Полиуретан. Что это за материал, его свойства и сферы применения

Развитие современной науки не стоит на месте. Вместе с ней как совершенствуются уже известные материалы, так и появляются новые. За основу, как правило, берутся синтетические полимеры, такие как материал полиуретан. Что это за вещества и какое применение они нашли во всех сферах быта и производства, мы узнаем чуть позже. Физические и технологические характеристики позволяют использовать их даже в самых ответственных отраслях: машиностроении, изготовлении изоляторов и крепежа. Без них просто невозможно представить повседневную жизнь человека.

Для шага вперед

Несмотря на постоянные разработки, острая необходимость в новых качественных материалах остается очень высокой. Современная жизнь требует огромного многообразия различных веществ: пластичных и твердых, растяжимых и прочных. Они должны выдерживать напряжение, температурные перепады, агрессивную эксплуатацию.

Эта потребность вынуждает ученых экспериментировать с синтезом полимерных соединений, с совместимостью неорганических и органических компонентов в попытке получить более универсальные составы. Полиуретан и есть такой полимер. Он обладает целым набором уникальных свойств, которые сделали его одним из самых активно используемых почти во всех сферах жизни и производства.

Что это за материал: полиуретан?

Сначала стоит подробнее разобраться с самим веществом и с тем, почему его называют термопластичным.

Данное полимерное соединение сочетает твердость прочного пластика и пластичность натурального каучука. Оно появилось только в середине прошлого века, благодаря усилиям ученых из США, которые смогли его синтезировать. Физические характеристики данного материала напрямую зависят от основного компонента.

Базовое сырье

Существует несколько видов сырья, из которых производится для подошвы материал полиуретан. Это простые и сложные полиэфиры, а также алифатический изоцианат.

Теперь, когда мы знаем, что это за материал - полиуретан, нужно разобраться с его возможными составами.

Если в основе вещества большей процентной долей обладает простой полиэфир (пропилен- и этиленоксид, изопрен), то итоговое вещество становится более устойчивым к процессу гидролиза, а также получает повышенные морозоустойчивые и износостойкие характеристики.

Основы из сложных полиэфиров (линейных продуктов фталевой кислоты) придают итоговому веществу следующие особенности:

• увеличение предела прочности при растяжении;
• повышенную износостойкость;
• возможность восстановления первоначальной формы.

Для колес материал из полиуретана на базе последнего компонента получает повышенную способность к сопротивлению ультрафиолету и пластичность, даже при температурах ниже ноля.

Основным методом получения данного вещества является литье из гранулята. Итоговый эластомер может быть в двух состояниях: вязком жидком и твердом. Твердые вещества могут иметь как кристаллическое, так и аморфное состояние (то есть иметь только ближний порядок атомной структуры).

Чтобы удлинить и структурировать цепи, используются гликоли, вода, эфир глицерина или касторовое масло. Эти реагенты задают молекулярную массу для линейных полиуретанов.

Катализатором для процесса образования полиуретана могут выступать третичные амины, соединения бериллия, железа, ванадия или меди, а также нафтенаты свинца или олова.

Главная особенность вещества

Готовая продукция из материала полиуретан (стельки, например) имеет различные финальные свойства, которые могут разниться для каждой сферы ее применения. Ключевая особенность — возможность задавать и корректировать необходимые параметры на начальной стадии получения материала. Это способствует все большему расширению сфер его использования.

Если не обращать внимания на преобладающий компонент, который лежит в основе термопластичного полиуретана, то полученный материал также имеет целый набор общих свойств.

Ключевые характеристики

Во-первых, данное вещество обладает стойкостью и выносливостью и хорошо держит форму. Во-вторых, высокая прочность при различных деформациях, таких как растяжение или изгибание, позволяет ему стать незаменимым в отраслях, где пластичность материала выходит на первый план. В-третьих, хороший уровень поглощения шума и вибраций обеспечивает полиуретану популярность, например в машиностроении.

Кроме этого, вещество можно подвергать окрашиванию, которое не влияет на параметры износостойкости, так как краска наносится не только на верхний слой, а прокрашивает весь объем.

Температурный диапазон применения данного эластомера колеблется от -60 до +80 градусов Цельсия.

Полиуретан, как материал подошвы обуви, отличается устойчивостью к жирам, микробам, бактериям, перепадам температур, морской воде, старению, механическому воздействию. Для повышения общей прочности материала его можно покрыть слоем армированного стекловолокна. Растворы полиуретана в органических растворителях превращаются в различные виды высокопрочного клея.

И один очень приятный бонус: это вещество можно перерабатывать.

Отрасли применения

Основными сферами использования термопластичного полиуретана являются:

• автомобильная промышленность;
• изготовление товаров общего потребления;
• обувная промышленность;
• изготовление спортивных товаров;
• кабельное производство.

В автомобиле- и машиностроении это вещество применяется для производства ручек, амортизационных опор шасси, ковриков, пружин, козырьков, различных тумблеров и переключателей, изоляторов. В некоторых случаях из него изготавливают декоративные части интерьера автомобиля.

В сферах народного потребления из него изготавливают подошвы, стельки и другие подобные компоненты обуви, наконечники для зонтов и прочее.

Полиуретан в обувной промышленности

Свое основное применение в быту полиуретан нашел в обувной промышленности. Из-за базовых качеств (морозостойкости, эластичности, прочности, долговечности и устойчивости к постоянному механическому воздействию) из него получаются прекрасные подошвы, особенно для зимних видов обуви. Эргономичность данного полимера высока наряду с антисептическими свойствами, что позволяет применять его для изготовления стелек.

Производство товаров для отдыха и спорта также не обходится без полиуретана. Из него изготавливают колесики для роликовых коньков, спортивные шины, втулки и прокладки, наконечники для лыж, специальные спортивные ботинки для сноубординга и конькобежного спорта, колесики для скейтбордов, соединительные элементы и различный крепеж.

Краткие итоги

Теперь, когда мы знаем, что это за материал - полиуретан, стоит подвести итоги. Итак, данный эластомер является одним из самых часто используемых соединений. Он отличается целым рядом прекрасных технологических, физических, химических и конструктивных характеристик, которые обеспечивают ему применение во множестве отраслей и производств.

Все эти характеристики делают материал экономически выгодным для массового производства. При этом затраты на этот процесс довольно скромные как в финансовом плане, так и с точки зрения временных затрат.

Как материал подкладки, полиуретан используется для обмотки силового кабеля и декоративных элементов салонов авто, для роликовых коньков и стелек. Возможность задавать необходимые характеристики на этапе изготовления позволяет расширять сферы применения данного полимера и делает их практически безграничными.