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干货丨TPU薄膜的加工工艺&应用范围

发布日期:2019-12-23 浏览:0

聚氨酯热塑性弹性体

又称热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU,是一种(AB)n型嵌段线性聚合物,A为高分子量(1000-6000)的聚酯或聚醚,B为含2-12直链碳原子的二醇,AB链段间化学结构是用二异氰酸酯,通常是MDI连接。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联,随着温度的升高或降低,这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱,而冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起,恢复原有固体的性能。


聚氨酯热塑性弹性体有聚酯型和聚醚型两类,相对密度1.10-1.25,聚醚型相对密度比聚酯型小。酯型和醚型的每一种类型材料又可分为芳香族类和脂肪族类两个分类。脂肪族类耐紫外线性能较好,但价格较贵。这两种类型的材料都有很好的耐油性能。

TPU加工工艺


1.流延

经过挤出机把原料塑化熔融。通过T型结构成型模具挤出,呈片状流延至平稳旋转的冷却辊筒的辊面上,膜片在冷却辊筒上经冷却降温定型,再经牵引、切边后把制品收卷。


2.吹塑

将塑料粒子加热融化再吹成薄膜的一种塑料加工工艺。这种加工工艺吹出的膜料质量相关于吹膜的机器和塑料粒子。TPU材料本身的弹性和粘性,在成型时会黏在一起和收缩,为避免,采用生产时用PE带出。


3. 挤出涂覆


4.压延


特性

  • ·分聚酯(耐热、耐化学药品)和聚醚(耐低温、耐水解、防霉抗菌性)两类;

  • ·高强度、耐磨、耐候、环保无毒、易回收分解、耐扰性。


1、硬度

硬度是材料抵抗变形,刻痕和划伤的能力的一种指标。TPU硬度通常用邵尔A(Shore A)和邵尔D(shore D)硬度计测定,邵尔A用于比较软的TPU,邵尔D用于较硬的TPU。硬度主要由TPU结构中的硬段含量来决定,硬段含量越高,TPU的硬度就会随之上升。硬度上升后,TPU的其他性能也会发生改变,拉伸模量和撕裂强度增加,刚性和压缩应力(负荷能力)增加,伸长率降低,密度和动态生热增加,耐环境性能增加。TPU的硬度与温度存在一定关系。从室温冷却降温至突变温度(-4~-12℃),硬度无明显变化;在突变温度下,TPU硬度突然增加而变得很硬并失去弹性,这是由于软段结晶作用的结果。


硬度与定伸应力和伸长率的关系以及硬度与撕裂强度的关系。随着TPU硬度的增加,100%定伸应力和300%定伸应力迅速增加,伸长率下降。这主要是由于硬段含量增加的结果:硬段含量高,其所形成硬段相越易形成次晶或结晶结构增加了物理交联的数量而限制材料变形。若使材料变形必须提高应力,从而提高了定伸应力,同时伸长率下降。TPU硬度与撕裂强度的关系,随硬度增加,撕裂强度迅速增加,其理由亦与模量的解释相同。


2、拉伸强度

在拉伸试验中,试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度,其结果以MPa表示。有些错误地称之为抗张强度、抗拉强度等。抗张强度28.3至62MPa,酯型较高,醚型较低。


3、断裂伸长率(弹性、韧性)

断裂伸长率,是指薄膜拉伸时有效标线部分(两夹具间)拉断时长度增加量与初始有效标线部分(两夹具间)长度的百分比,断裂伸长率是衡量韧性(弹性)指标。具有较大的断裂伸长率,表征被测物抗冲击时有一定的伸长,不会立即脆裂。


4、撕裂强度

弹性体在应用时由于产生裂口扩大而使之破坏为撕裂,而撕裂强度就是评价材料抵抗撕裂作用的能力。对于一般薄膜材料而言,往往纵向和横向的性能不同,所以要分别制样测定。


5、弹性模数

材料在常温、静态作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定,并可同时测定材料的应力-应变曲线。TPU材料300%定伸模数为7.6至33 SMPa。


