Полиуретан прочность при растяжении
Часть вторая, полиуретановые
эластомеры.
Как понятно из написанного выше,
физико-механические свойства у полиуретанов могут быть принципиально разные.
Поскольку я все-таки занимаюсь производством автозапчастей из полиуретановых
монолитных эластомеров, и статья посвящена именно этому, попробуем описать
“общие” свойства именно для этого класса полиуретанов. Тут надо
заметить, что производителей базовых компонентов полиуретанов – считанные
единицы в мире, поэтому принципиальных отличий в физмехе у добросовестных
переработчиков практически нет, и, скажем, американский, японский, или
австралийский полиуретан по физмеху не сильно отличается от нашего.
Итак, в общем нас интересуют следующие
физико-механические свойства:
- Твердость. Физический смысл – способность материала сопротивляться внедрению в него другого материала. В случае автозапчасти от твердости зависит в первую очередь деформация детали при приложении к ней силы. Объективно больше твердость – сильней связь деталей между собой, меньше гашение вибраций, больше нагрузка на металл. Обычно в автомобильной промышленности используют резины с твердостью 65-70 по Шору А, это связано во многом с тем, что резина резко теряет прочность на разрыв при повышении твердости. Переработчики полиуретанов могут в довольно широких пределах менять твердость изготавливаемых запчастей без существенного ущерба для других свойств. Мы изготавливаем детали с цветовой маркировкой: оранжевые – 71А, зеленые – 80А, синие – 87А, ну и по запросу либо в специальных изделиях – до 98А.
- Усилие на разрыв.Тут все понятно из названия – усилие, которое необходимо приложить для разрыва материала. По этой характеристике полиуретан существенно выигрывает почти у всех марок резин. Так, максимум для ГОСТовых марок – менее 36 Н/мм2, у нашего полиуретана – 47 Н/мм2. Именно это позволяет полиуретановым деталям выдерживать бОльшие нагрузки без разрывов, что в свою очередь дает бОльший ресурс.
- Усилие на раздир. Отличается от усилия на разрыв наличием надреза/надсечки – концентратора напряжений при растяжении детали. Крайне важный показатель для деталей сложней втулки, особенно использующихся в не до конца закрытых металлом местах. Для большинства материалов, включая полиуретан, в разы и на порядки ниже усилия на разрыв.
- Остаточная деформация.Способность материала восстанавливаться после длительной постоянной нагрузки в одном направлении. Обычно при прочих равных обратно пропорциональна твердости – чем тверже материал, тем сложней его смять, но тем хуже он восстанавливает начальную форму. Остаточная деформация есть у всех материалов, включая сталь, но для эластомеров она крайне важна: у долго стоящей на одном месте машины все нагруженные сайлентблоки и втулки деформируются, отверстие под ось становится овальным, и образовавшуюся слабину невозможно исправить практически никак – сайлентблок/втулка получают люфт.
- Абразивостойкость. Тут тоже двусторонняя медаль: внутри каждого класса материалов чем мягче образец, тем он менее подвержен абразивному износу. Впрочем, даже самые твердые автомобильные полиуретаны более стойки к абразиву, чем резины, и попавший внутрь сайленблока песок скорее сотрет металл, чем полиуретан.
- Адгезия к металлу.Очень многие резиновые автозапчасти спаяны с железной арматурой. И тут, пожалуй, самая большая проблема полиуретановых запчастей: адгезия резины часто сильней, а главное – технологически стабильней чем у полиуретана. Существует ряд технологических ухищрений по обработке арматуры и полиуретана для лучшей склеиваемости, но все они неидеальны. Поэтому компания Полиуретан многие сайлентблоки выпускает в том числе в запрессованном варианте, с неприваренными металлическими частями.
- Морозостойкость. Способность материала не терять эластичности при низких температурах. И вот как раз тут некоторые полиуретаны выигрывают у резин вчистую: даже непрочные резины с большим содержанием пластификаторов почти полностью теряют эластичность при -40. Мы проверяли пыльники своего производства в контейнере с “сухим льдом” – твердой фазой углекислоты, ориентировочно -73 градуса по цельсию (ориентировочно потому что ни один из наших термометров такое мерить уже не умеет), пыльник с трудом, но гнулся.
