
سوالات متداول
آیا پلی اورتان ترموپلاستیک ضد آب است؟
بله. فیلم جامد TPU ذاتاً ضد آب است و هنگامی که روی پارچه پایه لمینت میشود، یک لایه مانع پیوسته تشکیل میدهد که از عبور آب مایع جلوگیری میکند، در حالی که برخی از فرمولهای هیدروفیل TPU هنوز اجازه میدهند بخار آب برای تنفس خارج شود.
تفاوت بین TPU و PU چیست؟
"PU" یک اصطلاح گسترده است که تمام مواد پلی یورتان را شامل می شود، از جمله فوم ها، پوشش ها، چسب ها و الاستومرها، که بسیاری از آنها ترموست هستند و قابل ذوب مجدد نیستند. TPU به طور خاص زیر کلاس ترموپلاستیک پلی یورتان است، به این معنی که می توان آن را ذوب و دوباره پردازش کرد، که اکسترود، لمینت و بازیافت آن را آسان تر می کند.
چرا TPU پلی استر برای پارچه ضد آب ترجیح داده می شود؟
پلی استر TPU offers stronger bonding to woven textiles, higher abrasion resistance, and better oil and grease resistance than polyether TPU, all of which are important for fabric products that face regular mechanical stress and handling.
آیا پارچه TPU برای تماس با مواد غذایی یا پوست ایمن است؟
TPU را می توان بدون نرم کننده های رایج موجود در PVC فرموله کرد و گریدهای تماس با غذا یا تماس با پوست به طور گسترده در دسترس هستند. با این حال، مناسب بودن همیشه به فرمول خاص بستگی دارد، بنابراین خریداران باید قبل از نهایی کردن محصول، استفاده مورد نظر را با سازنده تایید کنند.
آیا پارچه TPU مانند PVC به مرور زمان ترک میخورد؟
TPU به مراتب کمتر از PVC مستعد ترک خوردن است زیرا برای انعطاف پذیر ماندن به نرم کننده ها وابسته نیست. پی وی سی با خروج نرم کننده ها در طول سال ها استفاده شکننده می شود، در حالی که TPU خاصیت ارتجاعی خود را حفظ می کند زیرا انعطاف پذیری در خود ساختار پلیمری تعبیه شده است.
آیا پارچه TPU قابل بازیافت است؟
TPU خالص را می توان دوباره آسیاب کرد و دوباره پردازش کرد زیرا ترموپلاستیک است. بازیافت پارچه با لایه لایه TPU پیچیدهتر است زیرا شامل جداسازی فیلم TPU از منسوجات پایه است، اما ضایعات خالص TPU و برشهای تولید فیلم یا ورق معمولاً در تأسیسات تولیدی بازیابی میشوند.
خلاصه
پلی اورتان ترموپلاستیک یک الاستومر انعطاف پذیر، بادوام و قابل بازیافت است که فاصله بین لاستیک و پلاستیک سفت و سخت را پر می کند. در میان انواع آن، پلی استر TPU برای تولید پارچه ضد آب متمایز است به لطف اتصال قوی، مقاومت در برابر سایش بالا و مقاومت در برابر روغن، آن را به یک ماده معمولی انتخاب برای تجهیزات فضای باز، پوشش های محافظ، محصولات بادی و منسوجات روکش صنعتی تبدیل می کند که باید در طول سال ها استفاده به طور قابل اعتماد کار کنند.