Синтетические полимеры являются распространенными материалами, используемыми для производства компонентов и оборудования во многих отраслях промышленности. Эти материалы популярны из-за своей устойчивости к факторам окружающей среды, которые, как известно, разрушают природные вещества. В этой статье мы рассмотрим термопластичный полиуретан и силикон в качестве примеров двух таких синтетических материалов.
ТПУ и силикон как синтетические полимеры
извлекаются из нефтехимических продуктов. В некоторых случаях эти молекулы получены из возобновляемых источников.
Синтетические полимеры могут быть термопластами или термореактивными пластиками. Термопласты легко деформируются многократно, но термореактивные пластики можно формовать только один раз. В этом случае ТПУ является термопластиком, а силикон — эластомером. Кроме того, эластомеры в целом считаются термореактивными полимерами.
Что такое ТПУ (термопластичный полиуретан)?
Термопластичный полиуретан является одновременно эластомером и термопластиком. Это означает, что он обладает свойствами как резины, так и пластика. Эти свойства делают ТПУ надежным в приложениях, где требуются эластичность и долговечность. Это объясняет, почему этот материал всегда востребован несколькими производителями.
ТПУ может быть аморфным или полукристаллическим.
- Аморфный ТПУ
Аморфный тип ТПУ обладает такими свойствами, как мягкость, гибкость и эластичность. Его полимерная структура характеризуется хаотичностью молекул. Эта хаотичная конфигурация и обеспечивает аморфную структуру материала.
Случайное расположение аморфного ТПУ делает материал мягким и эластичным. Это облегчает процессы формования, что означает, что его легко формовать во множество деталей. Этот материал является одним из самых эластичных по сравнению с другими типами ТПУ.
Благодаря мягкости материала он становится полезным в производстве обуви и спортивного снаряжения. Мягкость важна в этом применении, поскольку она гарантирует, что спортсмены будут иметь мягкий материал, который будет удобным и безопасным. Это означает, что текстильная промышленность может извлечь большую выгоду из этого материала.
- Полукристаллический ТПУ
По сравнению с аморфным ТПУ полукристаллический гораздо более прочный и жесткий. Это означает, что он имеет лучшую физическую выносливость. Эти характеристики поддерживаются расположением молекул в кристаллической структуре.
Благодаря таким свойствам, как жесткость и прочность, этот материал используется в приложениях, где выносливость является приоритетом. Это касается и автомобильной промышленности. Также его можно использовать для изготовления внешних компонентов для крупных машин.
Что такое силикон?
Научное название силикон полисилоксан. Это означает, что материал является веществом и представляет собой полимер мономеров силоксана. Силоксаны — это соединения, состоящие из атомов кремния и кислорода в своей молекулярной структуре.
Одной из ключевых особенностей силикона является то, что он является неорганическим соединением. Это означает, что его полимерная структура состоит из веществ, которые не существуют в природе. Неорганические элементы, как известно, обладают высокой прочностью, и это объясняет, почему силикон является одним из самых прочных каучуков.
Силикон может существовать в виде жидкости, геля, пасты или эластомера (резины). Каждый из этих типов силикона имеет определенный вариант использования. В других случаях они также имеют различные составы в молекулярной структуре полимера. Это важно, поскольку помогает в процессе сортировки соединения. Вот почему вы найдете различные типы силикона, такие как адгезив, LSR и так далее.
ТПУ против силикона: химический состав
Статья не была бы подробной, если бы в ней не было химического состава этих двух синтетических полимеров. Химический состав определяется мономерами, из которых состоит материал. Это также подразумевает процесс синтеза полимеров.
Химия ТПУ (термопластичного полиуретана)
Самая базовая форма ТПУ содержит мягкие и твердые сегменты в молекулярной структуре. Каждый сегмент имеет определенный элемент или соединение, из которого он состоит. В этом случае мягкий сегмент изготовлен из полиэфира или полиамида, а твердый — из полибутадиена или полиэстера.
Оба сегмента играют решающую роль в свойствах ТПУ. В то время как жесткий сегмент придает ТПУ упругость и жесткость, мягкий сегмент контролирует модуль упругости материала.
Чтобы сбалансировать эти две характеристики материала — твердость и эластичность — необходимо контролировать соотношения соединений. Кроме того, соотношения можно соответствующим образом скорректировать, чтобы контролировать один аспект. Например, производители могут увеличить соотношение полибутадиена или полиэстера, чтобы сделать ТПУ намного тверже и менее эластичным. Все зависит от варианта использования материала.
Как синтезируется термопластичный полиуретан?
