Полиуретаны. Свойства и параметры. Применение и особенности

Полиуретаны – сложные полимеры, в состав макромолекул которых входят алкиды, акрил или ацил. В своем большинстве по внешним параметрам похожи на резину, но отличаются более высокой стойкостью к агрессивной среде, также могут представлять собой жесткий пластик.

Свойства и параметры

В состав полиуретанов входят полиол и изоцианат. Это синтетический материал, имеющий сложную структуру. Для его получения применяется сложная химическая реакция, где помимо основных реагентов полиола и изоцианата могут входить различные добавки. За счет этого получаемые полиуретаны могут существенно отличаться между собой по физическим качествам.

Полиуретан является эластомером. То есть это материал, который после растяжения возвращается в свое изначальное состояние. Используемые при формировании его макромолекул компоненты могут усиливать те или иные качества. В результате полиуретан может приобретать жесткость, температурную стойкость или растягиваться как резина.

Таким образом, материал в зависимости от состава имеет различное агрегатное состояние:

Мягкая резина.
Вязкая жидкость.
Жесткий пластик.
Застывшая пена.

Важное свойство полиуретана заключается в том, что он не меняет свое физическое состояние в зависимости от температуры или механических нагрузок. То есть, при охлаждении вязкая жидкость не затвердеет, а твердый пластик не начнет расплываться.

Также одним из главных достоинств материала выступает его стойкость к химическому воздействию. Благодаря этому полиуретаны используют для производства уплотнителей, эксплуатируемых в тяжелой агрессивной среде. Он также стоек к ультрафиолетовому воздействию. Отдельного внимания заслуживает его устойчивость к грибкам, бактериям. На нем не размножится плесень и прочие микроорганизмы.

Во вспененном виде материал может использоваться в качестве теплоизолятора. Это так называемый напыляемый утеплитель. Он при попадании в атмосферные условия напитывает воду, за счет чего раздувается. Наличие множества пустых пор делают застывшую пену отличной теплоизоляцией.

Poliuretany 2

Технические параметры

Полиуретан – это в первую очередь первоклассный конструкционный материал. Этому способствуют его технические параметры:

Плотность 30-300 кг/м³.
Твердость по шкале Шору 50-98 единиц.
Температурный диапазон использования от -60 до +80°C.
Уровень растяжения до 650%.
Не является проводником электрического тока.

При производстве полиуретана можно заранее задать его соответствие конкретным техническим параметрам, и получить в результате материал, отвечающий всем требованиям. К примеру, возможно сделать его коэффициент трения как совсем низким, так и высоким. То же самое касается массы, степени растяжения, твердости.

По сути, полиуретаны можно использовать в зависимости от их качества вместо резины, пластика или металла. Существуют условия, где традиционные материалы уступают данному полимеру по стойкости к агрессивной среде, массе, коэффициенту растяжения или прочим параметрам.

При его сравнении с резиной нужно отметить превосходство полиуретана по ряду важных качеств. В первую очередь он сильнее растягивается и быстрее принимает исходное положение. Также он не разрушается в агрессивной среде, более износоустойчив и не имеет столь выраженного эффекта старения. То есть, даже старое, но не изношенное изделие из полиуретана будет иметь такие же качества, как и новое. Материал также меньше пачкается, чем резина.

Твердый полиуретан может использоваться как заменитель метала. Его преимущества при сравнении очевидны. В первую очередь это небольшая масса и дешевизна. Материал более стойкий к абразивному воздействию. За счет этого механизмы, созданные на основе полиуретана, меньше шумят, чем аналоги из металла.

Poliuretany 3

Также он превосходит многие виды пластмасс. Он более стойкий к высоким температурам. За счет твердости меньше изнашивается. Его можно использовать для изготовления прочных корпусов и любых прочих деталей, на которые может оказываться ударная нагрузка. Нужно отметить, что полиуретан менее склонен к растрескиванию при ударе, чем почти любая обычная пластмасса.

Какие недостатки имеют полиуретаны

Материал практически не имеет недостатков. Однако есть некоторые ограничения на его использование. К ним можно отнести:

Воздухонепроницаемость.
Высокую усадку при производстве.
Появление хрупкости при длительном хранении при низких температурах.
Склонность к скручиванию.