6、耐磨性能

当材料经常受摩擦、刮擦、侵蚀等机械作用引起材料表面逐步磨耗。以规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示,与薄膜本身硬度有关。


7、耐曲挠性能

当产品需要在重复的周期性应力作用下使用时需注意因材料耐曲挠性不佳而产生断裂的情形。


8、耐黄变/抗UV

(1)TPU材料在一般环境中接触紫外线、氧气等,出现老化现象,导致产品性能下降和表面变黄的现象。

(2)耐黄变测试参考资料。

(3)添加稳定剂和吸收剂也能使芳香族类的光氧化过程延迟,但达不到脂肪族类同样的程度。实验中对比灰卡,分1-5级。经过耐黄变测试如Suntest,QUV或者其他日晒等测试后,对比测试前后样品的颜色变化,最好的等级是5,代表基本不变色。3以下就是明显变色。


一般来说4-5级,就是稍微变色,就已经满足大部分TPU的应用了。如果需要完全不变色,需要用脂肪族TPU,就是所谓不黄变TPU,基材非MDI,一般是HDI或者H12MDI等,长时间UV测试也不会变色。老化保证约2-3年,和使用环境有关。


9、耐水性能

TPU在浑浊水中耐水性能良好,1-2年内不会发生明显水解,尤其以聚醚系列更佳。聚酯系列易吸湿,在50℃的水中浸泡半年或70℃浸泡3周或100℃浸泡3-4天,会完全分解,需要储存在干燥室温中。


10、耐油与耐药品性能

一种极性极强的高分子材料和非极性矿物油的亲和性很小。在燃油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油,机油润滑油等)中几乎不受侵蚀,聚酯系列耐油性较佳,对于油脂的体积变化很小,抗张强度甚至比原初始值更高,相较于其它材料物性降低而更显的优异,需注意的是在矿物油中若含有少量的水分时,会对薄膜物性产生不同程度的负面影响。


11、耐热与耐氧化性能

当产品需要长期于高温(如70度)以上的环境下使用时必须考虑所选择的材料与空气中的氧产生氧化(老化)的现象,膜可以应付各种恶劣的环境,一般耐温性约在130度以上,聚酯耐热更佳。


12、低温性能

膜具有非常好的耐低温性能一般都能达到零下30度的程度,可取代一般PVC 会因而脆化之用途。适合用在寒带相关的制品.聚醚耐寒更佳。


13、防霉抗菌性能

膜具有较佳的防霉抗菌性,可抵抗青霉菌、曲霉菌、短梗霉菌、混合芽胞及其它微生物等。


14、气体扩散性能(气密性)

膜非常容易利用高调波或是热压来熔接因此广泛用在吹(充)气制品上,气体扩散系数是指在一定温度和压力下气体透过试样规定面积的扩散速率.同一材料对不同气体的穿透率有时差异较大,聚酯系列制品气密性比聚醚系列更好。


15、生物医学性能

膜具有极佳的生物兼容性,无毒,无过敏反应性,无局部刺激性,无致热源性,因此广泛应用在医疗,卫生等相关产品及运动保护器材上。


16、防水透湿

不同于微孔膜,TPU属于亲水性薄膜,亲水性薄膜是由单一组分的共聚物构成,由硬链段和软链段沿着大分子链交替排列。硬链段疏水,它能阻止水滴通过,起到防水作用;软链段亲水,它们可以和水分子作用,借助氢键和其它分子间作用力,在高湿度一侧吸附水分子,通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸,从而达到透湿的效果。透湿的过程也就是“吸附— 扩散 —解吸”的过程。(大概的意思就是TPU薄膜上面是没有洞的,下次再有人问你们用薄膜罩在杯子上能不能看到水汽你就揍他!)


