Що таке термополіуретан

Якщо вам в руки потрапив термополіуретан (що це — дізнаєтеся далі), можете сплутати його з нейлоном або жорсткою гумою. Але це зовсім інший матеріал. Жорсткий, зносостійкий, пружний, але термопластичний. Його нагрівають, формують, охолоджують і отримують готову деталь. З нього роблять не лише ролики та ущільнювачі, а й повноцінні механічні елементи, які працюють у важких умовах: у маслі, під навантаженням, з вібрацією.

Хочете зрозуміти, що таке ТПУ — уявіть матеріал, який поєднує пружність гуми, міцність нейлону та стабільність поліетилену. Він підходить там, де звичайні пластики надто тендітні, а гума — надто м'яка.

Як з'явився термопластичний поліуретан

Термополіуретани (ТПУ) з'явилися у 1950-х як спроба поєднати властивості еластомерів та термопластів. Класичний поліуретан — це матеріал, який отримували з поліолів та ізоціанатів — виходив еластомер з гарною стійкістю до стирання. Але його треба було заливати у форми й чекати на затвердіння — зручно в ливарці, але не в масовому промисловому виробництві.

Разом з винаходом інших видів ПУ, почалися експерименти з термопластичною версією — щоб нагрів, відформував, остудив і отримав потрібну форму. Так і з'явився TPU – матеріал, який сьогодні масово використовується у промисловості.

Виробники отримали можливість випускати складні за формою, зносостійкі деталі з високою повторюваністю, без багатодобового затвердіння та жорстких умов формування, як у ливарних ПУ. Це відкрило шлях до автоматизації, здешевлення та масштабування випуску виробів, які раніше доводилося робити вручну чи в обмежених обсягах.

Як виглядає ТПУ

Перед вами шматок матеріалу. Як визначити, що це ТПУ, а не нейлон, поліетилен високої щільності, м'який еластомер, жорстка гума?

У фізичному вигляді термополіуретан виглядає по-різному — залежно від формування, кольору сировини та ступеня прозорості. Найчастіше — як жовті або світло-коричневі прутки, листи або виливки з напівглянсовою, однорідною поверхнею. Одні марки прозорі, майже як скло, інші — повністю матові. Колір не говорить про властивості, він задається пігментом. У промисловості часто використовують натуральний колір (злегка жовтуватий), щоб не додавати зайвих компонентів.

На дотик матеріал нагадує щільну гуму, але з більш «сухим» та жорстким відскоком. Якщо натиснути пальцем, ТПУ пружинить, але не проминається так глибоко, як звичайний еластомер.

Як постачається ТПУ (зокрема й компанією “Електропласт”)

Термополіуретан надходить на підприємство переважно у вигляді прутків, труб, плит або ливарних гранул. Наприклад, пруток поліуретановий діаметром 20-50 мм використовується для токарної обробки — з нього виточують втулки, ущільнення або напрямні, які потім встановлюються у промислове обладнання.

А поліуретанові листи шматками часто закуповують для вирубування шайб, прокладок, амортизувальних прокладок або вібророзв'язок. На аркуші задають потрібну геометрію, перфорацію й отримують передбачуваний результат без додаткового формування.

Як відрізнити від інших пластиків

Що вкаже вам на те, що це термопластичний поліуретан, а не щось інше:

• Поведінка при згинанні. ТПУ пружинить. Якщо зігнути лист 3-4 мм — він пручається, але не ламається і не біліє на вигині. У нейлону з'являється біла смуга, ПЕ легко мнеться і не відновлюється, а гума прогинається повністю без повернення форми.
• Поведінка при дряпанні. Візьміть шило або викрутку та проведіть по поверхні. У ТПУ з'являється тонка борозенка, але без відшаровування чи сколів. Спробуєте підчепити край — він тягнеться, а не відколюється. У крихких пластмас край відколюється, у поліетилену рветься як віск.
• Звук під час удару. Постукайте шматком ТПУ — звук глухий, з коротким відскоком. ТПУ активно використовують для гасіння і пружних елементів: він «забирає» енергію удару, не віддаючи її назад.
• Відчуття ваги. ТПУ є досить важким. Якщо порівняти два однакові за обсягом шматки — ПЕ буде найлегшим, нейлон — важчим, ТПУ — відчутно масивнішим. Використовують для швидкої перевірки деталей, наприклад, роликів або шайб.
• Поведінка при нагріванні. Є можливість — піднесіть будівельний фен або паяльник. У ТПУ при +120°C починається розм'якшення, він стає гнучким. Але не пливе і не капає, як ПЕ. Гума залишається майже без змін, а термореактивні пластики (типу гетинаксу чи текстоліту) не розм'якшуються зовсім – вони просто горять.

Для розуміння, як термополіуретан поводиться у виробі, корисно порівняти його з іншими конструкційними пластиками.