Синтез ТПУ происходит в два этапа. Первый этап известен как поликонденсация, за которым следует удлинение цепи.
На первом этапе, поликонденсация, мономеры реагируют друг с другом, образуя форполимер. Мономеры, используемые для ТПУ, обычно представляют собой диолы и диизоцианаты. Диолы представляют собой длинноцепочечные молекулы с двумя гидроксильными группами, а диизоцианаты представляют собой длинноцепочечные молекулы с двумя изоцианатными группами.
Первый этап включает образование преполимера. Это влечет за собой реакцию мономеров в определенных условиях. Обычными мономерами, используемыми в этой реакции, являются диолы и диизоцианаты.
Диолы содержат гидроксильные группы и являются длинноцепочечными молекулами. Это важно, поскольку означает, что из них легко формировать полимеры. С другой стороны, диизоцианаты содержат изоцианатные группы, которые также являются длинноцепочечными. Эти два соединения должны быть высокого качества без примесей для качественного преполимера.
На втором этапе образованный преполимер реагирует с удлинителем цепи. Цель удлинителя цепи, как следует из названия, заключается в удлинении цепей преполимеров. Это связано с тем, что полимеры обычно представляют собой длинноцепочечные соединения. Это приводит к образованию длинноцепочечного полимера, который коммерчески известен как ТПУ.
Химия силикона
Полимеризация силоксановых соединений довольно проста. Вам нужно помнить, что этот тип полимеризации известен как полимеризация с раскрытием кольца (ROP). Этот тип реакции преобразует циклосилоксан в линейные силоксановые полимеры.
Однако магия силикона меняется в процессе отверждения. Существуют катализаторы, усилители и другие вещества, которые смешиваются с латексом, чтобы выявить свойства материала. Это очень важно, и это то, что делает материал таким прочным.
Производство силиконового эластомера
Для изготовления резины используется процесс, называемый гидросилилированием. Этот процесс включает реакцию кремния и гидрогалогенида. Это своего рода более продвинутый гидрозис. Наиболее распространенными гидрогалогенидами, используемыми в этом процессе, являются хлористый водород или бромистый водород.
Эта реакция гидросилилирования приводит к образованию силанола. Затем силанол реагирует со спиртом, образуя силоксан, мономер, который затем полимеризуется, как мы видели, образуя полимерное соединение, известное как полисилоксан или силикон.
ТПУ против силикона: свойства и характеристики
Сравнение ТПУ и силикона как полимеров помогает нам понять эти материалы на молекулярном уровне. Это очень важно, так как вы получите представление о том, как работают эти материалы. Один из лучших способов изучить эти сравнения — рассмотреть свойства этих веществ.
Свойства ТПУ
ТПУ — универсальный материал с широким спектром свойств, включая:
Высокая стойкость к истиранию
Молекулярная структура ТПУ делает материал прочным. Это необходимое физическое свойство для материалов, которые должны обладать высокой стойкостью к истиранию. Устойчивость к истиранию — это способность выдерживать износ, возникающий из-за многократного истирания. Это в основном касается компонентов, которые используются в экранирующих или герметизирующих приложениях.
Прочность и жесткость материала также влияют на устойчивость к истиранию. Молекулы уретана, которые находятся в базовых мономерах, усиливают это свойство. Поэтому ТПУ может выдерживать приложения, где ожидается трение.
Низкотемпературные характеристики
Материалы, которые могут сохранять форму и структуру в холодных условиях, считаются устойчивыми к низким температурам. Это означает, что они могут в основном оставаться жесткими и гибкими в этих условиях. Как и большинство эластомеров, ТПУ обладает этой способностью.
Большинство резин теряют свою жесткость в условиях низких температур. Они становятся хрупкими и жесткими, чего не ожидается от резины при комнатной температуре. Это отличается для большинства типов пластика. Однако это можно изменить в процессе производства компаунда.
Высокая прочность на сдвиг
Ударопрочность — это продукт управления стрессом. Напряжение — это все, от натяжения, трения, тяги и других элементов. Говорят, что материалы, которые могут оставаться недеформированными в этих условиях, обладают высокой прочностью на сдвиг.
Высокая прочность на сдвиг помогает в приложениях, где есть много движения. Это связано с тем, что материал может оставаться неизменным и обеспечивать длительный срок службы. Это в сочетании с тем фактом, что TPU имеет высокое сопротивление трению, делает материал практически идеальным для многих приложений.
Высокая эластичность
Как и большинство эластомеров, ТПУ также эластичен. Эластичность определяется как способность растягиваться и возвращаться в исходную форму без деформации. Большинство пластиков разрываются при растяжении. Это то, что отличает ТПУ от других классов пластиков.
