熱塑性聚氨酯(TPU)是一種耐磨、耐撕裂、止滑性能優異的熱塑彈性體材料,廣泛應用于鞋材領域。不但適合制作運動鞋中底和內底,還適合用于抗反復沖擊、運動防護、阻尼、家居用品、低載荷免充氣輪胎等多個領域。
2007年,德國巴斯夫公司以TPU樹脂為原料,采用物理發泡技術,成功開發了非交聯TPU發泡珠粒材料(ETPU)。
TPU(熱塑性聚氨酯彈性體)與E-TPU(爆米花)的區別TPU形成及組合多樣性、品種繁多,有混煉型、澆鑄型和熱塑型,化學結構也比較復雜,而且性能各異,如聚酯型TPU的力學性能高、耐油性好,但耐水性較差;聚醚型TPU的耐低溫性及耐水性優于聚酯型,但耐油性、力學性能卻比聚酯型差些??偟膩碚f均具有良好的物理綜合性能,其性能介于一般橡膠和熱塑性塑料之間。
1、TPU的性能TPU形成及組合多樣性、品種繁多,有混煉型、澆鑄型和熱塑型,化學結構也比較復雜,而且性能各異,如聚酯型TPU的力學性能高、耐油性好,但耐水性較差;聚醚型TPU的耐低溫性及耐水性優于聚酯型,但耐油性、力學性能卻比聚酯型差些??偟膩碚f均具有良好的物理綜合性能,其性能介于一般橡膠和熱塑性塑料之間。TPU一般分為混煉型、澆鑄型和熱塑型。TPU是嵌段共聚物,硬段與軟段的組分比例決定TPU的性能。硬段對模量、硬度和撕裂強度有特殊的作用,而軟段則主要影響制品的彈性及低溫性能。TPU具有優異的柔軟性和回彈性,可從很軟到很硬,從柔曲性很好到剛性很大,或者從能吸水分的親水型式到排斥水的憎水型,并在較寬的硬度范圍內(邵氏A10-D75)保持較高的彈性,在相同硬度下比其他彈性體承載能力高。2、TPU的優點TPU具有優良的耐磨性,其耐磨性是天然橡膠的2-10倍;斷裂伸長率高達600%~800%,比天然橡膠高出300%。TPU的抗沖擊強度比較高,密度為1.14-1.22g/cm3,抗張強度30-65MPa,酯類TPU略高于醚類TPU;熱性能也較高,長期使用溫度在-50-90℃下還表現出其良好的柔軟彈性。TPU耐化學性、耐油性、耐輻射、耐氧性、耐臭氧性、耐疲勞性及抗振性良好,耐熱性也比較高,而模塑和加工成本低。與金屬材料相比,TPU制品具有重量輕、噪音低、耐磨耗、加工費用低及耐腐蝕等優點;與塑料相比,TPU具有不發脆、彈性記憶、耐磨等優點;與橡膠相比,TPU具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承載性、可灌封、可澆注、硬度范圍廣等優點。TPU耐候比較差,在太陽光下易發生老化降解,因此在加工中應添加抗氧劑及光穩定劑。E-TPUE-TPU被叫做爆米花,屬于熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)加工后的產品,一方面跟它的結構像爆米花有關,另一方面跟發泡工藝有關。而目前鞋用E-TPU發泡工藝基本仍以間歇式釜式發泡。關于間歇式釜壓發泡,它又分兩種方法:一是分步升溫法,二是快速泄壓法。其中快速泄壓法跟一種老式爆米花機做爆米花的工藝相似。 ETPU鞋材具有優異的回彈性、極低的壓縮永久形變、良好的穿著感,加工過程環保、高效,受到市場的廣泛追捧,2015年Boost跑鞋市場銷售量達到1000萬雙。
TPU爆米花顆粒的制備通常有兩條路線,一個是高壓釜,通過物理或者化學的方法,在高壓的氛圍生產出爆米花顆粒,這里技術關鍵在于穩定性;還有一個是連續擠出,水下發泡,通過超臨界或者高壓流體的方式,在材料在擠出口模的時候發泡,這個難度更加大。以上兩個方法均有很多的know how。爆米花顆粒生產之后,就是成型,成型主要考慮的是壓力,蒸汽均勻性,模具,由于跟EPP成型有相似性,所以不少企業投入這個成型研究。
ETPU制備和成型:需要解決一個系統工程,制備工藝較為復雜,如下圖所示:
選用爆米花材料專用料槍; 選擇雙系統高低壓入料方式; 模具設計合理的進料位置; 輸料管保持通暢; 更換優質原材料。一般的聚氨酯發泡工藝分為如下三種:一、預聚體法
預聚體法發泡工藝是將(白料)和(黑料)先制成預聚體,然后在預聚體中加入水、催化劑、表面活性劑、其他添加劑等在高速攪拌下混合進行發泡,固化后在一定溫度下熟化即可。
二、半預聚體法
半預聚體法的發泡工藝是將部分聚醚多元醇(白料)和二異氰酸酯(黑料)先制成預聚體,然后將另一部分的聚醚或聚酯多元醇和二異氰酸酯、水、催化劑、表面活性劑、其他添加劑等加入,在高速攪拌下混合進行發泡。三、一步發泡工藝
將聚醚或聚酯多元醇(白料)和多異氰酸酯(黑料)、水、催化劑、表面活性劑、發泡劑、其他添加劑等原料一步加入,在高速攪拌下混合后進行發泡。一步發泡工藝是目前普遍采用的工藝。另外還有手工發泡法,那是簡便的方法,將所有原料準確稱量后,置于一個容器中,然后立即將這些原料混合均勻,注入模具或需要充填泡沫塑料的空間中即可。注意:稱量時一定要將多異氰酸酯(黑料)后稱入。