Полиуретан: применение и свойства

Полиуретан – современное и востребованное в промышленности сырье, которое можно поставить в один ряд с резиной, каучуком, металлом. Полиуретан используется в различных формах: в жидком, твердом, включая формованные листы. Большую популярность этот материал приобрел благодаря особенностям получения, универсальным свойствам, а также доступности.

Итак, знакомимся, полиуретаны: состав, свойства, производство, применение.

История создания полиуретана

Отто Байер - создание полиуретанаВпервые полиуретан был получен в 1937 году. Известный немецкий химик-технолог Отто Байер синтезировал его из диизоцианта и жидкого полиэфира. Полученное вещество превосходило по многим свойствам существующие тогда пластмассы. Дальнейшие исследования в этом направлении были направлены на получение искусственных волокон, а также пены, обладающей высокой эластичностью. Но задуманное пришлось отложить в связи с начавшейся Второй Мировой. Но уже тогда полиуретаны начали использовать, например, в незначительных количествах их применяли для покрытия самолетов.

Вновь к совершенствованию технологии и изготовлению полиуретана в промышленных масштабах вернулись лишь в 1954 году. Для синтеза применялся диизоциант толуола и полиолы полиэстра. Массовое производство стартовало в 60-х годах с подачи известных американских компаний Mobay и Union Carbide.

Занимательно, что вспененный полиуретан, обладающий высокой эластичностью, был получен случайным образом. В смесь, подготовленную для реакции, попала вода. Результат был непредсказуем и дал начало производству нового материала.

Свойства полиуретана

Полиуретан – это целый класс синтезируемых полимеров, в молекулах которых присутствуют группы уретанов. В связи с тем, что молекулярная структура их может отличаться, технические характеристики и свойства полиуретанов могут быть различными. Но общее для всей группы полимеров является вязкость и высокая эластичность. По этой причине их относят к эластомерам. Эластомерами называют упругие материалы, которые могут растягиваться и принимать исходное положение, то есть ведут себя как резина.

строение полиуретана

Впечатляет морозостойкость полиуретанов, они могут использоваться при различных температурах: от — 60°C до +80°C.

Физические свойства полиуретана

  • Высокая твердость. Это дает возможность применять материал там, где на него оказываются значительные механические нагрузки.
  • Превосходная износостойкость. В том числе к воздействию абразивных веществ, применяемых для шлифовки, полировки и прочих видов обработки материалов.
  • Значительная эластичность. При том, что твердость материала остается высокой.
  • Устойчивость к деформациям, которая обеспечивается значениями прочности до 50 МПа.
  • Полиуретан – неблагоприятная среда для образования плесени, грибков, микроорганизмов.
  • Не изменяет свойства при воздействии масел, растворителей.
  • Метод литья позволяет изготавливать из полиуретана продукты любого размера и конфигурации.

Достоинства и недостатки материала

Полиуретан имеет массу преимуществ, в сравнении с прочими наиболее распространенными материалами.

  • Он легче, чем металлы, эластичнее, не является проводником электричества, не поддается воздействию абразивов. Изготовленные из полиуретана механизмы производят меньше шума, чем металлические, они не требуют больших затрат при ремонте и обслуживании.
  • Полиуретан имеет более долгий срок эксплуатации, в сравнении с резиной. Он способен выдерживать значительнее нагрузки, скорее, чем резина возвращает первоначальную форму после внешнего воздействия, эластичен, не видоизменяется при взаимодействии с маслами, не притягивает так сильно грязь, как резина.
  • В сравнении с пластиками свойства материала полиуретана также более практичны. Он устойчив к механическому воздействию, обладает значительной упругостью и не поддается абразивам. Этот материал сохраняет эластичность даже при экстремально низких температурах. Из него проще формировать материал с толстыми слоями.
  • Полиуретан выделяется среди всех указанных материалов и по соотношению цены и качества. Применяя его при производстве разнообразных механизмов, удается удешевить себестоимость продукции.

полиуретановые втулки

Общие плюсы полиуретана

  • Небольшая масса. Это позволяет уменьшить общий вес готовых изделий.
  • Устойчивость к внешним воздействиям среды, химических составов.
  • Возможность производства материала с определенным показателем коэффициента трения.
  • Неспособность проводить электричество.
  • Способность значительно растягиваться.
  • Возможность использования при критичных температурах, в том числе краткосрочно при температуре до 100°C.
  • Долговечность.
  • Твердость.
  • Износоустойчивость.