Эластичность ТПУ в основном зависит от молекулярной структуры соединения. Кроме того, сшивки молекул играют важную роль в модуле упругости материала. Таким образом, ТПУ весьма полезен в приложениях, где требуется эластичность.
Прозрачность
Если вы когда-либо сталкивались с чем-то, сделанным из ТПУ, вы могли заметить прозрачную природу этого материала. Некоторые разновидности ТПУ прозрачны по своей природе. Это происходит, когда в процессе производства соединения добавляются пузырьки воздуха. В большинстве случаев материал обычно полупрозрачен, что означает, что некоторое количество света может проходить сквозь него.
Устойчивость к маслам и смазкам
Масло и жир являются виновниками, которые разрушают многие вещества. Однако TPU разработан для того, чтобы справляться с разрушительным воздействием этих соединений.
Самый разрушительный аспект масла и смазки — снижение поверхностного натяжения. Эти соединения разъедают поверхность, разрушая полимерные цепи ТПУ. Это может привести к многочисленным несчастным случаям в различных применениях.
Кроме того, свойства стойкости к маслу и газу обусловлены гидрофобными свойствами соединения. За это отвечает уретановый остов. Как вы уже знаете, масла и вода не смешиваются. Поэтому масла не смогут повредить TPU, поскольку он защищает себя, будучи водоотталкивающим.
Свойства силикона
Давайте теперь рассмотрим общие механические и химические свойства силикона. Попробуйте сравнить их со свойствами ТПУ и посмотреть, есть ли какие-либо сходства или различия.
Высокая эластичность
Как и все резины, силикон довольно эластичен. Кроме того, это один из самых эластичных видов резины. Это потому, что его модуль упругости составляет 0,0167 ГПа. Чтобы понять, насколько это много, ГПА означает гигапаскали, то есть миллиарды.
Высокий модуль упругости делает силикон достаточно надежным в таких областях применения, как изготовление прокладок и уплотнений. Эти области применения требуют эластичности как свойства, чтобы гарантировать, что компоненты могут выдерживать нагрузку. Вы можете представить себе все области применения, где это применимо.
Высокая механическая прочность
Когда вещество может противостоять деформации, сжатию и другим внешним силам, говорят, что оно имеет высокую механическую прочность. Это видно в большинстве типов силикона, и это объясняет, почему силикон используется в суровых условиях. Например, силиконовые уплотнительные кольца требуют механического сопротивления, чтобы быть достаточно прочными и выдерживать сопротивление.
Отличная химическая стойкость
Военные являются одним из основных потребителей силиконового материала. В частности, военно-морской флот использует силиконовые уплотнительные кольца и уплотнители для своего оборудования. Это связано с тем, что материал не может быть поврежден химикатами, содержащимися в воде. То же самое относится к химическим заводам, где требуются долговечные компоненты.
Низкая теплопроводность
Для теплопроводности силикон также является основным используемым материалом. Низкая теплопроводность означает, что материал не может передавать тепло из одной области в другую. Другими словами, он не может позволить теплу уйти. Это объясняет, почему силикон используется для изготовления кухонной утвари. Это изоляционные свойства соединения.
Низкая токсичность
Существует множество токсичных синтетических полимеров, но силикон не входит в их число. Токсичность означает наличие посторонних веществ, представляющих угрозу для жизни человека и окружающей среды в целом. Если бы он был токсичным, силикон никогда не был бы столь надежным в медицинской промышленности.
Отличная термическая стабильность
Не путайте термостойкость и теплопроводность. Это разные свойства, каждое из которых имеет свое особое значение. Термостойкость — это способность оставаться неизменным независимо от уровня нагрева. Это означает, что силикон сохраняет свои химические и физические свойства как в условиях низких, так и высоких температур.
ТПУ против силикона: классификация и сорта
И ТПУ, и силикон можно классифицировать по различным категориям на основе нескольких факторов. В большинстве случаев используется структура полимера. В других случаях категории зависят от внешних факторов, таких как методы отверждения и вулканизации. Давайте изучим эти общие сорта и типы.
Классификация ТПУ
Существует два основных типа ТПУ. С одной стороны, у нас есть те, которые основаны на полиэстере, а с другой — на полиэфире. Давайте узнаем различия.
ТПУ на основе полиэстера
Как можно понять из названия, ТПУ на основе полиэстера содержат полиэфирную основу в своей молекулярной структуре. Другие элементы в соединении происходят из удлинителя цепи, используемого в процессе производства.
Одним из отличительных признаков ТПУ на основе полиэстера являются его общие механические свойства. Эти вещества довольно жесткие, что делает их желательными во многих областях применения. К ним относятся автомобильная и аэрокосмическая промышленность.
