Как молекулярная формула полиуретана управляет разработкой продукта

Полиуретаны — невероятно универсальные пластиковые материалы, ставшие играть главную роль в продуктах, которые люди используют каждый день. Полиуретаны были изобретены в 1937 году доктором Отто Байером и в основном использовались как заменители резины во время Второй мировой войны. К 1950-м и 60-м годам полиуретаны использовались в эластомерах, клеях и гибких пенах для амортизации.

Сегодня этот материал настолько повсеместен, что его можно найти почти в любом продукте в любой крупной отрасли. Распространенные применения включают кожаные изделия, системы термоизоляции, спойлеры в автомобилях, хирургические наволочки и многое другое.

Как возможно, что полиуретаны могут принимать так много совершенно разных форм? Все дело в химической формуле полиуретана. Вот что инженерам и продуктовым командам следует знать о разных видах полиуретанов, почему формулировка полиуретана важна и как формулировка может влиять на их конечные детали.

Полиэтер против полиэстера — в чем разница?

Чаще всего полиуретаны производятся из полиэтеров и полиэстеров. У обоих есть эластичные свойства, оба могут быть сделаны любой твердости, и у обоих есть разнообразие применений по отраслям. Однако полиэтер и полиэстер не взаимозаменяемы. Инженеры должны ознакомиться с ключевыми различиями между этими двумя материалами, чтобы обеспечить, что они выбирают лучший подходящий полиуретанический пластик для своего применения.

Полиэстер-полиуретаны используются в более мягких уретанах (ниже 90A дурометра) и известны своей сильной устойчивостью к разрезанию, абразии, разрыву и растворителям. Они могут выдерживать более высокие температуры дольше, чем полиэтер-полиуретаны, и имеют более высокую прочность на разрыв. Полиэстер также отличный выбор для поглощения ударов и широко используется в применениях, требующих демпфирования вибраций. Популярные применения включают ролики банковского оборудования, амортизирующие подушки и автоматизационные зажимы.

Однако полиэстер имеет свои недостатки. Материал в общем имеет плохую влагостойкость и не рекомендуется для деталей, которые будут экспонированы воде или средам с высокой влажностью. Гидролиз разрушит физические свойства материала.

Полиэтер-полиуретаны, с другой стороны, используются в более твердых уретанах (выше 90A дурометра) и склонны предлагать более высокую влагостойкость и более динамические свойства, чем полиэстер-полиуретаны. Этот материал также имеет лучший отскок, лучшую гибкость при низких температурах и лучше работает в высокоскоростных применениях. Его отличные механические свойства также делают его хорошо подходящим для деталей, которые будут испытывать средние и высокие напряжения.

Популярные применения полиэтера включают ролики для коньков, ролики для лифтов, ролики для листового металла и разнообразные пищевые применения. Даже хотя полиэтер используется в более твердых уретанах, этот материал фактически предлагает меньшую абразивную устойчивость, чем полиэстер, и более склонен к разрыву. Он также в общем идет по более высокой цене.

Почему формулировка полиуретана важна

Чтобы понять, почему формулировка полиуретана так важна, полезно понять основы химии полиуретана. Полиуретаны создаются через химическую реакцию между полиолом и изоцианатом, создающей пре-полимер. Этот пре-полимер затем перекрестно связывается с куративом для формирования полиуретана. Эта химическая формула полиуретана может показаться простой, но есть много места для сложности и вариативности.

Возьмем термореактивные полиуретаны как пример. Обычно эти виды полиуретана состоят из основ TDI или MDI — которые соответственно предлагают хорошие механические свойства при высоких и низких температурах — комбинированных с эфирными или эфирными химическими связями. Эфирные полиуретаны включают два атома кислорода и два атома углерода, в то время как эфирные полиуретаны включают только один атом кислорода и два атома углерода.

Каждая уникальная комбинация этих основ и химических связей даст результирующему материалу разные физические свойства. Также есть десятки химикатов, которые могут использоваться для куративов в полиуретанах, плюс возможность смешивания куративов и добавок для создания чего-то совершенно нового.

Со всеми этими факторами в игре, возможно создать, казалось бы, бесконечное разнообразие формулировок, делая небольшие корректировки к химической формуле полиуретана. Именно поэтому инженерам и продуктовым командам необходимо оценивать все аспекты их предполагаемого полиуретанического пластика и избегать выбора материала на основе одного или двух критериев.

Если два полиуретанических прыгающих мяча имеют одинаковую твердость, но разный химический синтез, один может упасть на пол, в то время как другой может отпрыгнуть обратно. Чтобы убедиться, что конечная деталь выполняется точно так, как должна, инженеры и продуктовые команды должны принять формулировку полиуретана в тщательное рассмотрение в процессе разработки продукта.

Пусть Fast Radius будет вашим гидом по формулировке полиуретана

Подводя итог, полиэстер-полиуретаны лучше подходят для формулировок с низким дурометром, высокотемпературных применений и деталей, требующих поглощения ударов или вибраций. Полиэтер-полиуретаны лучше для формулировок с высоким дурометром, высокоскоростных или высоконапряженных применений и деталей, которые будут экспонированы воде.

Продуктовые команды и инженеры должны оценивать уникальные химические формулировки любого предполагаемого полиуретана, чтобы обеспечить, что их конечные детали имеют желаемые свойства и соответствуют всем критическим требованиям. Работа с опытным производственным партнером может помочь.

Fast Radius может помочь продуктовым командам распаковать все сложности формулировки полиуретана, чтобы они могли выбрать правильный полиуретанический пластик для их конкретного варианта использования. Наша талантливая команда дизайнеров, советников и инженеров знает, насколько важен выбор материала, и может помочь запустить проект правильно. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать и узнать больше об услугах, которые мы предлагаем.

Для других обзоров материалов и больше отраслевых инсайтов, ознакомьтесь с нашими недавними статьями в центре обучения Fast Radius.

Готовы сделать ваши детали с Fast Radius?

Начните ваш расчет стоимости