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【新工艺】E-TPU爆米花材料发泡工艺制备技术

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海绵宝宝 发表于 2021-5-13 15:07:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
热塑性聚氨酯(TPU)是一种耐磨、耐撕裂、止滑性能优异的热塑弹性体材料,广泛应用于鞋材领域。不但适合制作运动鞋中底和内底,还适合用于抗反复冲击、运动防护、阻尼、家居用品、低载荷免充气轮胎等多个领域。
2007年,德国巴斯夫公司以TPU树脂为原料,采用物理发泡技术,成功开发了非交联TPU发泡珠粒材料(ETPU)。
TPU(热塑性聚氨酯弹性体)与E-TPU(爆米花)的区别
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TPU形成及组合多样性、品种繁多,有混炼型、浇铸型和热塑型,化学结构也比较复杂,而且性能各异,如聚酯型TPU的力学性能高、耐油性好,但耐水性较差;聚醚型TPU的耐低温性及耐水性优于聚酯型,但耐油性、力学性能却比聚酯型差些。总的来说均具有良好的物理综合性能,其性能介于一般橡胶和热塑性塑料之间。
1、TPU的性能TPU形成及组合多样性、品种繁多,有混炼型、浇铸型和热塑型,化学结构也比较复杂,而且性能各异,如聚酯型TPU的力学性能高、耐油性好,但耐水性较差;聚醚型TPU的耐低温性及耐水性优于聚酯型,但耐油性、力学性能却比聚酯型差些。总的来说均具有良好的物理综合性能,其性能介于一般橡胶和热塑性塑料之间。TPU一般分为混炼型、浇铸型和热塑型。TPU是嵌段共聚物,硬段与软段的组分比例决定TPU的性能。硬段对模量、硬度和撕裂强度有特殊的作用,而软段则主要影响制品的弹性及低温性能。TPU具有优异的柔软性和回弹性,可从很软到很硬,从柔曲性很好到刚性很大,或者从能吸水分的亲水型式到排斥水的憎水型,并在较宽的硬度范围内(邵氏A10-D75)保持较高的弹性,在相同硬度下比其他弹性体承载能力高。2、TPU的优点TPU具有优良的耐磨性,其耐磨性是天然橡胶的2-10倍;断裂伸长率高达600%~800%,比天然橡胶高出300%。TPU的抗冲击强度比较高,密度为1.14-1.22g/cm3,抗张强度30-65MPa,酯类TPU略高于醚类TPU;热性能也较高,长期使用温度在-50-90℃下还表现出其良好的柔软弹性。TPU耐化学性、耐油性、耐辐射、耐氧性、耐臭氧性、耐疲劳性及抗振性良好,耐热性也比较高,而模塑和加工成本低。与金属材料相比,TPU制品具有重量轻、噪音低、耐磨耗、加工费用低及耐腐蚀等优点;与塑料相比,TPU具有不发脆、弹性记忆、耐磨等优点;与橡胶相比,TPU具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承载性、可灌封、可浇注、硬度范围广等优点。TPU耐候比较差,在太阳光下易发生老化降解,因此在加工中应添加抗氧剂及光稳定剂。E-TPUE-TPU被叫做爆米花,属于热塑性聚氨酯弹性体(TPU)加工后的产品,一方面跟它的结构像爆米花有关,另一方面跟发泡工艺有关。而目前鞋用E-TPU发泡工艺基本仍以间歇式釜式发泡。关于间歇式釜压发泡,它又分两种方法:一是分步升温法,二是快速泄压法。其中快速泄压法跟一种老式爆米花机做爆米花的工艺相似。 
ETPU鞋材具有优异的回弹性、极低的压缩永久形变、良好的穿着感,加工过程环保、高效,受到市场的广泛追捧,2015年Boost跑鞋市场销售量达到1000万双。
TPU爆米花颗粒的制备通常有两条路线,一个是高压釜,通过物理或者化学的方法,在高压的氛围生产出爆米花颗粒,这里技术关键在于稳定性;还有一个是连续挤出,水下发泡,通过超临界或者高压流体的方式,在材料在挤出口模的时候发泡,这个难度更加大。以上两个方法均有很多的know how。爆米花颗粒生产之后,就是成型,成型主要考虑的是压力,蒸汽均匀性,模具,由于跟EPP成型有相似性,所以不少企业投入这个成型研究。
ETPU制备和成型:需要解决一个系统工程,制备工艺较为复杂,如下图所示:
微信图片_20210513115132.jpg 采用普通料枪,与材料不匹配,易枪内积水汽,常堵料;入料系统方式错误;输料管道弯折不通顺;模具料枪进料位置设计不到位等原因,导致成品缺料不良。 微信图片_20210513115140.jpg 性能特点:  产品耐黄度高;  耐水性好;  柔软度好;  成形条件低等;改良方式:
  选用爆米花材料专用料枪;  选择双系统高低压入料方式;  模具设计合理的进料位置;  输料管保持通畅;  更换优质原材料。一般的聚氨酯发泡工艺分为如下三种:一、预聚体法
预聚体法发泡工艺是将(白料)和(黑料)先制成预聚体,然后在预聚体中加入水、催化剂、表面活性剂、其他添加剂等在高速搅拌下混合进行发泡,固化后在一定温度下熟化即可。

二、半预聚体法
半预聚体法的发泡工艺是将部分聚醚多元醇(白料)和二异氰酸酯(黑料)先制成预聚体,然后将另一部分的聚醚或聚酯多元醇和二异氰酸酯、水、催化剂、表面活性剂、其他添加剂等加入,在高速搅拌下混合进行发泡。
三、一步发泡工艺
将聚醚或聚酯多元醇(白料)和多异氰酸酯(黑料)、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂、其他添加剂等原料一步加入,在高速搅拌下混合后进行发泡。一步发泡工艺是目前普遍采用的工艺。另外还有手工发泡法,那是最简便的方法,将所有原料准确称量后,置于一个容器中,然后立即将这些原料混合均匀,注入模具或需要充填泡沫塑料的空间中即可。注意:称量时一定要将多异氰酸酯(黑料)最后称入。

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