ТПУ на основе полиэфира
Эфиры — это соединения, в которых кислород присоединен к алкильной или арильной группе. Основу полиэфирных ТПУ составляют полиэфиры и удлинители полиольных цепей. Это делает материал довольно прочным во многих отношениях.
Если вы внимательно изучите их, то поймете, что и полиэфирные, и полиэфирные ТПУ не сильно различаются. Они оба имеют схожую структуру, просто они в определенной степени отличаются друг от друга. Это важно, поскольку может помочь вам сделать выбор, учитывая два типа ТПУ.
Типы силиконовых эластомеров
Силикон также можно классифицировать по определенным параметрам. Это будет зависеть от спецификаций производителя или заказчика. Кроме того, существуют специальные марки, которые являются запатентованными и только производитель знает их состав.
- Метилсиликоны (полидиметилсилоксан): Метилсиликоны достаточно распространены во многих областях. Одним из ключевых показателей этих материалов является высокая степень гидрофобности, то есть водоотталкивания. При этом они выдерживают высокие температуры. Этот тип силикона можно считать базовым.
- Виниловые силиконы: Виниловые группы считаются функциональными группами в большинстве соединений. В этом типе силикона эти виниловые группы повышают устойчивость материала к гидролизу. В результате винилсиликоны гораздо более устойчивы к влажности и высокой температуре по сравнению с метилсиликоном.
- Фторсиликоны: Вы когда-нибудь слышали о фторэластомерах? Это синтетические эластомеры с фторированной основой. Известно, что фтор процветает во многих химикатах, и именно поэтому он является идеальным элементом для производства высокопроизводительных эластомеров. Поэтому этот тип силикона обладает превосходными химическими и физическими свойствами.
- Аминосиликоны: Одной из характеристик аминосиликонов является тактильное ощущение, которое возникает при прикосновении к материалу. Обычно он мягкий на ощупь, но это не означает, что он не обладает жесткостью. По этой причине их используют в текстильной промышленности для производства высокопроизводительной одежды.
- Фенилсиликоны: Главной характеристикой фенилсиликона является кольцевая структура, которую образуют его молекулы в процессе отверждения. Она больше похожа на бензольные кольца. Конечно, этому способствует фенильная группа в молекулярной цепи.
Все вышеперечисленные типы силикона можно легко приобрести у вашего надежного производителя силикона. Следует помнить, что каждый из типов имеет несколько отличающиеся свойства от своего аналога. Если уж на то пошло, они созданы с определенными свойствами, чтобы помочь вам сделать выбор в зависимости от предполагаемого варианта использования.
ТПУ против силикона: сравнение сходств и различий
Еще один момент сравнения ТПУ и силикона — это сходства и различия. Другими словами, насколько похожи или различны эти материалы? Для этого мы в основном полагаемся на механические и химические свойства этих материалов.
Сходства между ТПУ и силиконом
Давайте начнем со сходств. Как вы увидите, эти два соединения имеют много сходств. Некоторые из них включают в себя;
Универсальность
Универсальность — это способность адаптироваться к различным условиям. В большинстве случаев это важно, поскольку это означает, что материалы могут иметь широкий спектр применения, среди прочего. Универсальные материалы также пользуются большим спросом, поскольку они имеют большую ценность в переработанном состоянии.
Природа полимера
Природа полимера этих материалов каким-то образом связана. С одной стороны, они оба являются синтетическими материалами. Во-вторых, они оба неорганические. Эти характеристики оказываются существенными при производстве нескольких материалов.
Износостойкость
И ТПУ, и силикон обладают высокой степенью износостойкости. Мономеры, из которых состоят эти полимерные соединения, имеют специальные элементы, которые улучшают это свойство. Износостойкость является важной характеристикой, поскольку она расширяет возможные области применения этих соединений.
Характеристики
Свойства силикона и ТПУ не совсем совпадают. Однако сходство здесь возникает, поскольку оба материала можно идентифицировать по их свойствам. Кроме того, они оба обладают химическими и физическими свойствами, как и большинство полимеров. Это важно в производстве, поскольку помогает выбирать материалы, способные выдерживать стрессовые факторы.
Различия между ТПУ и силиконом
Различия между ТПУ и силиконом как день и ночь. Другими словами, их довольно легко идентифицировать как физически, так и химически. Некоторые из этих различий включают в себя;
Методы обработки
Силикон изготавливается с использованием довольно специфических методов. К ним относятся литье под давлением, компрессионное формование и другие. В некоторой степени те же методы могут быть использованы для производства компонентов из ТПУ.