- Стабильность и долговечность в условиях эксплуатации. Большая часть резин неустойчивы к ГСМ, но главное – деградируют со временем при нормальных условиях. Это связано в первую очередь с выходом несвязанных резиной модификаторов и перевулканизацией самих молекул резины. Любой автолюбитель видел растрескавшиеся и потерявшие эластичность резинки, и знает что китайские/российские заменители теряют свои свойства значительно быстрей “родных”. Полиуретаны не боятся ГСМ и дорожной химии, процесс набора твердости хоть и идет весь срок жизни, но крайне медленно (пара единиц по Шору А за десять лет), единственное – без красителя боятся ультрафиолета, что впрочем не очень критично для большинства автозапчастей.
Как я уже говорил выше, все эти свойства в какой-то мере “программируемые” – изменением состава смеси, введением сополимеров и добавок, изменением условий реакции, подготовкой компонентов и прочими ухищрениями можно в значительной мере их менять. Чем и занимаемся: на нашем производстве одновременно перерабатывается с десяток разных полиуретанов только в серийной продукции, а для заказной/промышленной мы оперативно меняем композицию.
Производители базовых компонентов полиуретанов
выпускают как базовые компоненты, так и преполимеры (частично прореагировавшие
компоненты), имеют свои рекомендованные композиции для разных применений, но
очень медленно и неповоротливо работают с модификациями, и не то чтобы неохотно
общаются, но сильно уж медленно у них все. Медленно – это когда на выставление
счета уходит полгода, а потом оказывается что в счет забыли включить
катализатор, а без катализатора оно не работает, катализатор поставляют еще через
полгода, за это время опытная партия приходит в негодность… короче, сильно все
тяжело. Ах да, забыл сказать: время жизни чистых компонентов ПУ – единицы
недель, время жизни частично прореагировавших – единицы месяцев. Привезти
чистый изоцианат практически нереально, он “протухнет” еще на таможне.
Поэтому мы сотрудничаем с надежным проверенным поставщиком преполимеров – частично прореагировавших компонентов. Это несколько снижает нашу свободу в модификациях материала, но в остальном идентично прямой переработке изоцианата, а главное – дает нам возможность оперативно править технологические параметры компонентов.
Если у вас возникли вопросы о полиуретане – задавайте, постараюсь ответить. Михаил Колесников, m.kolesnikov@polyurethan.ru
- Немного о полиуретане | Часть 1. Вводная
- Немного о полиуретане | Часть 2. Эластомеры
- Немного о полиуретане | Часть 3. Химия
- Немного о полиуретане | Часть 4. Технология
Источник
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, в широком температурном диапазоне.
Полиуретан благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам используется, как конструкционный материал во многих отраслях промышленности. Особенность уретановых эластомеров — исключительно высокие эксплуатационные свойства, превосходящие не только все типы каучуков, но и металлы.
На мировом рынке существует множество марок полиуретанов: адипрены, вулколланы, вулкопрены.
Отечественные марки СКУ ПФЛ-100, НИЦ-ПУ 5 и другие, 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.
Физико-механические характеристики
Показатель полиуретана НИЦ ПУ-5 СКУ-ПФЛ-100 СКУ-ФЭ-4 СКУ ПФЛ-74 Ур-70 В ПТГФ 1000 СУРЭЛ-20Ф СКУ-ПФЛ-100М Диафор-ТДИ ЛУР-СТ ТТ 129/194
Твердость по Шору, усл.ед. 88÷93 95÷ 98 40÷90 88÷92 70÷80 95÷98 93÷97 95÷100 86÷88 75÷85 80÷100
Предел прочности при растяжении, кгс/см.кв 320÷ 450 350÷ 400 250÷ 350 400- 450 230-390 350÷ 420 390÷500 450÷500 380÷460 400÷ 470 380÷520
Относительное удлинение при разрыве, % 450÷ 580 310÷
350 400÷ 550 400÷ 470 670-800 310÷ 370 330÷390 350÷370 500÷600 600÷ 7000 320÷850
Сопротивление раздиру, кгс/см 75÷ 100 90÷ 110 20-30 70-80 30-45 90-110 90-110 85-95 55-65 20-30 90-110
Условное напряжение при 100% удлинении, кгс/ см2 75-95 130- 160 25-30 60-80 20-35 130-160 140-160 45-55 50-80 140-160
Относительное остаточное удлинение после разрыва ,% Не более10 Не более10 Не более10 Не более 8 Не более 15 Не более 10 Не более 8 Не более 10 Не более 10 Не более 10 Не более 10
Температурный диапазон, °С -60 +110 -40 +110 -30 +110 -40 +110 -30 +110 -30 +110 -40 +120 -70 +150 -30 +110 -60 +110 -60 +110
В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом температуры эксплуатации следует считать +120 °С.. Низкие температуры не значительно изменяют свойства полиуретанов. Изменения эластичности и твердости, возникшие при температурах не ниже минус 18 °, носят обратимый характер. Хрупкость начинает появляться при температурах ниже минус 60, минус 80 °С. Таким образом, рабочие температуры полиуретановых изделий лежат в диапазоне от — 70 до +120 °С, эластичность при этом практически не меняется. Допускается периодическое повышение температуры до +130, +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).
Примеры применяемого сырья:
Vibrathane B602 — 82A (высокая устойчивость к мех. воздействиям, сита, флотация, шламовые насосы, футеровка)
Adiprene® L167, L367 — 95А (48Д) (высокая стойкость к абразивному износу, колеса, валы, футеровочные листы)
Adiprene® L325 — 72Д- (высокая жесткость, срок службы, стойкость к ударной нагрузке, высокое время жизни, температуростойкость)
Vibrathane® 8000 — 55А — 55Д (стойкость к мех. воздействию, раздиру, абразивному износу, сита, элементы штамповки, чистящие фиски)
Vibrathane® 6060 — 62А — (низкая твердость при отверждении МОСА, всокая стойкость к циклическому воздействию, низкая остаточная деформация, сита грохотов, валы и ролики)
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 типа СКУ ПФЛ-100, НИЦ ПУ-5, 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.
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 105 МПа) в широком температурном диапазоне (от -60 до +140 °С). При специальной обработке полиуретан имеет прочные связи с металлом.
Источник
Полиуретановые изделия широко применяются в разных отраслях промышленности: штамповка, катки, колеса, покрытия валов, опорные элементы, манжеты, корпусные детали, уплотнительные кольца и т.д. , и их потребление постоянно возрастает.
Благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам полиуретан используется как конструкционный материал во многих отраслях промышленности. Особенность уретановых эластомеров — исключительно высокие эксплуатационные свойства, превосходящие не только все типы каучуков, но и металлы.
На мировом рынке существует множество марок полиуретанов: адипрены, вулколаны, вулкопрены. Отечественные марки СКУ ПФЛ-100, НИЦ-ПУ 5 и другие, 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 таких странах как США, Англия, Германия, Япония и др. вместо резины успешно используется полиуретан. Стойкость против старения у полиуретановых эластомеров выше, чем у натурального и синтетического каучуков.
Физико-механические характеристики полиуретана | |||||||
| Показатель | НИЦ ПУ-5 | СКУ-ПФЛ-100 | СКУ-ФЭ-4 | СКУ ПФЛ-74 | Аркол 1000 | ПТГФ 1000 | СУРЭЛ -4М |
| Твердость по Шору, усл.ед. | 70-95 | 92-98 | 65-85 | 85-92 | 55-70 | 85-90 | 85 -100 |
| Предел прочности при растяжении, МПа | 19,6-38,1 | 38-50 | 20-26 | 28 | 30 | 19-37 | 20 -50 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 350-600 | 350-380 | 500-780 | 200-450 | 300 | 300 -500 | 250 -400 |
| Сопротивление раздиру, Н/мм | 80-120 | 80-100 | 120 | 119 | 30 | ||
| Условное напряжение при 100% удлинении (не менее), МПа | 6 | 6 | 2 | 6 | 6 | 6 | 8 |
| Относительная остаточная деформация после разрыва (не более), МПа | 10 | 10 | 15 | 15 | 10 | 10 | 10 |
| Температурный диапазон, °С | -60 +140 | -60 +80 | -40 +80 | -60 +80 | -20 +60 | -50 +100 | -60 +120 |
Полиуретан обладает высоким сопротивлением разрыву, высокой износоустойчивостью и способностью выдерживать большое давление наряду с большой эластичностью, маслостойкостью и теплостойкостью. Полиуретан можно подвергать механической обработке различными способами.
Полиуретан с упехом 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 создает прочные связи с металлом.
Сравнительные характеристики резины и полиуретана
| Показатель | Значение для резины | Значение для полиуретана | Примечание |
| Условная прочность при растяжении, МПа (кгс/см кв.) | 12,7 (130) | 35 (350) | Полиуретан прочнее резины в 2,5 раза |
| Относительное удлинение при разрыве (не менее), % | 300 | 500 — 600 | Полиуретан эластичней резины в 2 раза |
| Твердость, ед. Шора А | 40 — 50 | 55 — 97 | Полиуретан может быть изготовлен различной твердости |
| Истираемость, м куб/т.Дж | 45 — 80 | 11,25 — 26,6 | Условная износостойкость полиуретана в 3 раза выше |
Плотность резины 1,37; плотность полиуретана 1,259;
Наиболее распространенным типом полиуретанов в настоящее время являются литьевые полиуретаны типа СКУ ПФЛ-100, НИЦ ПУ-5, имеющие по отношению к другим видам, более высокие физико-механические характеристики и твердость по Шору А 85 — 90 ед.
