Что такое термопластичный полиуретан (ТПУ / TPU)
Термопластичный полиуретан, или ТПУ (TPU) – современный полимерный материал, относящийся к классу эластомеров, веществ с повышенной эластичностью (в два раза эластичнее резины). Ткань с покрытием из ТПУ идеально подходит для изготовления надувного оборудования, и превосходит привычную ПВХ-ткань по многим ключевым показателям.
ТПУ – это атмосферостойкий и светостойкий материал, не подверженный гидролизу. Он также устойчив к воздействию масел и жиров, износу и трению, не теряет форму, не растягивается даже при длительном воздействии, не плавится при температуре до +80 о С. На сегодняшний день он используется, в том числе, при производстве надувных лодок, пневмокаркасных палаток, надувного игрового оборудования – зорбов, всесезонных аттракционов. В магазине Катера Сибири изделия из ТПУ на тканевой основе представлены в гандолах (внутренних баллонах) надувных катамаранов Вольный Ветер. Так же магазин Катера Сибири производит бронирование лодок ПВХ полиуретаном.
СРАВНЕНИЕ ТПУ И ПВХ
ПВХ-ткань – это полотно из синтетической нити, покрытое поливинилхлоридом. Нередко поверх наносится еще какое-либо вещество, для придания особых качеств – лучшей износостойкости, морозостойкости. Выпускаются виды ПВХ-текстиля с различными характеристиками плотности, весом от 200 до 1500 г/м2.
ТПУ называют симбиозом каучука и пластмассы. Его производят на основе алифатического изоцианата, простых и сложных полиэфиров. Именно наличие алифатических изоцианатов делает термопластичный полиуретан устойчивым к атмосферным воздействиям, в том числе и ультрафиолету. Этот же компонент делает ТПУ невосприимчивым к микроорганизмам.
Преимущества ТПУ-материала
ТПУ или ПВХ – что лучше? Оба материалы огнестойки, водо- и воздухонепроницаемы, выпускаются в разных цветах либо прозрачными. За ними легко ухаживать. Некоторые механические характеристики, такие как адгезия, прочность на растяжение, разрыв и раздирание у TPU и PVC одинаковы и зависят от конкретной марки материала.
Тем не менее, если взять в руки кусочки ПВХ-ткани и ТПУ-материала, можно отметить, что последний более мягкий, эластичный и лёгкий, специфический запах у него отсутствует. Благодаря этим качествам его используют даже для изготовления верхней детской одежды для прогулок в непогоду, для так полюбившихся современным мамам «непромокаек».
Преимущества ТПУ перед ПВХ-тканью:
Главный минус термополиуритана – его цена, она выше, чем у ПВХ. При этом износостойкость материала делает надувное изделие из ТПУ разумным выбором, если предполагается продолжительная эксплуатация.
ОПТИКА С АЗОТОМ
TPU-материал – что это?
Термопластичный полиуретан (ТПУ) входит в класс полимеров. Это эластомер с признаками пластмассы и каучука — уретановые связи соединяют органические элементы. Эластомер растягивается как резина. Вещи из этого полимера не теряют гибкость при морозе 60 градусов, не тают при жаре 80 градусов, не реагируют на жиры и масла, устойчивы к износу и трению.
Основным компонентом для производства вещества бывают алифатический изоцианат, простые и сложные полиэфиры. Первые уменьшают хрупкость при морозе и увеличивают сопротивляемость ультрафиолету. Вторые придают изделиям морозостойкость, устойчивость к износу и защиту от микробов. Третьи увеличивают коэффициент растяжения и восстановления после деформации.
История появления
Источники выдвигают разные версии об истории создания химической новинки. По одной из них, всё началось с бильярда.
Компания по изготовлению аксессуаров для игры на зелёном сукне объявила: десять тысяч долларов тому, кто отыщет замену слоновой кости, придумает новые материалы. Через четыре года поисков американский изобретатель Джон Уэсли Хайат явил идею использования нитроцеллюлозы. Изобретатель воспользовался итогами работ английского металлурга Александра Паркса на Большой мировой выставке 1855 года.
Американец не продал результат научных поисков, а организовал на паях с братом собственное изготовление пластмасс. Они придумали специальный агрегат для литья пластмассы. Через 36 месяцев конкуренты взяли патент на технику для литья под давлением. Технологию запатентовали в первом десятилетии ХХ века. Ещё пятнадцать лет машины для изготовления пластмассовых заготовок делали не сложные формы.
