Полиуретан: что это за материал

Полиуретановые подошвы постепенно вытесняют на рынке резиновые. Но не только это стало преимуществом материала. Его популярность растет. Во многом это связано с высокой эластичностью, хорошей химической устойчивостью, прочностью на сжатие и доступной ценой. Но обо всем по порядку. Рассказываем про полиуретан – что это такое и чем он хорош.

Как производят полиуретан

Полиуретан – современный пластик, который имеет синтетическое происхождение. Это значит, что его производят путем смешивания реагентов. Происходит реакция с высвобождением тепла. На выходе получается полимер с удивительными характеристиками – устойчивостью к истиранию и нагрузкам, эластичностью и легкостью.

Что лежит в основе химической реакции? Два вещества:

• Изоцианаты. Это химические соединения, которые содержат изоцианатную группу (NCO). Они являются реакционноспособными и играют ключевую роль в образовании полиуретана.
• Полиолы. Это длинные цепочки молекул, которые содержат гидроксильные группы (OH). Полиолы отличаются по происхождению, и их особенности меняют качества итогового полимера.

Вот некоторые из наиболее распространенных полиолов:

• Полиэфирные. Они получаются из реакций между многоатомными спиртами и диорганическими кислотами или их производными. Стабильны и влагоустойчивы. Полиуретаны на их основе применяют при изготовлении мягкой мебели, сидений машин и продукции для изоляции.
• Полиолефиновые. Изготавливаются из олефиновых мономеров. Термостойкие и устойчивые к химикатам. Из них производят покрытия и герметики.
• Полиэфирные – на основе растительных масел (соевое или рапсовое). Более экологичные и устойчивые, подходят для производства биополиуретанов. Из них делают экологически чистые изделия.
• Пропиленгликолевые. Основа обеспечивает хорошую податливость итогового полиуретана к пластическим деформациям. Материал применяют в разных целях, том числе он участвует в производственном цикле мягкой мебели и спортивной обуви.

Переходим от основных компонентов к непосредственной технологии производства. Она включает несколько этапов:

1. Смешивание компонентов. Изоцианаты и полиолы смешиваются в определенных пропорциях. При этом важно соблюдать точные соотношения, так как это влияет на свойства конечного материала.
2. Химическая реакция. Когда изоцианаты и полиолы смешиваются, происходит реакция, в результате которой образуется полиуретан. Эта реакция экзотермическая, то есть она выделяет тепло.
3. Формование. Полученная смесь может быть залита в формы для создания различных изделий. Например, листов или стержней, а также готовых продуктов: матрасов, обуви, изоляторов. Кроме того, полученная смесь может быть распылена для создания покрытий.
4. Отверждение. После заливки или распыления полиуретан охлаждается и затвердевает, приобретает свои окончательные свойства. Этот процесс может занять от нескольких минут до нескольких часов – это зависит от формулы полимера и способа производства.

Что получается в результате? Прочный, износостойкий, но гибкий и легкий пластик. Переходим к свойствам полимера.

Виды полиуретана

По форме различают жесткие и эластичные полимеры:

• Жесткий полиуретан используется в теплоизоляции, изготовлении панелей, стройматериалов и упаковки. Отличается повышенными прочностными характеристиками.
• Эластичный (мягкий) подходит для мебельной промышленности, создания матрасов, обуви и разных уплотнителей. Очень гибкий.

По типу применения различают:

• Полиуретановые эластомеры. Использую для колес, прокладок, резинок и прочих предметов, которые требуют повышенную прочность и стойкость к износу.
• Полиуретановые покрытия. Защищают поверхности дерева, металла и бетона, другого пластика. Отлично защищают изделия от разного рода воздействий и агрессивной среды.
• Полиуретановые клеи для склеивания различных материалов, в том числе стройматериалов и элементов декора. Отличительная черта – повышенные прочностные характеристики на сдвиг и отличная адгезия.

По степени жесткости существуют:

• Твердые полиуретаны. Плотные и жесткие, применяются в конструкциях, которые испытывают постоянную нагрузку, в том числе динамическую.
• Мягкие полиуретаны. Невысокая плотность в сочетании с повышенной эластичностью позволяет применять полимер в мебельной промышленности. Из него делают обивку для мягкой мебели и матрасы.

Кроме видов полимера мы заодно и рассказали про сферы его применения.

