Лаборатория вакуумного литья «Марабу»

(050) 390-53-31  (044) 229-15-89

Полиуретан

Полиуретан — это современный конструкционный материал, который, благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам, используется в качестве замены различных марок резины, каучуков, металла, пластика во многих отраслях промышленности. Особенно широкое распространение он получил в последние двадцать лет.

Среди большого числа известных полимерных материалов полиуретаны, без преувеличения, могут быть классифицированы, как наиболее универсальные, благодаря широкому многообразию технических характеристик и областей применения, а также практически неограниченным возможностям получения модификаций с заданными свойствами.

Полиуретанами являются химические соединения, в составе которых содержатся уретановые группы NHCOO. Они очень широко применяются сейчас в промышленности. Существуют несколько типов применяемых полиуретанов: полиуретаны, полиэтилены и полиамиды.

Первые полиуретаны начали разрабатываться в Германии и США в начале 1937 года. Целью их разработки являлась необходимость замены таких стратегических видов сырья, как натуральный каучук, пробковое дерево и сталь. Лаборатория известного немецкого ученого Байера в 1937 году впервые синтезировала полиуретановые эластомеры. Производство полиуретанов в промышленных масштабах началось в Германии в 1944 году. Производство полиуретана на основе сложных полиэфиров в широких масштабах поле войны началось в США, начиная с 1957 года. В СССР исследования технологии производства полиуретановых соединений начались в 60-е годы сразу в нескольких НИИ Академии Наук СССР.

Полиуретан, благодаря множеству исследований, сейчас успешно заменяет различные виды резины, пластика и металлов. Он обладает уникальными свойствами, такими, как эластичность, прочность и высокая износостойкость. Он является великолепным конструкционным материалом, и его применение, безусловно, экономически более выгодно, чем использование естественных материалов.

Износостойкость полиуретана в 3 раза превышает износостойкость обычной резины. Он превосходит почти в 2.5 раза резину в прочности на растяжение (35 Мпа полиуретана и 12.7 МПА у резины). Он выдерживает при сжатии давление в 105 МПа, и может быть использован в диапазоне температур от 50 градусов ниже нуля до 140 градусов выше нуля.

Готовый термостатированный полиуретан может обладать как очень большой твердостью, так и достаточной мягкостью. Степень твердости у полиуретана можно определять по шкале Шора. Она может находиться в диапазоне от 10 по шкале Шора А и до 98 единиц по шкале Шора D. Чем больше этот показатель, тем тверже материал. В случае с 40 единицами мы имеем мягкий, как пластилин, полиуретан, а если его твердость приближается к 100, то он становится похож на железо, но износостойкость полиуретана не изменяется в обоих случаях.

Изготовление полиуретановых соединений является сложным и энергоемким технологическим процессом. Они получаются путем смешивания и термостатирования двух компонентов, полиола и изоцианита. К ним добавляют полиэфирамины. Этот процесс требует применения дорогостоящего оборудования. Технологией изготовления сырья для получения полиуретана обладают Россия, Германия, Италия, Франция, Австралия и США.

Полиуретаны - универсальные материалы, которые могут быть эластичными, полу-жёсткими и жёсткими. Переработка полиуретана может осуществляться как экструзией и прессованием, так и литьем.

Наиболее распространен метод литья полиуретановых эластомеров. Этот метод позволяет изготавливать как большие, так и относительно малые по размерам изделия. Литьё может осуществляться как под давлением и температурах порядка плюс 220 градусов в пресс-формы, так и в открытые формы под низким давлением (литё RIM) или в вакууме в силиконовые формы.

Путем литья изготавливают опоры, втулки, манжеты, уплотнительные кольца, покрытия для металлических валов, роликов и колес, различные детали, подверженные абразивному воздействию. Литые полиуретановые изделия широко применяются в горнодобывающей промышленности, где к изделиям, работающим в агрессивных средах, предъявляются повышенные требования по сопротивлению к абразивному износу и повышенной температуре.

Так же полиуретановые эластомеры, получаемые литьем, применяют при создании приводных ремней конвейерных лент, ткацких станков, в уплотнительных деталях машин и станков, валов приводов в бумажной и текстильной промышленности. Они нашли широкое применение в железнодорожном транспорте, где из литых полиуретановых эластомеров изготавливают детали уплотнений для гидравлических устройств, масляных и пневматических амортизаторов. В автомобилестроении полиуретановые соединения применяют при изготовлении подшипников скольжения в рулевом механизме, а так же в некоторых элементах передней подвески, вкладышах рулевой тяги, самосмазывающихся уплотнениях, топливостойких клапанах и различных маслостойких деталях. Для обувной промышленности разработан специальный обувной полиуретан. Он представляет собой гладкие и рифленые пластины, которые применяются для изготовления подошв и каблуков. Полиуретановые изделия могут быть как однородные по окраске, так и разноцветные.

Эластомеры обладают ценными качествами по сравнению со многими другими традиционными материалами:

  • Кислотостойкость, маслобензостойкость, водостойкость
  • Абразивостойкость, износостойкость
  • Высокие диэлектрические свойства
  • Возможность работы при высоких давлениях (до 100 МПа)
  • Возможность работы в широком температурном диапазоне (от -70 до +150 °С)
  • Снижение шума при работе
  • Снижение массы изделия
  • При специальной обработке полиуретан имеет прочные связи с металлом
  • Высокая эластичность во всем диапазоне твердости
  • хорошие свойства обратной деформации
  • высокая стойкость к разрыву и растрескиванию
  • высокая устойчивость к динамическим нагрузкам
  • хорошие свойства поглощения ударов, колебаний и встряскам
  • высокая до очень высокой стойкость к воздействию любых атмосферных условий
  • не оставляют следов на рабочих элементах

Преимущества:

  • высокая эластичность в диапазоне твердости 40 - 97 единиц Шора А;
  • высокая износостойкость;
  • высокие параметры на раздир и разрыв (высокая прочность);
  • хорошее воспроизведение формы после деформации;
  • высокие характеристики поглощения ударов и вибраций;
  • высокие масло-бензостойкость и атмосферостойкость;
  • высокая стойкость к динамическим нагрузкам;
  • отличная технологичность литья.

Химические свойства полиуретановых эластомеров:

- стойкость ко всем атмосферным факторам, ультрафиолетовому излучению, стойкость к воздействию водяного тумана и соли, высокая маслобензостойкость, хорошая стойкость к воздействию многих химикатов (насыщенных и алифатических растворов, 10% растворов кислот и щелочей, моторного топлива, масел и жиров, окислительных средств, морской воды)

Уретановые эластомеры быстро разрушаются при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола.

С целью улучшения физико-механических свойств, при изготовлении уретанов могут быть использованы рецептурные добавки и наполнители. Полиуретановые эластомеры выдерживают гораздо более высокие нагрузки, чем обычные эластомеры. Кроме того, полиуретаны отличаются сравнительно хорошей стойкостью к маслам и прекрасной стойкостью к действию УФ-лучей. Полиуретановые эластомеры позволяют изготавливать элементы с исключительными техническими параметрами, недоступные иным эластомерам.

На рынках стран СНГ можно встретить разнообразные полиуретановые материалы, которые не обладают всеми качествами настоящего полиуретана, так как такие изделия производятся из дешевого сырья. Хороший полиуретан является достаточно дорогим материалом, и в отличие от таких полиуретановых композиций служит намного дольше, не теряя своих физических качеств. Цена в этом случае на настоящие полиуретановые детали оправдывается более высоким качеством, так что лучше не пытаться на них экономить.