Затем немецкие технологи в четвертый раз изобрели процесс литья под давлением, оформив технические условия на процесс литья изделий с непростой формой. Немецкий же учёный Байер синтезировал TPU-материал в четвёртом десятилетии двадцатого века.
К середине ХХ века придумали машину для изготовления тонкостенных изделий. Начался массовый выпуск полимера.
Производство TPU-материала
Компоненты ТПУ химически обрабатывают, и в виде гранул загружают в бункер автомата, оттуда происходит шнековая подача в камеру разогрева.
На термопластавтоматах изготавливают бруски, полосы, листы – простые формы. Разогретая пластичная масса из гранул полиуретана выдавливается через отверстие заданной конфигурации в машине. Процесс называется экструзия.
Для изготовления сложных деталей применяют процесс инжекции – впрыска пластичной массы в литьевую форму.
Перед переработкой требуется произвести сушку сырья: 6 часов при 80 градусах или 2 часа при 100 градусах.
Готовые изделия две — три недели держат в тёплом помещении. Так достигаются параметры эксплуатации вещи. Для сокращения сроков выдержки изделия помещают в печь на 16 часов и сушат при температуре 105 градусов.
Отличия от других пластмасс
Изделия из TPU-материала характеризуются высокой степенью твёрдости, ими нивелируют воздействие сильных механических нагрузок.
При высокой твердости детали эластичны, прочны и устойчивы к деформации, не раскалываются при ударе.
Полиуретановая продукция устойчива к воздействию абразивных веществ твёрдого состояния, с помощью которых полируют и шлифуют поверхности.
Термопластичный полиуретан идёт на изготовление простых и сложных форм, и толстых изделий.
На ТПУ не селится плесень и микробы.
Преимущества и минусы
Но, термопластичный полиуретан имеет и минусы :
Применение TPU-материала
В производстве товаров народного потребления TPU-материал применяется в следующих отраслях.
• Машиностроение – формовка шин, уплотнителей, сальников, автомобильных прокладок. Валы, шестерни и вибростойкие детали из полиуретана применяют на внутризаводском транспорте, в горной и нефтегазодобывающей промышленности.
• Шланги, электропровода и кабели. Выбор материала для изготовления кабельной продукции учитывает особенности ТПУ: удлинение в 5-8 раз, прочность на разрыв 5,5МПа, выдерживание растягивающих нагрузок в диапазоне 21-55 МПа. Благодаря коэффициенту твёрдости по Шору 85-90, ПУ применяют как защитную оболочку кабеля с динамической нагрузкой, там, где есть воздействие вибрации и ударной силы.
• Выпуск обуви. Высокая прочность полиуретана увеличивает время эксплуатации обуви.
Товары для спорта (накладки для защиты тела, плёнка на лыжи и на сноуборды, спортивная обувь);
Преимущества ТПУ (TPU) перед ПВХ-материалом
Термопластичный полиуретан, или ТПУ (TPU) – современный полимерный материал, относящийся к классу эластомеров, веществ с повышенной эластичностью (в два раза эластичнее резины). Ткань с покрытием из ТПУ идеально подходит для изготовления надувного оборудования, и превосходит привычную ПВХ-ткань по многим ключевым показателям.
ТПУ – это атмосферостойкий и светостойкий материал, не подверженный гидролизу. Он также устойчив к воздействию масел и жиров, износу и трению, не теряет форму, не растягивается даже при длительном воздействии, не плавится при температуре до +80 о С. На сегодняшний день он используется, в том числе, при производстве надувных лодок, пневмокаркасных палаток, надувного игрового оборудования – зорбов, всесезонных аттракционов.
Сравнение ТПУ и ПВХ
ТПУ называют симбиозом каучука и пластмассы. Его производят на основе алифатического изоцианата, простых и сложных полиэфиров. Именно наличие алифатических изоцианатов делает термопластичный полиуретан устойчивым к атмосферным воздействиям, в том числе и ультрафиолету. Этот же компонент делает ТПУ невосприимчивым к микроорганизмам.
Преимущества ТПУ-материала
ТПУ или ПВХ – что лучше? Оба материалы огнестойки, водо- и воздухонепроницаемы, выпускаются в разных цветах либо прозрачными. За ними легко ухаживать. Некоторые механические характеристики, такие как адгезия, прочность на растяжение, разрыв и раздирание у TPU и PVC одинаковы и зависят от конкретной марки материала.
Тем не менее, если взять в руки кусочки ПВХ-ткани и ТПУ-материала, можно отметить, что последний более мягкий, эластичный и лёгкий, специфический запах у него отсутствует. Благодаря этим качествам его используют даже для изготовления верхней детской одежды для прогулок в непогоду, для так полюбившихся современным мамам «непромокаек».