Минусы у этого материала также имеются. Главный из них – сложность утилизации. Прочие же могут формироваться из плюсов в неподходящих условиях. Так, резиновые детали могут быть более мягкими, в сравнении с полиуретаном. Иногда это преимущество, например, при конструировании и эксплуатации подвески. Полиуретановые сайлентблоки придают ей больше жесткости. А при применении этого материала в декоре можно получить некачественный рисунок из-за того, что вспененная структура усаживается. Обувь, изготовленная с применением

Как производится полиуретан и полуфабрикаты из него

Полиуретан бывает различных форм. Он может быть жидкий, твердый, выпускающийся в форме стержней, листов, пластинок, а также вспененный (всем знакомый пенопласт, поролон). Есть также напыляемый.

жидкий полиуретан

Жидкий полиуретан

напыляемый полиуретан

Напыляемый полиуретан

Для производства изделий из него могут применяться самые различные технологии от литья и прессования, до экструзии и заливки с использованием стандартного оборудования.

В современной промышленности применение полиуретана так распространено, что его смело можно назвать самым востребованным полимером. Так, в 2015 году по данным Labyrinth Research&Markets, во всем мире было произведено более 21 миллиона тонн полиуретана. Учитывая растущие потребности в нем, к 2020 году по прогнозу объемы могут вырасти до 30 миллионов тонн. Отмечается, что отрасль находится в положении стабильного развития и темпы ее роста опережают динамику валового продукта мирового хозяйства.

Что касается России, то объем импортного полиуретана незначительно превышает собственное производство. Ведущая разновидность – вспененный полиуретан жесткий и мягкий. Его доля в общей структуре 84%. Больше всего полиуретана используется в мебельной отрасли, автомобильной и строительной. Также это материал используется при изготовлении труб для нефте- и газопроводов.

динамика производства полиуретанов

Статистика с сайта https://plastinfo.ru/

В мире крупнейшими предприятиями по синтезу этого вещества являются:

  • Covestro;
  • Bayer;
  • BASF;
  • Huntsman и ряд других.

Области применения полиуретана и его производных

Полиуретан выпускается различных форм, поэтому и области применения полиуретана очень многочисленны.

  • Жидкий. Производится в виде спрея. Используется для покрытия поверхностей из различных материалов: бетона, кузовов технических устройств, баков и резервуаров и пр.
    Материал в таком виде оказывается полезен для создания защитной прослойки при сооружении крыш. Он входит в состав красок, лаков, герметиков, клеящих веществ. Из него изготавливаются формы для производства бетонных, гипсовых, восковых изделий, в том числе небольшого размера, архитектурных, декоративных.
  • Пенополиуретан. Служит сырьем для наполнения, материалом для теплоизолирующих конструкций.
  • Листовой полиуретан. Является основой защитных элементов, штампов для прессов, применяется для производства колес, роликов, валов.

Если рассматривать отдельные виды промышленности, где используется этот материал, то список получится достаточно длинный.

  • Тяжелая. Например, в качестве амортизирующих деталей в конструкции станков.
  • Строительная. Устойчивые к вибрациям полы, нескользящие покрытия, отделка фасадов.
  • Мебельная. Крепеж, матрасы, наполнители для мягкой мебели.
  • Автомобильная. Валы, втулки, пружинные элементы, шины, ролики, детали, взаимодействующие с маслами, подшипники.
  • Медицина. Протезные элементы, имплантаты.
  • Обувная. Подошвы, материал, имитирующий кожу.
  • Текстильная. Производство ковров – изготовление подложки для них.

Применение полиуретана ограничивается лишь сложностью его утилизации. Однако этот вопрос решается путем вторичной переработки отходов.

Вторая жизнь полиуретана

Ведущими источниками полиуретана, используемого для вторичной переработки, являются бытовые приборы, вышедшие из строя, автомобильные детали, матрасы и мягкая мебель, ковровые покрытия. И, конечно, весомую долю занимают отходы промышленности. Все вместе это составляет лишь около 5 процентов от пластмассовых отходов.

Методы переработки этого материала различаются. Один вариант – получение энергии путем сжигания отходов и использования выделяемого при этом тепла. Другой, более оптимальный и экологичный – механическое измельчение для повторного включения в производственные процессы, например, в качестве наполнителя при изготовлении формованных продуктов. Третий вариант – химическое разделение на мономеры, из которых снова производятся полиуретаны.

Широкое внедрение вторичной переработки может решить основную проблему, связанную с использованием этого материала. А универсальные свойства и применение полиуретана повсеместно не позволяют сомневаться, что этот материал будет востребован еще длительное время.

Все статьи Каталог изделий
Мы готовы связаться с вами
 Я выражаю согласие на обработку персональных данных.