Якщо взяти поліацеталь листовий і ТПУ однакової товщини, різниця буде відчутною. Поліацеталь — жорсткий, з високою точністю розмірів та хорошими антифрикційними властивостями. Його ставлять у підшипниках ковзання, напрямних, прецизійних механізмах. Але він не терпить ударів: при різкому стисканні чи згинанні іноді дає тріщину. А матеріал ТПУ — це пластик, який у такій самій геометрії буде м'якшим, але не зруйнується при ударі — він прогнеться і повернеться у форму. У амортизувальних та вібронавантажених вузлах перевагу віддають поліуретану.

Якщо порівнювати з нейлоном (поліамідом PA6/PA66) — він трохи ближче за жорсткістю до ТПУ, але сухіший і крихкіших. У нейлону гірша стійкість до стирання, особливо без мастила. Він дає усадку при формуванні та активно вбирає вологу. А термополіуретан — це матеріал, який вологу не вбирає і краще поводиться при роботі в сирому середовищі.

З поліетиленом високої щільності (HDPE) ТПУ часто плутають через зовнішній вигляд. Але при тесті все стає зрозумілим: ПЕ м'який, легко мнеться, не тримає форму під навантаженням, особливо при нагріванні. Він підходить для прокладок, вкладок та невідповідальних деталей. ТПУ жорсткіше, важче та довговічніше.

Якщо порівнювати з термоеластопластами (TPE, TPV) — вони м'якші, гірше обробляються, не тримають різьблення і важко піддаються точному формуванню. У ТПУ точність вища, він підходить для серйозної механіки, а не для гнучких елементів.

Тобто, ТПУ — це матеріал, який займає проміжне місце між еластомерами та твердими пластиками, поєднуючи амортизаційні властивості з можливістю токарної та фрезерної обробки. Його вибирають не через універсальність — жоден інший матеріал не дасть подібного балансу між міцністю, пружністю та живучістю у важких умовах.

Де використовується термополіуретан

Отже, термопластичний поліуретан — це кращий вибір у вузлах, де деталь працює під навантаженням з деформацією, що повторюється — зсув, удар, вигин. Й не повинна руйнуватися, тріскатися або втрачати форму. Він незамінний у приводних системах, на напрямних, у роликах, упорах та пастках, де звичайний пластик ламається, а гума швидко зношується або рветься.

Коли ми говорили про те, що таке TPU і в чому його особливості, згадували, з нього роблять ролики конвеєрів. Один із типових прикладів. Зовнішня обичайка робиться із ТПУ, внутрішня — зі сталі чи алюмінію. Конструкція витримує навантаження, але не гримить, не дає відскоку і не ковзає по металі. Зберігає форму при температурі 80°C.

Промислові ущільнювачі – другий напрямок. ТПУ дозволяє відливати профілі та кільця, які працюють в маслі, в пилу, під навантаженням. І вони не руйнуються, як гума, і не тріскаються, як ПВХ.

Листовий ТПУ в різанні використовується в верстатах, де потрібний захист від абразиву. Наприклад, у піскоструминних камерах. Там, де сталь зношувалася б, а пластик тріснув би від вібрації, ТПУ працює роками.

Особливості обробки

ТПУ обробляють як метал. Але з нюансами:

• Заточка. Пруток затискається в патрон, інструмент з гострим кутом і мінімальною подачею. Важливо уникати перегріву – при температурі вище 120°C поверхня починає "мазатися".
• Фрезерування. Використовуються фрези із пластику з високим числом зубів. Обов'язково охолодження повітрям – не водою, інакше поверхня набухає.
• Свердління. На низьких оборотах, з евакуацією стружки. Свердло має бути гострим, інакше вихід буде з рваними краями.
• Склейка. Поверхня обробляється праймером, використовується двокомпонентний поліуретановий клей. Важливо: не тримайте деталь під напругою під час сушіння – шов піде тріщиною.

Нагріли до 120–130°C і листок пластичним — будьте певні, що це ТПУ: його можна гнути, надаючи форми. Після остигання геометрія зберігається.

Обмеження та специфіка

ТПУ не боїться олій та слабких кислот, але погано переносить ультрафіолет та різкі перепади температури. Якщо виріб працює на вулиці, його покривають лаком або захищають кожухом. На морозі (нижче -30°C) матеріал стає жорстким, а при нагріванні понад +100°C втрачає форму. Це потрібно враховувати під час проєктування.

Потрібно розуміти, що ТПУ важкий – густина від 1,1 до 1,25 г/см³. Тому якщо масовий виріб, наприклад, серія відбійників або роликів, вага буде відчутною. Але саме ця вага часто і дає потрібний ефект демпфування.

Якщо залишилися питання про те, що таке матеріал ТПУ і як з ним працювати, дзвоніть. У ВКФ “Електропласт” вас завжди готові проконсультувати та допомогти з вибором.