Обработка ТПУ сложнее, чем силикона. Одной из причин этого является класс полимера каждого материала. Термореактивные и термопластичные пластики имеют совершенно разные свойства и поведение в присутствии тепла. В то время как термореактивные пластики не могут плавиться, термопластичные пластики могут легко распадаться под воздействием тепла.
Простота обработки
Мы также можем сравнить эти два материала по простоте их производства. Известно, что ТПУ сложнее обрабатывать, чем силикон. Это так, потому что ТПУ, как правило, является термопластиком, а это значит, что техникам нужно быть осторожными, чтобы не разрушить его под воздействием тепла.
Кроме того, ТПУ имеет более высокую вязкость, чем силикон. По этой причине у него возникают проблемы с прохождением через формы в процессе формования. Эти проблемы являются причиной того, что ТПУ гораздо сложнее обрабатывать, чем резину.
Качество материала
Качество материала имеет для вас первостепенное значение. Это означает, что вы всегда учитываете качество материала при принятии большинства решений.
Силикон и ТПУ имеют разные качества материалов при сравнении бок о бок. Резина и пластик — это не одни и те же материалы. Однако, если вы сравните их в более широких категориях, вы обнаружите, что особой разницы нет.
Продолжительность жизни
Срок службы — это период, который проходит между датой изготовления и моментом потери всех свойств материала. Это определение используется применительно к этим соединениям.
Силикон имеет более длительный срок службы, чем ТПУ. Защита от УФ-воздействия силикона делает его более долговечным в большинстве сред. Того же самого нельзя сказать о ТПУ, который имеет тенденцию распадаться быстрее силикона.
Приложения
Выбор материала во многих приложениях основан на нескольких факторах. Силикон и ТПУ могут соответствовать многим параметрам, но окончательный выбор соединения может зависеть от многих внешних факторов. Во-первых, силикон — это эластомер, а ТПУ — термореактивный материал.
Применения силикона довольно узкоспециализированы и специфичны. Это приложения, которые были тщательно выбраны после сбора большого количества информации о вариантах использования. Некоторые из них включают;
- Медицинские приборы: Силикон используется для изготовления медицинских имплантатов, линз, катетеров и других биосовместимых вставок.
- Товары для дома: В наших домах есть много изделий из силикона. Это: кухонная утварь, герметики для бытовой техники, а также игрушки для детей и взрослых. Большинство этих игрушек используют преимущества нетоксичной природы силикона.
- Автомобильные приложения: Автомобильная промышленность рухнула бы, если бы не прочные каучуки, такие как силикон. Он используется для производства прокладки, шланги, уплотнения, и так далее.
Дополнительное связанное приложение
- чехол для телефона
- ремешок для часов
- чехол для клавиатуры
- бутылка с водой
- разделочная доска
- рамка номерного знака
С другой стороны, ТПУ имеет обозначенные варианты использования на основе множества факторов. Например, долговечность материала делает его идеальным для обуви, спортивного инвентаря и, в некоторой степени, автомобильных деталей.
ТПУ или силикон: что выбрать?
Когда вы сталкиваетесь с дилеммой выбора между силиконом и ТПУ, вам нужна путеводная карта, чтобы найти идеальный материал. Прочитав эту статью, вы теперь лучше понимаете эти два материала. Однако дилемма все еще может существовать.
Одним из ключевых моментов, которые следует учитывать, являются спецификации предполагаемого варианта использования. Какие свойства они ищут? Понимая, что некоторые из этих свойств перекрываются, вам нужно быть здесь довольно осторожным. Поэтому руководствуйтесь требованиями ниши, такими как устойчивость к определенному химическому веществу.
Не будет прямого ответа на какой из них рассмотреть. Однако, при правильных соображениях вы сможете преодолеть дилемму и сделать правильный выбор. Это важно, поскольку есть гарантия, что вы найдете правильный материал для работы.
Заключение
Термопластичный полиуретан и силикон оказались довольно надежными синтетическими полимерами. Поскольку спрос на полимеры растет, эти материалы будут продолжать производиться для удовлетворения спроса. К вашему сведению, теперь вы лучше понимаете их, если планируете использовать их в своем следующем проекте.
Больше ресурсов:
Силикон против поликарбоната – Источник: ЛЕГЕНДА
Силикон токсичен? – Источник: ЛЕГЕНДА
EPDM против силикона – Источник: ЛЕГЕНДА
Силиконовое или акриловое кровельное покрытие – Источник: ЛЕГЕНДА
Силикон — это резина, эластомер или полимер? – Источник: ЛЕГЕНДА