Технические характеристики полиуретана

Механические особенности:

• Прочность на сжатие. У жесткого полимера она может достигать от 20 до 80 МПа. У эластичного – в диапазоне от 0,5 до 10 МПа. Это делает материал идеальным для использования в конструкциях, где требуется поддержка и невосприимчивость к нагрузкам или, напротив, обеспечение гибкости и амортизации.
• Прочность на растяжение. У жесткого вида полиуретана – от 20 до 50 МПа и более, у эластичного – от 5 до 30 МПа. Высокий показатель позволяет полиуретану сохранять свою форму и не разрушаться при растягивании.
• Полиуретан обладает хорошей износостойкостью. Его можно применять в деталях, подверженных трению.
• Высокая эластичность. Однако это качество может незначительно снижаться при эксплуатации в низком температурном диапазоне.

Свойства, связанные с нагревом:

• Термостойкость. Полиуретаны могут выдерживать широкий диапазон температур, обычно от -30 °C до +120 °C, в зависимости от конкретной формулы.
• Теплопроводность. Полиуретан имеет низкую теплопроводность, что делает его отличным теплоизолятором. Крайне важна эта характеристика при изготовлении теплоизоляционных стройматериалов. Коэффициент теплопроводности меняется и зависит от типа полиуретана. Жесткий – от 0.020 до 0.030 Вт/(м·К). Эластичный – от 0.030 до 0.040 Вт/(м·К).

Химические характеристики:

• Невосприимчивость к химикатам. Полиуретан хорошо переносит контакт с различными маслами, растворителями и многими кислотами. Он не разрушается, что делает его удобным для эксплуатации в сложных условиях.
• Влагостойкость. Полиуретаны, особенно на основе полиэфирных полиолов, обладают низкой гигроскопичностью, что увеличивает срок службы изделий.

Физические свойства:

• Плотность. Она может варьироваться в зависимости от типа полимера (жесткий или эластичный), а также сферы применения. Обычно плотность колеблется от 200 до 1200 кг/м³.
• Цвет и прозрачность. Полиуретан может быть прозрачным, полупрозрачным или непрозрачным, в зависимости от добавленных пигментов и наполнителей.
• Электроизоляция. Полиуретан – диэлектрик, поэтому он оптимально подходит для использования в качестве электроизолятора в таких сферах, как электроэнергетика, производство электротехники и бытовых приборов.
• Малый вес, легкость. Масса прямо зависит от плотности и, соответственно, от типа полиуретана. Например, 1 кубический метр эластичного полимера весит порядка 150 кг.

Экологические особенности:

• Устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Некоторые полиуретаны имеют добавки, которые обеспечивают защиту от УФ-излучения, что увеличивает их долговечность на открытом воздухе.
• Биодеградация. Полиуретаны на основе растительных масел могут быть более экологически чистыми и подвержены биодеградации сильнее, чем традиционные синтетические полиуретаны.

Производственные характеристики:

• Легкость в обработке. Полиуретан легко обрабатывается и может быть формован с помощью литья или распылен в зависимости от нужд производства.
• Скорость отверждения. В зависимости от формулы, полиуретан может быстро отверждаться, что повышает производительность процесса.

Как работать с полиуретаном

У полимера очень высокая степень обрабатываемости. Он подвергается резке ножом, пилой или резаком по пенопласту. Жесткий пластик необходимо резать плавно, чтобы предотвратить появление сколов. Эластомер легче поддается резке, срез получается ровным, без заусенцев.

Склейка полиуретана возможна составами:

• на основе полиуретана – обеспечивают отличную адгезию и подходят для большинства типов полиуретана;
• эпоксидные клеи – также могут использоваться, но требуют более длительного времени для высыхания;
• силиконовые клеи – могут использоваться для гибких соединений, но не всегда обеспечивают прочное соединение.

И резку, и склейку можно производить в домашних условиях. Главное, убедитесь, что поверхности, которые будут склеиваться, чистые и сухие. Удалите пыль, грязь и жир.

Если при работе вы используете бесцветный полиуретан, его можно покрыть краской. Для этого подходит:

• Краска на водной основе. Ее используют для большинства типов полиуретана. Она быстро сохнет и менее токсична.
• Алкидные или акриловые краски. Они обеспечивают хорошую адгезию и долговечность. Могут быть использованы для жесткого полиуретана.
• Полиуретановые краски. Специально разработаны для покраски полиуретановых поверхностей и обеспечивают отличную прочность и долговечность.

Работа с полиуретаном простая. А его характеристики обеспечивают долгий срок службы и простоту ухода за изделиями.