Преимущества ТПУ перед ПВХ-тканью:
Главный минус термополиуритана – его цена, она выше, чем у ПВХ. При этом износостойкость материала делает надувное изделие из ТПУ разумным выбором, если предполагается продолжительная эксплуатация. Являясь производителем, компания «Тайм Триал» предлагает вам оборудование из ПВХ-ткани или ТПУ. Мы рассчитаем стоимость вашего заказа в двух вариантах исполнения, чтобы вы могли купить надувное оборудование, наилучшим образом подходящее для ваших целей и бюджета.
TPE и TPU являются термопластичными эластомерами, которые позволяют готовому изделию легко растягиваться или сгибаться. Прежде чем мы углубимся в подробности об этих двух типах материалов, которые используются в 3D печати, давайте поговорим о гибких материалах в целом и о том, почему они используются.
Есть несколько причин, из-за которых стоит задуматься об использовании TPE или TPU пластиков для 3D печати. Это может быть необходимость гашения вибраций и амортизация, высокая ударная вязкость и хорошая устойчивость к разрыву и износостойкость, высокая устойчивость к воздействию химических веществ, а также высоким или низким температурам. При всех этих плюсах следует отметить, что печатать гибкими материалами не так то просто как хотелось бы. Как правило, чем мягче и гибче материал, тем сложнее его использовать для 3D печати.
Теперь давайте подробнее поговорим о материалах TPE и TPU и проясним различия между ними. В статье мы также рассмотрим передовые методы 3D печати и предложим вам несколько 3D моделей, которые стоит попробовать напечатать TPE или TPU пластиками.
Два TP пластика
TPE означает термопластичный эластомер. Это смесь твердого пластика и мягкой резины, поэтому он обладает как термопластичными, так и эластичными свойствами. TPE охватывает широкий спектр гибких материалов, включая термопластичный полиуретан (TPU), термопластичный сополиэфир (TCP), термопластичный полиамид (TPA).
TPU означает термопластичный полиуретан. Это наиболее распространенный тип TPE, который находится в группе гибких материалов, обладающих большей жесткостью.
Разбираемся в путанице
Поскольку термины TPE и TPU часто путают, стоит внести ясность.
Теперь, когда мы знаем базовые вещи об этих материалах для 3D печати, давайте подробнее рассмотрим их различия.
Похожие, но разные
TPE и TPU можно разделить по их твердости, которая измеряется сопротивлением деформации материала. Как мы знаем, TPU тверже, чем TPE, а твердость TPU по Шору составляет от 60 A до 55D с высоким диапазоном упругости (обычно от 600 до 700%).
Логично, что TPE имеет более широкий диапазон твердости, чем TPU. Различия в химическом составе TPE означает, что некоторые типы TPE частично твердые и подходят для 3D печати чего-то вроде автомобильных шины, в то время как другие типы очень эластичны, сравнимы с резиновой лентой по своим свойствам.
По сравнению TPE, TPU демонстрирует большую жесткость, которую не следует путать с твердостью. Жесткость характеризует способность материала изгибаться, указывая на тенденцию материала возвращаться к своей первоначальной форме после воздействия нагрузки.
Другие отличия заключаются в том, что TPU будет вызывать больше проблем во время 3D печати, потому что TPU более плотный, чем TPE группа пластиков. TPU имеет гладкую поверхность, в то время как TPE обычно имеет более прорезиненную текстуру. TPU имеет большую стойкость к износу и стиранию, чем большинство TPE пластиков, а усадка ТПУ меньше, чем у TPE.
Теперь, когда мы разобрались с различиями TPU и TPE материалов, давайте рассмотрим рекомендации по 3D печати этими гибкими материалами.
Особенности настроек 3D печати гибкими TPU и TPE пластиками
3D печать TPE пластиками
Печать TPE пластиками может вызывать проблемы из-за эластичности. Рекомендуется печатать со следующими настройками:
Цены некоторых популярных марок TPE материалов: eSun TPE (около 42 долларов США / кг), MatterHackers Pro Series TPE (около 55 долларов США / 0,5 кг) и 3DXFlex TPE (около 68 долларов США / 0,5 кг).
3D печать TPU пластиками
Цены некоторых популярные марок TPU материалов: Kodak Flex TPU (около 50 долларов США / 0,75 кг), Ultimaker TPU (около 70 долларов США / 0,75 кг), TPU серии MatterHackers Build (около 45 долларов США / кг), Polymaker PolyFlex (около 55 долларов США / 0,75 кг) и, один из самых популярных, NinjaTek (около 55 долларов за 0,5 кг).
