Термопластичный полиуретан (ТПУ) — это универсальный полимер, известный своей эластичностью, прозрачностью и устойчивостью к маслам, жирам и истиранию. Его уникальные свойства делают его популярным выбором в различных отраслях промышленности, от медицинского оборудования до бытовой электроники. Однако понимание аспектов безопасности ТПУ имеет решающее значение для его эффективного и ответственного применения.
Что такое TPU?
TPU — это термопластичный эластомер, материал, обладающий свойствами резины и пластика. Реакция полиприсоединения диизоцианатов к диолам приводит к получению гибкого и прочного материала. ТПУ можно обрабатывать традиционными методами, такими как литье ТПУ под давлением и экструзия, что делает его универсальным для различных производственных нужд.
Ключевые свойства:
- Диапазон твердости: 60A-80D (шкала Шора)
- Температурная стойкость: от -40°C до 120°C
- Удлинение: 300-700%
Состав ТПУ
Основные компоненты ТПУ включают в себя:
- Диизоцианаты: Отвечают за жесткость полимерной цепи.
- Полиолы (на основе полиэфира или полиэстера): Обеспечивают гибкость и эластичность.
- Удлинители цепи: Короткоцепочечные диолы, которые изменяют твердость и механические свойства ТПУ.
Это обеспечивает универсальность ТПУ, который может быть адаптирован путем изменения соотношения этих компонентов для придания определенному применению твердости, эластичности и других свойств.
Безопасность материалов:
- Без бисфенола/фталатов: В отличие от ПВХ, ТПУ не содержит эндокринно-разрушающих добавок.
- Соответствует требованиям REACH: Соответствует стандартам ЕС по химической безопасности.
Процесс производства TPU пластиков
ТПУ производится в несколько этапов обработки:
- Реакция полиприсоединения: Диизоцианаты реагируют с полиолами для получения преполимеров
- Эксиэмульсия цепи: Преполимеры вступают в реакцию с удлинителями цепи для получения желаемого молекулярного веса и свойств.
- Компаундирование: Полученный ТПУ затем охлаждается и перерабатывается в гранулы для более удобного обращения и обработки.
- Энергопотребление: 80-100 МДж/кг (ниже, чем у силикона — 150 МДж/кг).
Это позволяет тонко настраивать свойства материала для получения желаемых характеристик с высокой точностью и воспроизводимостью в полученном изделии.
Безопасен ли TPU для пищевых продуктов?
ТПУ действительно считается безопасным для контакта с пищевыми продуктами. Он не содержит таких вредных веществ, как формальдегид и пластификаторы, что позволяет использовать его в пищевой упаковке и кухонной утвари. Поскольку ТПУ не выделяет вредных веществ при такой обработке, здоровье человека защищено от потенциальной химической опасности.
Соответствие требованиям FDA:
- 21 CFR 177.1680: Одобрено для применения в пищевой промышленности.
- Условия: Для предотвращения разрушения избегайте температур >100°C.
Приложения:
- Многоразовые пакеты для еды, соски для детских бутылочек.
- Тесты на выщелачивание: <0,01 ppm тяжелых металлов (предел FDA: 0,1 ppm).
Почему TPU может стать лучшим материалом в медицинской промышленности
Это также делает TPU отличным выбором для применения в медицине, где биосовместимость и эластичность имеют первостепенное значение. Он находит широкое применение в таких медицинских устройствах, как катетеры, хирургические инструменты и трубки. Он также может выдерживать методы стерилизации, не разрушаясь, поэтому не вредит здоровью пациентов, продлевая срок службы лечебных устройств.
Воздействие пластиков TPU на окружающую среду
TPU известен своей экологичностью:
- Возможность вторичной переработки: Материалы TPU хорошо поддаются переработке, а отходы, образующиеся в процессе, можно перерабатывать и использовать повторно, что снижает проблему загрязнения окружающей среды.
- Разлагаемость: При определенных условиях ТПУ разлагается лучше, чем многие традиционные пластиковые материалы, что сводит к минимуму долгосрочное загрязнение почвы и водных источников.
- Соответствие экологическим нормам: Многие материалы TPU соответствуют строгим экологическим нормам, таким как правила ЕС REACH и директива RoHS, гарантируя, что их производство и использование оказывают минимальное воздействие на окружающую среду.
| Фактор | TPU | ПВХ |
| Возможность вторичной переработки | Механическая переработка | Редко перерабатывается |
| Биоразлагаемость | Нет (но можно перерабатывать) | Нет |
| Углеродный след | 3,2 кг CO2/кг | 5,8 кг CO2/кг |
Безопасен ли ТПУ для здоровья человека?