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.
Особо успешно применяется полиуретан в производстве вибростойких деталей (например, устройство амортизации установок погружного электроцентробежного насоса, протектора центратора подвески НКТ), а также в уплотнительной технике и кузнечно-штамповом производстве.
Источник
Являясь универсальным синтетическим материалом, полиуретан высокой твердости (ПВТ) сочетает механические характеристики, свойственные высокопрочным пластмассам, с пластичностью и гибкостью резины. При этом он обладает высокой устойчивостью к воздействию агрессивных сред, химических веществ, радиации и длительных вибраций. Совокупность таких преимуществ обеспечивает широкую востребованность ПВТ для производства различных изделий, включая жесткие детали узлов и агрегатов производственных машин, техники и оборудования.
Особые свойства ПВТ
- Эластичность. По сравнению с материалами на основе каучука литьевые полиуретаны повышенной стойкости на разрыв характеризуются в два раза большей величиной относительного удлинения до наступления необратимых деформаций.
- Истираемость. Показатели условной износостойкости ПВТ превышают аналогичные параметры изделий из резины в 2,7–3,0 раза.
- Твердость. По шкале Шора показатели твердости полиуретанового синтетика составляют 82–98 единиц.
- Озоностойкость. В отличие от каучуков структура ПВТ практически не разрушается под воздействием ультрафиолета и озона, что позволяет создавать высокоэффективные защитные покрытия.
- Высокая водостойкость дает возможность эффективно применять полиуретановые термоэластопласты для гидроизоляции.
- Стойкость полиуретана к продолжительному давлению в пределах 150 и более кПа обеспечивает возможность изготовления высокопрочных изделий: сальников, колец, втулок, и прочих уплотнителей.
- Кислотостойкость. ПВТ характеризуется высокой стойкостью к большинству видов современных растворителей и кислот.
- Теплопроводность. Упругость полиуретановых деталей, отличающихся низкой теплопроводностью, сохраняется при температуре не ниже –50 0С или не выше +110 0С.
- Высокие диэлектрические показатели обеспечивают возможность изготовления токоизолирующих элементов и покрытий.
- Прочность полиуретана в сравнении с каучуком выше в 2,3–2,5 раза.
Полиуретаны высокой твердости: сфера применения
Обладая уникальным набором свойств, этот композитный материал широко востребован практически во всех областях промышленности. Его используют в качестве сырья для производства роликов (тормозных, направляющих, контактных и пр.), амортизаторов, муфт, накладок, шнеков и других изделий. Полиуретан твердостью 87–92 ед. незаменим при изготовлении колес для самокатов, тачек, мебели и грузовых тележек. В автомобилестроении он применяется для изготовления деталей подвески, сайлентблоков, втулок, проставок, подшипников и других комплектующих.
В качестве сырья для производства различных изделий могут использоваться литьевые эластомеры определенной твердости в болванках, стрежнях, плитах, листах или пластинах. Также их можно применять для обустройства тепло- и гидроизоляции. Высокая химическая стойкость полиуретана в сочетании с его антибактериальными свойствами обуславливает возможность применения в медицине и пищевой промышленности.
Преимущества ПВТ в качестве сырья
- Надежность. Благодаря высокому сопротивлению механическим воздействиям и быстрому восстановлению изначальной формы после многократных механических воздействий с предельными нагрузками, детали из полиуретанового сырья превосходят резиновые аналоги по ресурсу в 5–7 раз.
- Универсальность. По индивидуальным требованиям можно точно подбирать параметры твердости и прочности полиуретана на разрыв, необходимые для изготовления определенных видов деталей: колес, роликов, траков, уплотнителей и т. д.
- Легкость обработки. Эластомеры легко поддаются переработке всеми доступными технологиями, включая экструзию, прессование и другие. Используя полиуретан в качестве сырья, можно получать различные материалы с наполнением и/или с армированием, а также готовые блоки, панели, профили, пленки и другие изделия.
Компания «Полимертехпром» предлагает производство широко спектра изделий из полиуретана высокой твердости, в том числе уникальных деталей по индивидуальным заявкам. Чтобы заказать изготовление определенной партии продукции из эластомеров с особыми свойствами, позвоните нашим менеджерам.
Все статьи
Каталог изделий
Источник