Полиуретан

Для полиуретанов не существует основных общих свойств. Говорить о свойствах полиуретана лучше в контексте конкретного продукта. В таблице 2 приведены свойства различных полиуретановых пен.

Табл.1. Свойства гибких интегральных пен

Свойство	Размерность	Плотность (кг/м3)
		200	300	400	600
Наружная плотность	кг/м3	500	-	950	1000
Плотность сердцевины	кг/м3	120	-	290	500
Твердость	Шор А	39	59	70	80
Усадка	%	2,78	1,52	1,01	0,25
Твердость сжатия при 10% деформации	КПа	20	66	115	306
Наружная прочность при растяжении	МПа	3,3	5,1	6,1	8,1
Внутренняя прочность при растяжении	МПа	0,37	0,83	1,1	2,6
Наружное удлинение при разрыве	%	1	120	125	1510
Внутреннее удлинение при разрыве	%	125	135	120	130
Внутренняя твердость сжатия	КПа	17	60	0	270

Гибкий пенополиуретан (PUR-F)

Гибкие пены с открытыми ячейками проявляют низкую стойкость к деформации под давлением (DIN 7726). Пеноблоки получают периодическим или непрерывным методами, с последующей обрезкой до нужного размера. Обычно удельный вес составляет порядка 20-40кг/м³. Повышенное содержание СО₂ снижает плотность на 10-20%. На рис.1 приведены кривые деформации некоторых образцов. Основное применение - мягкая обитая тканью мебель (40%), матрацы (25%) и салоны автомобилей (20%).

Пены льют горячие либо холодные (без или с подведением тепла до окончательного отверждения) в зависимости от исходной системы. Плотность варьируется от 30 до 300 кг/м³ в зависимости от области применения.

Табл. 2. Сравнение свойств полиуретановых пен

Тип пены		ρ	σB	εB	σc	k
		кг/м3	КПа	%	КПа	Вт/м/К
Сложный полиэфир		35	160-120	200-450	6,5
Простой полиэфир:
Мягкий	Нагруженный	36			6
	Обычный	36	100-180	100-400	4,5
	Эластичный	34	50-120	80-200	2,7
Литой	Холодный	38-44	110-152	125-150	3,3-5,6
	Горячий	33	90-112	190	4-4,7
Полутвердый	Амортизатор	80-100	350-450	10-25	150-320
Жесткий		32	200	4	200	0,021
		50	270	5,2	350	0,021
		90	900	5	700	0,027

Рис. 1. Петли гистерезиса; кривая нагрузки; кривая релаксации



Рис. 2. Влияние плотности на свойства гибкого ПУ

Пенополиуретан	Характеристика
Система А	Полужесткий, гибкий
Система В	Полужесткий, полугибкий
Система С	Жеткий, твердый
Система D	Полужесткий, твердый

Рис. 3. Поведение пенополиуретана при сжатии

Гибкие литые ПУ пены в основном используются для сидений в автомобилях и самолетах, в мягкой мебели и в технических изделиях, например шумоизоляция. Гибкие наполненные пены с плотностью 150-200кг/м³ используют в салонах автомобилей и для обивки приборной панели. Их получают обратным вспениванием ПВХ или АБС в закрытой форме. Влиять на поведение ПУ при сжатии можно механически, изменяя плотность, либо химически, изменяя систему. Смотри рис 3.

Свойства различных энергопоглощающих ПУ пен при сжатии. Ячеистые ПУ эластомеры представляют собой промежуточное состояние в сравнении с жестким ПУ. Водосодержащей реакционной смесью заполняют форму, а затем вспенивают выделяющимся СО₂.

Жесткие ПУ пены (PUR-R)

Жесткие пены проявляют относительно высокую устойчивость к деформации сжатия. Их наибольшим преимуществом является теплоизолирующие свойства, благодаря наличию газа в порах, и образование твердых композитов с любыми поверхностными слоями(и гибкими и жесткими). Плотность жестких пеноблоков составляет 30-90кг/м³. Сравнение свойств смотри табл.2.



Рис. 4. Диаграммы напряжения сжатия полиуретановых эластомеров различной плотности.

Вспененные панели с защитным слоем получают как непрерывным, так и периодическим методом. Материалом подложки может быть алюминий, рулонная сталь, листовой метал, покрытые стекловолоконные маты. Область применения: в строительстве и конструкциях как изоляционное покрытие, сэндвич-панели для промышленных зданий и охладительных установок, сухая штукатурка. Плотность пены составляет 30-40 кг/м³. Пену заливают в форму в виде жидкой реакционной смеси, которая при вспенивании заполняет все пустоты. С плотностью 30-60 кг/м³ пены выступают как теплоизоляторы в охлаждающих установках любых типов, для испарителей и труб теплоснабжения. Плотность распыляемой пены для уплотнения крыши достигает 55кг/м³.

Интегральный пенополиуретан (PUR-I)

В то время как гибкие и жесткие пены значительно отличаются по своей структуре (низкая степень сшивки/высокая степень сшивки), интегральные полиуретановые пены представляют собой их сочетание. Активную реакционную смесь заливают в форму, где с помощью регулирования температур и пенообразования получают изделия со вспененной сердцевиной и жесткой коркой. Структура пены плавно изменяется от сердцевины к внешней поверхности. Техника вспенивания высокореакционных ПУ систем называется реакционное литье под давлением (reaction injection molding (RIM)), она используется для получения как крупных изделий, так и изделий с малыми размерами и отношением пути течения к толщине стенки до 1:1000.



Рис. 5. Интегральные пены: (слева) структура, (справа) распределение плотности по образцу. Гибкие интегральные пены с плотностью 200-1100 кг/м³ используются для автомобильных изделий, велосипедных седел, обувных подошв.

Жесткие интегральные пены со сравнимыми плотностями используются в технических изделиях, конструкциях, мебели и спортивных изделиях различных конструкций. Интегральные пены армированные стекловолокном (R-RIM) с плотностью 1,0-1,4г/см³ используют для автомобильных частей и корпусов. PUR-R-RIM используют для получения жестких, слоистых изделий, например, боковые автомобильные панели. Волокна, ткани, нетканые материалы или волоконные маты, био материалы, такие как лен, пенька или кокосовое волокно пропитывают ПУ смесью и укладываются в форму, где затем прессуются. В таблице 3 приведен обзор свойств различных систем интегральных пен, а в табл.1 приведены зависимости определенных свойств от плотности. В табл.4 приведен пример свойств гибкой интегральной пены, применяемой в автомобильных целях.

Табл. 3. Сравнение свойств ПУ интегральных пен, армированных ПУ пен

Система	Наполнитель	φ (%)	ρ (г/см3)	Шор Н	Ef* (МПа)	σB (МПа)	εB (%)
Гибкая		0	1,05-1,1	D66	500-760	26-33	135-150
	Стеклянные хлопья	20	1,2	D75	1550	31	30
	Слюда	22	1,25	D75	1720	30	25
	Стекло- волокно	15	1,2	D68	950	31	140
Для подошв		0	0,55-0,60	А55-60		8-10	550-460
		0	0,6	А60		25	600
Жесткая	Стекломаты
	225 г/м2	30	0,25	-	250	5,8	2,3
	300 г/м2	20	0.48	-	900	25	2.2
	600 г/м2	20	1	-	3500	110	2.2
	1800 г/м2	32	1.4	-	650	170	2.8
R-RIM		25	1.05	-	4200	70	1.9
LFI		25-30	0.7-1.0	-	4500-6000	54-68	2.2-1.8

LFI - введение длинных волокон (long fiber injection).

* - модуль прочности на изгиб

Табл.4. Сравнение свойств гибких и интегральных пенополиуретановых автомобильных изделий (RIM)

Свойство	Ед. изм.	Применение
		А		В	С	D
		Сердцевина	Поверхность			φ=0%	GF22
ρ	г/см3	0,120-0,175	0,7	0,95-1,08	1,0-1,1	1,22
σB	МПа	0,27-0,50	1,7-3,5	5,7	14-31	17-28	23
Ef*	МПа	17	75-720	40-350	1300		130
εB	%	220-125	220-120	230	220-140	>300-230
Шор	-	-	А 75	D 39-69	D 33-57	D67

A: сиденья мотоциклов, внутреннее защитное оборудование

B: покрытие автомобильных бамперов

C: бамперы, внешние детали автомобиля

D: автомобильные детали

Применение

Армированные пенополиуретановые изделия (R-RIM с содержанием воластонита 20-25%) могут быть покрыты на линии, например, для внешних частей автомобилей. Пластиковые изделия укрепляют на основание автомобиля до электро-иммерсионного покрытия. Усадка составляет 0,8 или 0,57% соответственно для двукратной тепловой нагрузки по 45 минут при 200^оС. Такие системы также подходят для тонкостенных технологий: автомобильные пороги с толщиной стенки 2 мм и длинной 2 м.

Жесткий полиуретан (PUR'S)

Из жесткого полиуретана получают литьевые изделия, листы, пленки и толстые покрытия (>1мм). Жидкое или расплавленное сырье заливают в открытую форму, где она отверждается при комнатной температуре (холодные системы) или при нагревании до 60-130^оС (горячие системы). ПУ эластомеры доступны с твердостью по Шору от 10А до 70D. Они используются как для литых шин, подшипников ротора, герметизации корпусов, так и для покрытий в судостроительной и автомобильной промышленности и строительстве. В табл.5. приведены свойства некоторых систем.

Табл. 5. Сравнение свойств А: просто эфира полиуретана и В: сложного эфира-полиуретана.

Свойство	Ед. изм.	А, жесткий	В, жесткий	А/В, гибкий	А, гибкий	В, гибкий
Шор D		86	85	61	20	21
Шор А		100	99	96	70	1
σB	МПа	86	60	20	4,5	-
εB	%	6,5	5,9	87	73	200
Tg	оС	138	90	47	15	21