Вспененный полиуретан обладает всеми качествами, чтобы его можно было использовать для производства обуви. Однако материал не пропускает воздух. В связи с этим в обувном направлении его используют только для изготовления подошв. Воздухонепроницаемость, также создает ограничения для применения полиуретана в других сферах.

Полиуретановые изделия на морозе могут становиться излишне твердыми, а также хрупкими. В связи с этим при выборе типа полиуретана для применения в том или ином направлении важно отталкиваться от его технических характеристик. Явным недостатком материала является только сложность его вторичной переработки.

Технология производства изделий из полиуретана

Для производства полиуретана используются полиол и изоцианат. Те в свою очередь получаются в результате переработки нефти. Заготовленное из него сырье перерабатывается в готовые изделия.

Для этого применяются следующие технологии:

Литье.
Экструзия.
Прессование.

Производство методом литья является самым распространенным. Этим способом изготавливаются сложные элементы. Примером выступают втулки, подшипники, манжеты. Популярность метода заключается в дешевизне форм. Жидкое сырье разливается и после застывания приобретает нужную форму.

В силу высокой вязкости обычное литье полиуретана сопровождается низким качеством изделий. На нем могут оставаться крупные пустоты, так как материал не затекает в мелкие полости формы. В связи с этим часто используется технология литья под давлением или ротационная, когда материал затекает в полости за счет инерции.

Методом экструзии производятся трубки, фасонные детали. Для этого нужно использовать дорогостоящее специализированное оборудование. Метод экструзии выгодно отличается высокой скоростью формирования изделий.

Изделия из полиуретана

Так как полиуретаны могут иметь различные качества, то их используют для производства разнообразных изделий. Помимо деталей механизмов, это:

Декоры.
Монтажная пена и клей-пена.
Лаки и краски.
Клей.

Декоры из полиуретана при большом объеме отличаются малым весом, при этом обладают высокой твердостью. За счет этого их используют при декорировании интерьеров вместо цементных растворов. Готовые полиуретановые декоры могут имитировать лепнину, багеты, розетки и прочие украшения. Это готовые изделия, которые нужно только приклеить по месту монтажа и покрыть краской. Высокая стойкость материала к ультрафиолету, также позволяет использовать подобные декоры для отделки фасадов. Изделия более высокой ценовой группы продаются уже окрашенными. Они могут имитировать натуральный ценный камень, дерево и прочие отделочные материалы. Твердые полиуретаны также используют для производства садовых фигур.

Poliuretany 4

Отдельного внимания заслуживает пенополиуретан. Это вязкая разновидность полиуретана, который при попадании в атмосферные условия сильно увеличивает объем за счет образования внутри множества пузырьков воздуха. Такая пена используется в качестве заполнителя при монтаже окон, дверей и т.д. Она сильно увеличивается в объеме, а после застывания становится твердой. Материал пользуется большим спросом. Единственным его существенным недостатком является низкая стойкость к ультрафиолету. Он разрушает монтажную пену. От него она становится желтой и постепенно превращается в труху.

Получившая в последние годы высокую популярность клей-пена также содержит полиуретан. Она обладает высокой скрепляющей способностью, но в отличие от монтажной пены имеет меньший коэффициент расширения. Клей-пена может использоваться вместо кладочного раствора при роботе с газоблоком, пеноблоком.

Вязкие формы полиуретана могут применяться в качестве основы для производства красок и лаков. Это продукция среднего ценового сегмента. В отличие от аналогов она имеет умеренный запах. ЛКМ на полиуретане могут использоваться как для внутренних, так и наружных работ. Такие краски и лаки отличаются высокой стойкостью, что создает определенные требования к технике безопасности при их нанесении. ЛКМ на полиуретане — это горючие материалы.

Emal poliuritanovaia

Также положительными качествами отличаются клея на основе этого материала. Они могут использоваться для склеивания стекла, любых строительных материалов, кожи. Клей из полиуретана — это раствор в органическом растворителе. Хотя он обладает склеивающими качествами позволяющими соединить практически все, но область использования такого клея ограничена. Нужно учитывать температурный диапазон его применения, так как при нагреве он может ослабить свои свойства.

Так как полиуретаны отличаются диэлектрическими качествами, они могут использоваться для производства изоляции. Очень часто материал одновременно выполняет 2 функции. Он работает как изолятор для передачи электрического тока, а также теплоизолятор. Примером является вспененный полиуретан в корпусах холодильников и морозильных камерах.