Полиуретан – синтетический эластичный полимерный конструкционный материал, образующийся в результате реакции многоатомных спиртов (полиолов) с изоционатами. Физико-механические свойства (твердость, эластичность, предел прочности, температурный диапазон и т.д.) различных типов материала существенно отличаются и зависят от содержания амидной группы, простых или сложных полиэфиров, гидроксилсодержащего компонента, структуры цепей, а также других особенностей состава и структуры полимера. Благодаря присущим характеристикам полиуретановый материал может выступать в качестве более эффективной альтернативы пластику, резине, металлу и другим материалам при изготовлении широкого перечня продукции.  

Нормативные документы

Основными документами, описывающими требования к системе обозначения, свойствам и составу полиуретана являются несколько государственных стандартов.

ГОСТ 34376.1-2017 – определяет систему обозначений для термопластичных полиуретанов в форме порошка, гранул или пеллет, применяемых для экструзии и формирования, состоящую из пяти блоков, содержащих следующую информацию:

1. Аббревиатуру, идентифицирующую материал, а также сведения о жестких и мягких участках цепи.
2. Информацию о процентном содержании различных добавок (модификаторов, антипиренов, наполнителей и других).
3. Данные о способе переработки и применении.
4. Описание основных физико-механических характеристик – модуля упругости при растяжении и твердости.
5. Технические условия и дополнительные сведения.

ГОСТ 34376.2-2017 – описывает требования к изготовлению образцов (литью под давлением) для определения свойств термопластичных полиуретанов, условиям их хранения, а также способы проведения испытаний с целью определения биологической стойкости, твердости, прочности, удлинения при разрыве, ударной вязкости, горючести и других свойств. 

ГОСТ 34376.3-2017 – выдвигает требования к способу определения сложноэфирных групп при помощи щелочного гидролиза. Такой метод способствует сокращению длительности анализа и не требует применения сложного оборудования.

Помимо вышеприведенных стандартов отдельными документами регулируется выпуск продукции из полиуретана: пружин для штампов листовой штамповки (ГОСТ 22201-83), уплотнений для цилиндров и штоков (ГОСТ 22704-77), уплотнительных манжет для гидравлического оборудования (14896-84) и других видов.

Классификация и характеристики

Полимер полиуретан можно классифицировать по следующим признакам:

• Состоянию материала – твердый (гранулированный, стержневой или листовой), жидкий или вспененный, объем которого на 85-90% составляют инертные газы.
• Твердости по Шору – от 40 до 100 единиц.
• Пределу прочности при растяжении – 230 до 520 кг/см².
• Удлинению при разрыве – 310-850%.
• Сопротивлению разрыву – от 20 до 110 кгс/см.
• Максимальной и минимальной температуре эксплуатации – в диапазоне от -60°C до +80°C.
• Коэффициенту теплопроводности (в пределах 0,019-0,03 Вт/м*К).

Отличительными характеристиками полиуретанов являются эластичность, устойчивость к воздействию масел, бензина или кислот, износостойкость, долговечность, диэлектрические и другие свойства.

Диапазон характеристик, присущих различным типам полиуретана, позволяет отнести его к универсальным конструкционным материалам.

Технологии производства изделий из полиуретана

Для изготовления продукции из полиуретана применяются несколько основных технологий, при этом выбор конкретной методики во многом зависит от специфики производимых изделий.

Наиболее часто применяемым методом, позволяющим серийно выпускать элементы сложной конфигурации, является литье. Процесс может выполняться ротационным способом, при котором нанесенный на вращающийся вал полимер заполняет проходящие под ним формы, свободным, при котором используются силиконовые формы или под литьем под давлением, применяемым для изготовления крупных партий продукции. К преимуществам такой технологии относятся относительная дешевизна и высокая скорость производства при высоком качестве изделий.

Экструзия применяется для изготовления заготовок в форме стержней или листов и предполагает прохождение под давлением разогретой до пластичного состояния заготовки через отверстие экструдера соответствующей формы с одновременным охлаждением.

Прессование под давлением размягченных в результате термической обработки заготовок в форме листов, гранул или стержней на специальных полуавтоматических станках. 

Для производства небольшого количества изделий может применяться метод заливки, во многом схожий с литьем, однако выполняемый в ручном режиме. Применяется, преимущественно, для изготовления декоративных элементов.

Область применения

Характеристики материала обуславливают широкую сферу его применения, наиболее часто его используют для производства следующих видов продукции:

• Теплоизоляционных материалов в листах (вспененный полиуретан).
• Валиков, роликов, втулок, конвейерных лент и других деталей машин, механизмов или оборудования, требующих повышенной стойкости к истиранию.
• Прокладочных материалов, уплотнителей, шайб.
• Элементов декоративной отделки интерьеров – плинтусов, потолочных розеток, молдингов и т.д.
• Изделий медицинского предназначения (катетеров, протезов и других).
• Надежной, износостойкой и долговечной подошвы для обуви.
• Спортивных товаров (досок для серфинга и т.д.).

Жидкий материал применяется для производства спреев, используемых для нанесения защитных покрытий, заливки изоляции в радиоэлектронике, а также в качестве добавки при изготовлении других продуктов (лакокрасочной продукции, герметиков, клеев и т.д.).