Полиуретан - это уникальный синтетический полимерный материал. Впервые Байер Отто Георг Вильгельм с сотрудниками получил полиуретаны и наладил их промышленное производство в 1937 году. Промышленное производство пенополиуретанов на основе сложных полиэфиров было организовано в Германии в 1944 году, а их аналогов на основе более дешевых простых полиэфиров - в США в 1957 году.
"Материал с неограниченными возможностями" состоит главным образом из двух типов сырья, изоцианата и полиола, которые получают из сырой нефти. При смешивании двух готовых к переработке жидких компонентов системы, которые содержат различные вспомогательные средства (катализаторы, вспениватель, стабилизаторы и т.д.), образуется реакционно-способная смесь. В зависимости от рецептуры и соотношения компонентов, при соответствующей технологии можно отрегулировать спектр свойств образующегося полиуретана - мы можем получить жесткий, мягкий, интегральный, ячеистый (вспененный) или монолитный. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твёрдыми продуктами - от высокоэластичных мягких резин до жёстких пластиков и перерабатываются практически всеми существующими технологическими методами: экструзией, прессованием, литьем, заливкой.
Таким образом, из четырех "гигантов" современной крупнотоннажной индустрии пластических масс - полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола и полиуретана - последний является, безусловно, наиболее универсальным материалом.
Благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам полиуретан используется как конструкционный материал во многих отраслях промышленности. Особенность уретановых свойства, превосходящие не только все типы каучуков, но и эластомеров - исключительно высокие эксплуатационные металлы. На мировом рынке существует множество марок полиуретанов: адипрены, вулколланы, вулкопрены. Отечественные марки, полученные на основе отечественных полиэфиров не уступают, а по некоторым характеристикам превосходят импортные аналоги. Уретановые эластомеры можно получать с широким диапазоном свойств. Благодаря высокому модулю полиуретанов по сравнению с другими эластомерами изделия из них можно делать с более тонкими стенками.
В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом температуры эксплуатации следует считать +100 °С. Низкие температуры не изменяют сильно свойства полиуретановых эластомеров. Изменения эластичности и твердости возникшие при температурах не ниже минус 18 °С носят обратимый характер. Хрупкость начинает появляться при температурах ниже минус 60, минус 80 °С. Таким образом, рабочие температуры полиуретановых изделий лежат в диапазоне от минус 70 до 100 °С, эластичность при этом практически не меняется. Допускается периодическое повышение температуры до +110, +140 °С. Проведенные опыты показали, что полиуретаны очень водостойки. При повышении температуры физико-механические показатели уретанов практически не снижаются. С целью улучшения физико-механических свойств при изготовлении уретанов могут быть использованы рецептурные добавки и наполнители. Уретановые эластомеры обладают высокими диэлектрическими свойствами. Испытания показали, что при напряжении в 20000 В на образце толщиной в 2 мм наблюдалась "корона" (пробоя образца не наблюдалось). Эластомеры имеют отличную стойкость к маслам и растворителям и подходят для работы со смазочными маслами, нефтью и ее производными, не имеют озонового старения, имеют высокую стойкость к микроорганизмам и плесени. Опытная эксплуатация показала, что уретановые эластомеры имеют разную химическую стойкость по отношению к различным химическим реагентам. Очень быстро они разрушаются при воздействии ацетонов, азотной кислоты, соединений, содержащих большой процент хлора (соляная кислота, жидкий хлор), формальдегида, муравьиной и фосфорной кислоты, скипидара, толуола.
Наиболее распространенным типом полиуретанов в настоящее время являются литьевые полиуретаны, имеющие по отношению к другим видам, более высокие физико-механические характеристики и твердость по Шору А 85 - 90 единиц. Литьевые полиуретаны чаще применяют для изготовления деталей внутризаводского транспорта, различных валов, шестерен, вибростойких деталей, отбойных молотков и других изделий для машиностроения, горнодобывающей, авиационной, автомобильной, нефтегазодобывающей, строительной, полиграфической и других отраслей промышленности. Уретановые эластомеры, как конструкционные материалы, не просто заменяют металлы, а превосходят их по эксплуатационным свойствам в силу уникального сочетания физико-механических характеристик. Особый интерес представляет применение литьевых полиуретанов в производстве вибростойких деталей (например, устройство амортизации установок погружного электроцентробежного насоса, протектора центратора подвески НКТ), а так же в уплотнительной технике и кузнечно-штамповом производстве. Для улучшения физико-механических характеристик эластомеры армируют различными тканями - бронежилетной типа "Кевлар", сетками и другими. Полиуретан с успехом заменяет резину различных марок (а в некоторых случаях и металлы), благодаря таким свойствам как: износостойкость, кислотостойкость, маслобензостойкость, высокие диэлектрические свойства, а также возможность работы при высоких давлениях (до 750 атм.) в широком температурном диапазоне (от -60 до 140 °С). При специальной обработке полиуретан имеет прочные связи с металлом.
Изделия и конструкции на основе полиуретанов используют во всех без исключения отраслях промышленности. Вот далеко не полный перечень возможных областей применения полиуретана:
Тепло и хладоизоляция промышленных, бытовых, торговых холодильников, транспортных рефрижераторов, складов-хранилищ, изготовление изотермических и морозильных автофургонов и камер, теплоизоляция трубопроводов, железобетонных и кирпичных сооружений, резервуаров, изготовление озонобезопасных теплоизоляционных плит, скорлуп; изготовление систем "труба в трубе" - полиуретан заливается в пространство между трубой и тепло-гидрозащитной оболочкой (потери тепла в такой конструкции в 3-4 раза ниже нормативных, а срок ее службы для систем горячего водоснабжения - не менее 25-30 лет); утепление и гидроизоляции кровель и фасадов зданий, стен, полов, крыш, подвалов, потолков, мансард, жилых и производственных помещений, саун, бань, наружной и внутренней теплоизоляции оконных и дверных проемов, герметизации межпанельных швов и т.д., изготовление "сэндвич" - конструкций с использованием обкладочных материалов, в том числе декоративных, теплоизоляционных негорючих блоков различного назначения; изготовление деталей радиоэлектронной промышленности, красочных валиков в полиграфической промышленности, прокладок, уплотняющих материалов и обувных подошв, производство деталей и узлов машин, подвергающихся большим динамическим нагрузкам, вибрации, воздействию химически агрессивных сред, эрозионному воздействию твердых частиц в газовых потоках или жидкой пульпе, а также комплексному воздействию указанных факторов; изготовление покрытий лопастей вертолетов, приводных ремней в стиральных машинах, конвейерных ленты и рукавов, подшипников скольжения рулевого механизма, элементов передней подвески, вкладышей рулевых тяг, самосмазывающихся уплотнений, топливо-стойких клапанов, маслостойких деталей, рычагов переключения передач; производство шовных нитей и протезов сердечно-сосудистой системы, сорбентов для выделения и концентрирования различных соединений из воздуха, природных и сточных вод, носителей для иммобилизации ферментов и органических реагентов, твердых полимерных матриц в сорбционно-спектроскопических методах анализа; разработка экономичных, экологически чистых и высококачественных лакокрасочных материалов, мебельных клеев-расплавов. Таким образом, полиуретан имеет огромный диапазон применения, что характеризует его именно как универсальный, многопрофильный материал с огромным потенциалом и далеко идущими перспективами использования.
Источники информации: