1958년, 굿리치 케미컬(현재 루브리졸로 개명)이 처음으로 TPU 브랜드 '에스탄(Estane)'을 등록했습니다. 지난 40년 동안 전 세계적으로 20개가 넘는 브랜드가 존재했으며, 각 브랜드는 여러 시리즈의 제품을 생산하고 있습니다. 현재 TPU 원료 제조업체로는 BASF, 코베스트로(Covestro), 루브리졸(Lubrizol), 헌츠먼(Huntsman Corporation), 완화 케미컬 그룹(Wanhua Chemical Group), 상하이 헝안(Shanghai Heng'an), 루이화(Ruihua), 쉬촨 케미컬(Xuchuan Chemical) 등이 있습니다.
1. TPU의 종류
연질 세그먼트 구조에 따라 에스테르기, 에테르기, 부텐기를 각각 함유하는 폴리에스터형, 폴리에테르형, 부타디엔형으로 나눌 수 있다.
경질 세그먼트 구조에 따라 우레탄형과 우레탄우레아형으로 나눌 수 있으며, 각각 에틸렌글리콜 사슬 연장제 또는 디아민 사슬 연장제로부터 얻어집니다. 일반적으로 폴리에스터형과 폴리에테르형으로 나뉩니다.
가교의 유무에 따라 순수 열가소성 수지와 반열가소성 수지 등으로 나눌 수 있다.
전자는 순수한 선형 구조를 가지며 가교 결합이 없습니다. 후자는 알로판산 에스테르와 같은 소량의 가교 결합을 포함합니다.
완제품의 용도에 따라 프로파일 부품(다양한 기계 요소), 파이프(시스, 막대 프로파일), 필름(시트, 박판), 접착제, 코팅, 섬유 등으로 구분할 수 있습니다.
2. TPU의 합성
TPU는 분자 구조상 폴리우레탄에 속합니다. 그렇다면 어떻게 응집되었을까요?
다양한 합성 공정에 따라 크게 벌크 중합과 용액 중합으로 나뉜다.
벌크 중합에서는 예비 반응의 존재 여부에 따라 예비 중합법과 1단계법으로 나눌 수도 있습니다.
예비중합 방법은 TPU를 생성하기 위해 사슬 연장을 추가하기 전에 일정 시간 동안 디이소시아네이트와 거대 분자 디올을 반응시키는 것을 포함합니다.
1단계 방법은 거대 분자 디올, 디이소시아네이트, 사슬 연장제를 동시에 혼합하고 반응시켜 TPU를 형성하는 것을 포함합니다.
용액 중합은 먼저 디이소시아네이트를 용매에 녹인 다음, 거대 분자 디올을 첨가하여 일정 시간 동안 반응시키고, 마지막으로 사슬 연장제를 첨가하여 TPU를 생성하는 과정을 포함합니다.
TPU 연질 세그먼트의 종류, 분자량, 경질 또는 연질 세그먼트 함량, TPU 응집 상태는 TPU의 밀도에 영향을 미칠 수 있으며, 밀도는 약 1.10~1.25이며, 다른 고무 및 플라스틱과 비교하여 유의미한 차이는 없습니다.
동일한 경도에서 폴리에테르형 TPU의 밀도는 폴리에스터형 TPU보다 낮습니다.
3. TPU 가공
TPU 입자는 최종 제품을 형성하기 위해 다양한 공정이 필요하며, 주로 TPU 가공을 위해 용융 및 용액 방법을 사용합니다.
용융 가공은 혼합, 압연, 압출, 블로우 성형, 몰딩과 같은 플라스틱 산업에서 일반적으로 사용되는 공정입니다.
용액 가공은 입자를 용매에 용해시키거나 용매에서 직접 중합시켜 용액을 제조한 후 코팅, 방사 등의 공정을 거치는 공정입니다.
TPU로 만든 최종 제품은 일반적으로 가황 가교 반응이 필요하지 않아 생산 주기를 단축하고 폐기물을 재활용할 수 있습니다.
4. TPU의 성능
TPU는 높은 탄성률, 높은 강도, 높은 신장률과 탄성률, 뛰어난 내마모성, 내유성, 저온 저항성, 내노화성을 가지고 있습니다.
높은 인장 강도, 높은 신율, 낮은 장기 압축 영구 변형률은 모두 TPU의 중요한 장점입니다.
샤오는 주로 인장 강도 및 신율, 회복력, 경도 등의 측면에서 TPU의 기계적 특성에 대해 자세히 설명할 것입니다.
높은 인장 강도와 높은 신율
TPU는 인장 강도와 신율이 우수합니다. 아래 그림의 데이터를 보면 폴리에테르계 TPU의 인장 강도와 신율이 폴리염화비닐 플라스틱 및 고무보다 훨씬 우수함을 알 수 있습니다.
또한 TPU는 가공 과정에서 첨가물을 거의 또는 전혀 넣지 않고도 식품 산업의 요구 사항을 충족할 수 있는데, 이는 PVC나 고무 등 다른 소재에서는 달성하기 어려운 수준입니다.
회복력은 온도에 매우 민감합니다.
TPU의 복원력은 변형 응력이 완화된 후 원래 상태로 빠르게 회복되는 정도를 나타내며, 회복 에너지로 표현됩니다. 회복 에너지는 변형 수축 일과 변형을 일으키는 데 필요한 일의 비율입니다. 회복 에너지는 탄성체의 동적 탄성 계수와 내부 마찰의 함수이며, 온도에 매우 민감합니다.
반발력은 온도가 일정 온도까지 낮아짐에 따라 감소하다가 다시 급격히 증가합니다. 이 온도는 연성 세그먼트의 결정화 온도이며, 이는 고분자 디올의 구조에 의해 결정됩니다. 폴리에테르계 TPU는 폴리에스터계 TPU보다 결정화 온도가 낮습니다. 결정화 온도보다 낮은 온도에서는 엘라스토머가 매우 단단해져 탄성을 잃습니다. 따라서 회복력은 단단한 금속 표면에서 반발하는 것과 유사합니다.
경도 범위는 Shore A60-D80입니다.
경도는 재료가 변형, 긁힘, 긁힘에 저항하는 능력을 나타내는 지표입니다.
TPU의 경도는 일반적으로 쇼어 A 및 쇼어 D 경도 시험기를 사용하여 측정하는데, 쇼어 A는 부드러운 TPU에 사용되고, 쇼어 D는 단단한 TPU에 사용됩니다.
TPU의 경도는 연질 및 경질 사슬의 비율을 조절하여 조절할 수 있습니다. 따라서 TPU는 고무와 플라스틱의 경도에 해당하는 Shore A60~D80의 비교적 넓은 경도 범위를 가지며, 전체 경도 범위에서 높은 탄성률을 보입니다.
경도가 변함에 따라 TPU의 일부 특성이 변할 수 있습니다. 예를 들어, TPU의 경도가 증가하면 인장 탄성률 및 인열 강도 증가, 강성 및 압축 응력(하중 용량) 증가, 신율 감소, 밀도 및 동적 발열량 증가, 내환경성 향상 등의 성능 변화가 발생합니다.
5. TPU의 응용
TPU는 우수한 엘라스토머로서 다양한 하류 제품 방향을 가지고 있으며, 일상용품, 스포츠용품, 장난감, 장식재 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.
신발 소재
TPU는 뛰어난 탄성과 내마모성으로 인해 주로 신발 소재로 사용됩니다. TPU가 포함된 신발 제품은 일반 신발 제품보다 착용감이 훨씬 뛰어나 고급 신발 제품, 특히 일부 운동화와 캐주얼화에 널리 사용됩니다.
호스
TPU 호스는 부드러움, 인장 강도, 충격 강도, 고온 및 저온 내성 등의 특징으로 인해 항공기, 탱크, 자동차, 오토바이, 공작 기계 등 기계 장비의 가스 및 오일 호스로 중국에서 널리 사용됩니다.
케이블
TPU는 인열 저항성, 내마모성, 굽힘 특성을 제공하며, 고온 및 저온 내성은 케이블 성능의 핵심 요소입니다. 따라서 중국 시장에서는 제어 케이블 및 전력 케이블과 같은 첨단 케이블에 TPU를 사용하여 복잡한 케이블 설계의 코팅재를 보호하고 있으며, 그 적용 범위가 점점 더 넓어지고 있습니다.
의료기기
TPU는 안전하고 안정적이며 고품질의 PVC 대체 소재로, 프탈레이트 및 기타 유해 화학 물질을 포함하지 않으며, 의료용 카테터나 의료용 백의 혈액이나 기타 액체로 이동하여 부작용을 유발하지 않습니다. 또한, 특수 개발된 압출 등급 및 사출 등급 TPU입니다.
영화
TPU 필름은 TPU 입자를 압연, 주조, 블로잉, 코팅 등의 특수 공정을 거쳐 만든 얇은 필름입니다. 높은 강도, 내마모성, 우수한 탄성률, 내후성을 갖추고 있어 산업, 신발 소재, 의류 피팅, 자동차, 화학, 전자, 의료 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.
게시 시간: 2020년 2월 5일