Обширные исследования показали, что ТПУ нетоксичен и безопасен для здоровья человека. Он не содержит вредных химических веществ, таких как фталаты, латекс или бисфенол А (BPA), что делает его пригодным для использования в устройствах с прямым контактом с кожей, таких как носимые устройства и медицинское оборудование. Его гипоаллергенные свойства еще больше повышают его пригодность для чувствительных приложений.
- Контакт с кожей: Не вызывает раздражения (сертифицировано OECD 439).
- Риск вдыхания: Минимальное количество летучих органических соединений при температуре обработки <120°C.
- Токсичность: LD50 >2,000 мг/кг (классифицируется как нетоксичный).
Регулирование и стандартизация ТПУ для его безопасного использования
Для обеспечения безопасного использования TPU было разработано несколько правил и стандартов:
- ISO 10993: В Китае изделия из ТПУ медицинского назначения перед использованием должны соответствовать производственным стандартам ISO 10993.
- Соответствие требованиям FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами): Материалы на основе TPU могут использоваться в США только в тех случаях, когда они соответствуют требованиям FDA, поскольку такие материалы, контактирующие с пищевыми продуктами, не должны представлять потенциального риска для здоровья.
Соответствие этим критериям позволяет гарантировать, что изделия из материалов TPU безопасны для использования по назначению и не представляют опасности для потребителей и пациентов.
TPE против TPU: Сравнение безопасности
Термопластичные эластомеры (TPE) и термопластичные полиуретаны (TPU) считаются безопасными материалами, но у них разные характеристики:
| Недвижимость | TPE | TPU |
| Диапазон твердости | от 0A до 100A | 60A — 70D |
| Гибкость | Более мягкий и гибкий | Более жесткий, но обладает лучшей несущей способностью |
| Химическая стойкость | Менее устойчивы к истиранию, жирам, маслам, химикатам и экстремальным температурам. | Более устойчив к истиранию, смазке, маслам, химикатам и экстремальным температурам. |
| Приложения | Подходит для изделий, требующих мягкости и гибкости (например, игрушек, захватов). | Идеально подходит для высокопроизводительных применений, требующих долговечности (например, промышленные компоненты). |
Что касается безопасности, то оба материала нетоксичны и соответствуют экологическим нормам. Выбор между TPE и TPU зависит от конкретных требований к применению.
Лучше всего подходит для:
ТПУ: Медицинские приборы, автомобильные уплотнения.
TPE: потребительские товары, ручки с мягким захватом.
Стоимость материалов TPU для литья под давлением
Стоимость материалов TPU для литья под давлением зависит от нескольких факторов, включая марку материала, требования к обработке и объем производства. Ниже приводится анализ стоимости:
| Фактор | Влияние на стоимость |
| Стоимость сырья | Выше, чем у стандартных пластмасс, но варьируется в зависимости от сорта |
| Сложность обработки | Требуется точный контроль температуры и давления |
| Затраты на оснастку | Конструкция пресс-формы влияет на экономическую эффективность |
| Объем производства | Большие объемы снижают стоимость единицы продукции |
Хотя TPU дороже некоторых традиционных пластмасс, его прочность, гибкость и безопасность делают его экономически эффективным выбором для долгосрочного применения.
- Стоимость материала: 3-8/фунт (медицинский сорт: 3-8/фунт (медицинский сорт: 10-15/фунт)
- Стоимость пресс-формы: 20 000-50 000 (сложные геометрические формы).
- Время цикла: 30-60 секунд (быстрее, чем силикон).
Совет по экономии: Используйте формовку с помощью газа, чтобы сократить расход материалов на 15 %.
Общие области применения TPU
ТПУ обладает ценными свойствами, которые делают его пригодным для использования в различных отраслях промышленности:
| Промышленность | Пример использования | Выгода |
| Автомобили | Сапоги CVJ, уплотнения | Маслостойкость, долговечность |
| Обувь | Подошвы для обуви | Амортизация, устойчивость к истиранию |
| Электроника | Чехлы для телефонов | Амортизация, четкость |
| Медицина | Трубки, катетеры | Биосовместимость, гибкость |
- Бытовая электроника: Защитный чехол для телефона, ремешок для смарт-часов, чехол для ноутбука.
- Обувь: Высокопроизводительная обувь и стельки благодаря амортизации и долговечности TPU.
- Автомобили: Прокладки, уплотнения и внутренние детали должны быть эластичными и износостойкими.
- Основные области применения: Конвейерные ленты, уплотнения и ударопрочные детали.
- Медицинское оборудование: Катетеры, трубки, носимые медицинские устройства (TPU обеспечивает биосовместимость).
10 часто задаваемых вопросов о литьевом формовании ТПУ и выборе материала
1. Что такое материал TPU, и что делает его уникальным для литья под давлением?