一种电击处理,它使承印物的表面具有更高的附着性。电晕处理具有时效性,处理效果会随薄膜类型、存放环境湿度以及存放时间的不同产生不同程度的衰退,对于处理后不立即使用的薄膜,应适当增大处理功率,加深处理程度,并尽可能保存在低温干燥环境中。


17、薄膜表面抗静电处理

当两个物理状态不同的固体相接触摩擦的时候,他们各自的表面就会发生电荷再分配,重新分离后,每个固体表面都将带有比接触前过量的正(或负)电荷,这种现象称静电。清除静电的办法一般是使用表面活性剂,如抗静电剂来降低聚合物的表面电阻。由于这样的助剂具有吸湿性,在聚合物的表面吸收大气中的水分而形成一层很薄的导电薄膜,从而使静电迅速消除。在这一过程中水分起着重要的作用,随着大气湿度的提高,聚合物的表面导电能力也提高,使静电荷迅速流失,产生较好的抗静电性能。


聚酯型聚醚型
耐磨性△△△
耐高温△△
耐低温△△△
耐水解△△△
抗菌性△△△
气密性△△△△△
耐油性△△△

TPU薄膜使用方法

TPU薄膜优良的可加工性是它被市场青睐的原因,目前可采用针缝和高频机焊接。又叫热合、热压、高周波焊接。工作原理类似微波炉加热,主要是依靠每秒钟几万次,几百万次,甚至几亿次的电磁场变化对物体进行作用所产生,产生热量进行粘接。


影响粘合牢度的因素有:高频输出功率、热合时间、热合压力、材料熔融指数。

应用

1.汽车工业---扶手、保护杆、地板、遮阳板、内饰、车窗贴膜;


2.鞋材----潜力市场;

  • ·可印刷,易加工(可高周波熔断,熔融点有差异)、环保,符合欧盟进口标准;

  • ·倾向于颜色鲜亮、颜色丰富的产品;

  • ·运动鞋商标,鞋面饰,气垫,鞋底饰片,鞋材防水面料贴合;


3.服装贴合;


4.成衣、围裙、窗帘、床单、床罩、浴帘、桌布;


5.雨伞、雨衣护具;


6.皮包、皮箱;


7.化工;


8.电子;


9.医疗;

  • ·手术衣帽;医疗用褥垫;冰袋;血浆袋;手术保护套;女用保险套;

  • ·防霉抗菌、生物相容性(细胞毒性试验、致敏试验、皮内反应试验);


10.服装辅料:透明松紧带,文胸液袋,氯袋,隐形肩带,止水带;


11.运动器材:球类,滑板车,雪橇,雪靴,露营产品(帐篷、饮水带),滑雪手套,围裙;


12.充气玩具、广告气球----气密性、抗撕裂性、抗拉伸,承受高气压;


13.水上水下用品;


14.救生圈、充气睡袋、充气水床、充气艇面料和里料;


15.安全防弹玻璃夹层膜;

一般选用高抗紫外线透明脂肪族,抗撕裂等性能要求较高;


16.工业用品;

传送(动)带;绝缘地板;油袋;防火布;隔热隔音材料;


17.婴儿用品;

玩具、婴儿床、婴儿车、围兜面料和里料;


18.食品、工业机器、电子机器包装。


目前国内普遍存在的困难

设备落后、原材料和助剂品质低端导致以下问题:

  • ·加工难度大、产品不稳定;

  • ·添加增塑剂(属于环境荷尔蒙,扰乱人体内分泌,可能引起生殖系统异常、甚至造成畸胎、癌症的危险),目的是降低料粒粘度、硬度,分子量而易加工,会导致薄膜催化、异味、吐油;

  • ·晶点、水波纹控制不好。高端薄膜还会添加PE或者PET或者离型纸保证薄膜光洁、防尘。


发展方向

  • ·高品质----品质稳定;

  • ·种类丰富----高端防水透湿、防紫外线不黄变、超透明无晶点;

  • ·规格多样----超薄以及多种颜色TPU薄膜。

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