Что напечатать на 3D принтере с помощью TPU или TPE пластиков
Вот несколько классных 3В моделей, которые можно попробовать напечатать TPE или TPU пластиками:
Популярные статьи в разделе «Процесс 3D печати»
Свойства и особенности термопластичного полиуретана
Современная наука ежегодно разрабатывает новые материалы, основой которых становятся синтетические полимеры. Эти вещества широко распространены во всех сферах производства и быта. Без полимеров трудно представить современный мир. Потребность в новых материалах, более прочных и твердых (или наоборот эластичных), выдерживающих высокое электрическое напряжение и резкие перепады температур, толкает ученых на различные эксперименты, связанные с синтезом полимеров или соединением органических и неорганических веществ для получения более совершенных составов.
Одним из новых материалов стал термопластичный полиуретан (ТПУ)– полимер, обладающий уникальными техническими характеристиками, благодаря которым он завоевал высокую популярность во многих сферах и отраслях промышленности.
Происхождение и основные свойства
Термопластичный полиуретан – это полимерный материал, сочетающий в себе твердость крепкого пластика и эластичность природного каучука. Появился материал в 60-х годах минувшего века, когда группа американских ученых впервые его синтезировала. В зависимости от основного компонента, итоговые свойства материала могут существенно меняться.
Основой для сырья могут быть:
Если в составе полиуретана преобладает простой полиэфир, то основными свойствами полученного вещества станет повышенная стойкость к гидролизу, морозоустойчивость, высокая износостойкость. Дополнительно вещество не будет подвержено действию микроорганизмов.
В случае, когда основу составляют сложные полиэфиры, у готового материала будут несколько иные особенности – дополнительно увеличивается предел прочности на растяжение, износостойкость и появляется возможность быстрого восстановления изначальной формы.
Полиуретан на основе третьего компонента приобретает повышенный уровень сопротивляемости ультрафиолетовому излучению и высокую степень пластичности при отрицательных температурах.
В зависимости от приоритетных свойств готовой продукции, разнятся сферы его применения. Одной из особенностей материала является возможность на изначальной стадии получения вещества задавать и корректировать необходимые параметры, тем самым расширяя область использования. Получают материал в основном методом литья из гранулята – сегментов прямоугольной, круглой или линзовидной формы.
Ключевые характеристики
Вне зависимости от преобладающего вещества в составе термопластичного полиуретана, полученные материалы обладают целым рядом общих характеристик и полезных свойств.
Термопластичный полиуретан, характеристики:
Кроме того, полимер обладает хорошей устойчивостью к морской воде, жирам, не подвержен воздействию микробов или бактерий. Для дополнительной прочности полимер может быть армирован стекловолокном. Материал имеет высокий уровень устойчивости к естественному старению и допускает повторную переработку.
Отрасли применения
Термопластичный полиуретан, свойства которого могут меняться в зависимости от способа производства и основного вещества, успешно применяется в различных сферах – автомобильная промышленность, кабельная продукция, производство товаров народного потребления.
В автомобилестроении материал используется для изготовления ручек переключателей элементов изоляции салона, из него изготавливают амортизационные опоры шасси, солнцезащитные козырьки и декоративные элементы.
Полимер прекрасно подходит для изоляции проводки, в качестве оплетки силовых кабелей или для создания шлангов высокого давления.
Касаемо товаров народного потребления, то здесь материалу нет равных. Больше всего из ТПУ изготавливают обувных подошв. Они обладают высокой стойкостью к морозам (зимняя обувь), эластичностью и прочностью, а высокая эргономичность, износостойкость и антисептические свойства сделали эти подошвы основным элементом любой обуви (повседневная, защитная, спортивная).
При производстве товаров для спорта, туризма и отдыха термопластичные полиуретаны также играют важную роль. В качестве примеров можно привести наконечники для лыж, ботинки для зимних видов спорта (сноуборд, коньки), ролики для скейтов, различные крепежные и соединительные элементы.
Краткие итоги
ТПУ является на сегодняшний день одним из наиболее востребованных полимерных материалов. Обладая прекрасными конструктивными и технологическими свойствами, он используется в различных отраслях, начиная от обмотки силового кабеля, заканчивая декоративной накладкой в салоне автомобиля. Ключевая особенность контролировать и изменять свойства готового материала на стадии производства, открывает перед полимером в будущем практические неограниченные горизонты и сферы применения.
