Полиуретан - что это за материал: свойства, характеристики и применение

19 декабря 2022 г.

4,23

52889

Содержание

Что это за материал?

Полиуретан – это синтетический полимер, получаемый из полиола, продукта переработки сырой нефти. Промышленное производство полиуретана началось в 1937 году с подачи немецкого технолога Отто Байера. Благодаря своим уникальным качествам, материал применяют в подавляющем большинстве сфер промышленности. Из него изготавливают предметы быта, запчасти установок, производственные детали и т.д.

полиуретан

Свойства и характеристики полиуретана

Полимерные материалы отличаются особыми эксплуатационными качествами. Применительно к полиуретану, это:

Сохранение свойств при перепадах температур и резком нагреве;
Износостойкость. Материал легко переносит механические повреждения и практически не подвержен истиранию;
Высокая прочность. Его тяжело разорвать или деформировать;
Диэлектрическая проницаемость. В отличие от металла, полиуретан не проводит электрический ток;
Эластичность. Легко гнется и также быстро возвращает первоначальную форму.

Материал выступает эффективной альтернативой пластику, металлам, каучуку и резине в ряде технологических процессов. Благодаря улучшенным эксплуатационным свойствам и доступной стоимости, полиуретан стал универсальным конструкционным, изоляционным и утеплительным решением. ПУ используется не только в твердом, но и жидком, а также пенообразном виде.

свойства полиуретана

Сравнение с резиной

Резина – это продукт вулканизации каучука. Ее основным преимуществом является низкая себестоимость, что и определяет массовость применения в различных сферах промышленности и быта. Но по техническим характеристикам она уступает полиуретану. В частности, выбор в пользу полимерного материала оправдан по ряду следующих причин:

Долговечность и надежность. Полиуретан в среднем служит до 3-5 раз дольше, чем аналогичные детали из резины;
Универсальность. Благодаря стойкости к перепаду температур, полимерные детали можно использовать в разных климатических зонах и в технологических процессах с более высоким нагревом поверхностей;
Стойкость к агрессивным средам. Химически агрессивные среды разлагают резину, что приводит к выделению вредных и опасных для жизни веществ, а также снижению ее прочностных характеристик. В виду своего состава, полиуретан намного лучше переносит воздействие щелочей и кислот.

Единственным объективным критерием в пользу резины являться ее стоимость. А поэтому ее целесообразно применять там, где не нужны повышенные эксплуатационные характеристики, но важна диэлектрическая прочность и эластичность материала.

сита из полиуретана

Преимущества и недостатки материала

Основные плюсы полиуретана связаны с его физико-химическими характеристиками. Часть из них мы уже упоминали:

Высокая механическая прочность (по шкале Шора твердость материала достигает 40-98);
Хорошая диэлектрическая проницаемость (можно использовать в производствах с контактом электрического тока);
Низкая истираемость (материал способен проработать до 20 лет непрерывного цикла);
Сохранение формы при многократных деформациях;
Стойкость к маслам, бензину, кислотам, растворителям и другим агрессивным средам;
Широкий диапазон рабочих температур (могут использоваться при температурах от -70 до + 120 градусов Цельсия);
Низкий вес (плотность материала составляет всего 1.1-1.25 г/см3).

К недостаткам материала ПУ относится:

Слабая выносливость к скручивающим нагрузкам (при скручивании материал может получать необратимые повреждения);
Повышение эластичности при повышенных температурах;
Сложности переработки во вторичное сырье.

Главным минусом полиуретана считается проблема его утилизации и переработки. Вторичное использование материала возможно только после переплавки. А этот процесс требует довольно высоких энергетических затрат.

Виды материала

Современные производства изготавливают полиуретан в 3 разных формах:

Твердый (в форме листов, стержней или готовых изделий: сит, гидроциклонов);
Жидкий;
Пенистый.

Каждый из видов имеет свои особенности применения и эксплуатационные характеристики. Наиболее широко используемым на рынке является полиуретан в твердой форме.

полиуретан твердый

Где и как применяется полиуретан

Твердый материал используют в производстве втулок, уплотнительных манжет прессов, сайлнетблоков в машиностроении. Жесткий листовой, а также стержневой полимер, востребован в производстве спортивных товаров (бескамерных шин для роликов, скейтбордов), складского передвижного оборудования (роклы, электрические кары, тележки, штабелёры), детских колясок.

Жидкий полиуретан является более специфическим и зачастую выпускается в виде спреев. Их используют в качестве антикоррозионного покрытия для бетонных конструкций, крыш, поверхностей транспортных лент и конвейеров. Спрей является одним из компонентов герметика, клеев, красок и лаков. Жидкий полимер может заливаться в формы и быть сырьем для дальнейшего производства манжетов и молдингов.

Вспененный материал на 85-90% состоит из инертной газовой фазы. Из него делают кухонные губки, строительные материалы, эластичные подошвы для спортивной обуви, покрышки слабонагруженных конструкций и т.д. А еще пенистый полиуретан подходит в роли теплоизоляционного материала.

изделия из полиуретана

Методы формовки

Помимо агрегатного состояния и физической формы, полиуретаны классифицируются по способу формирования конечного продукта. Для этого, могут использоваться следующие технологии обработки:

Литье. Наиболее востребованный способ формовки полиуретана. С помощью данной технологии производят втулки, манжеты, уплотнители, подшипники и другие детали специфической формы;
Экструзия. Метод нагрева с последующим размягчением и подачей материала в выходные отверстия экструдера. Так получают плоские листы и прутки ПУ заданного сечения;
Прессование. Заключается в приложении высоких давлений и формовке сырья в матрице. Метод позволяет достичь повышенных прочностных качеств и точности формы будущего изделия;
Заливка. Полимеризация разреженного материала в предварительно подготовленной форме. Используется при создании интерьерных, декоративных и искусственных изделий.

формовка полиуретана

Переработка

Вопрос вторичной переработки полиуретана востребован из-за растущего количества свалок и затрат на вывоз отходов. В последние 5-7 лет появились десятки новаторских технологий, но лишь единицы из них находят практическое применение. Все они подразделяются на 2 основных типа:

Механические. Заключаются в дроблении материала в крошку и последующем ее использовании в различных целях;
Химические. Деполимеризация полиуретана посредством использования специальных химических реагентов, вызывающих реакции распада.

По данным Совета по вторичной переработке и утилизации, полиуретаны составляют всего от 5 до 10% от всех пластмассовых отходов. Основным источником для вторичной переработки являются бытовые приборы, постельные принадлежности, подкладки коврового покрытия и промышленные производственные отходы.

Вреден ли полиуретан?

Готовые изделия из этого материала не выделяют никаких токсичных веществ в окружающую среду и не несут опасности для здоровья человека. Но ситуация меняется при нагреве полиуретана свыше температуры допустимой эксплуатации (более 100 градусов Цельсия). При этом он начинает разлагаться, выделяя производные фенола формальдегида, оказывающие негативное влияние на органы дыхания. Длительное воздействие таких паров на организм может приводить к развитию головной боли, рвоты и спазмов.