Термопластичный полиуретан (ТПУ) сочетает в себе эластичность, стойкость к истиранию и химическую стабильность. Твердость по Шору (60A-80D) и способность сцепляться с подложками (например, металлами, пластмассами) делают его идеальным материалом для литья захватов, уплотнений и гибких компонентов.
2. Чем ТПУ отличается от ТПЭ или силикона для литья под давлением?
| Недвижимость | TPU | TPE | Силикон |
| Прочность на разрыв | 30-60 МПа | 10-30 МПа | 5-10 МПа |
| Устойчивость к истиранию | Превосходно | Умеренный | Низкий |
| Стоимость | $3-8/кг | $2-5/кг | $10-25/кг |
| TPU отлично подходит для использования в условиях высоких нагрузок (например, в промышленных ремнях), а силикон — для экстремальных температур. |
3. Какие отрасли промышленности получают наибольшую выгоду от литья ТПУ под давлением?
- Автомобили: Виброгасящие крепления, башмаки CVJ.
- Медицина: Катетеры, биосовместимые трубки (сертифицированы по ISO 10993).
- Потребительские товары: Чехлы для телефонов, спортивное оборудование.
4. Каковы оптимальные условия обработки для литья ТПУ под давлением?
- Температура расплава: 180-220°C (зависит от марки ТПУ).
- Температура формы: 20-60°C для предотвращения деформации.
- Давление впрыска: 500-1 500 фунтов на квадратный дюйм (формовка под низким давлением снижает внутреннее напряжение).
5. Как уменьшить такие дефекты, как воздушные ловушки или раковины в деталях из ТПУ?
- Конструкция пресс-формы: Используйте вентиляционные каналы (0,02-0,03 мм) и соответствующие размеры затворов.
- Контроль процесса: Поддерживайте постоянную скорость охлаждения (±2°C).
- Сушка материала: Предварительно разогрейте гранулы ТПУ при 80-100°C в течение 4 часов, чтобы избежать образования пузырьков влаги.
6. Можно ли наклеивать TPU на другие материалы?
Да. К TPU хорошо прилипает:
- Металлы: Алюминий, нержавеющая сталь (через механические блокировки).
- Пластмассы: ABS, PC, нейлон (химическое соединение после плазменной обработки).
- Области применения: Ручки для инструментов, ручки для медицинских приборов.
7. Какие сертификаты гарантируют безопасность материала TPU для применения в медицине или при контакте с пищевыми продуктами?
- Медицинские: ISO 10993, USP Class VI.
- Контакт с пищевыми продуктами: FDA 21 CFR 177.1680, EU 10/2011.
- Общие сведения: Соответствие требованиям REACH, RoHS.
8. Как происходит переработка ТПУ, и является ли она экономически эффективной?
- Механическая переработка: Измельчите лом ТПУ в гранулы (теряет 10-15% свойств).
- Химическая переработка: Деполимеризация ТПУ в сырье (более высокая стоимость).
- Стоимость: Переработанный ТПУ стоит на 20-30% дешевле первичного материала, но требует проверки качества.
9. Какие требования к оснастке важны для пресс-форм из ТПУ?
- Материал пресс-формы: Закаленная сталь (например, H13) для мест с высоким уровнем износа.
- Отделка поверхности: SPI-C1 (текстурированная), чтобы скрыть линии потока.
- Система выброса: Стрипперные пластины, чтобы не повредить мягкие детали из TPU.
10. Как оценить опыт поставщика ТПУ для литья под давлением?
- Портфолио: Запросите примеры проектов по переформовке TPU или медицинских изделий.
- Возможности тестирования: Убедитесь, что они проводят испытания на растяжение, FTIR-анализ и усталостные испытания.
- Соответствие требованиям: Подтвердите сертификаты ISO 13485 (медицина) или IATF 16949 (автомобилестроение).
Заключение
TPU (термопластичный полиуретан): универсальный, гибкий, прочный и безопасный материал. Это распространенный материал для упаковки пищевых продуктов, медицинского применения, потребительских товаров и промышленных компонентов. Он признан безопасным для здоровья человека и соответствует международным законам безопасности, что делает его отличным инструментом, который подходит для многих отраслей.
TPU против TPE: TPU будет прочнее и устойчивее к износу; TPU, как правило, более безопасный и менее токсичный материал, чем TPE, поэтому считайте, что они очень похожи, а TPU больше подходит для более производительных вещей. Кроме того, несмотря на то, что TPU часто является более дорогим вариантом для литья под давлением, учитывая его долгосрочные преимущества, он стоит того, чтобы повысить цену.
Производители и дизайнеры изделий по-прежнему обращаются к TPU — безопасному, высокоэффективному материалу.
