Полиуретановые изделия имеют множество применений. Более трех четвертей мирового потребления полиуретановых изделий приходится на пены, причем гибкие и жесткие типы примерно равны по размеру рынка. В обоих случаях пена обычно находится позади других материалов: гибкие пены находятся позади обивочных тканей в коммерческой и домашней мебели; жесткие пены находятся между металлическими или пластиковыми стенками/листами большинства холодильников и морозильников или другими поверхностными материалами в случае теплоизоляционных панелей в строительном секторе. Его использование в одежде растет: например, для подкладки чашечек бюстгальтеров. Полиуретан также используется для молдингов, которые включают дверные рамы, колонны, балясины, оконные переплеты, фронтоны, медальоны и розетки.
Полиуретановые составы охватывают чрезвычайно широкий диапазон жесткости, твердости и плотности. [1] К этим материалам относятся:
Пенополиуретан широко используется в производстве сидений из эластичного пеноматериала высокой упругости, изоляционных панелей из жесткого пеноматериала, микропористых пеноматериалов, уплотнений и прокладок , прочных эластомерных колес и шин, втулок автомобильной подвески , электротехнических герметиков, уплотнителей, прокладок, подложек для ковров и деталей из жесткого пластика (например, для электронных приборов).
В следующей таблице показан пример использования полиуретанов в одной стране более дюжины лет назад (данные США за 2004 год):
.jpg/1280px-%C3%89ponge_type_4_(1).jpg)
Гибкий полиуретановый пеноматериал с открытыми ячейками используется для изготовления многих кухонных и ванных губок . Сочетание низкой стоимости, высокой гибкости и высокой стойкости к истиранию и разрыву делает полиуретаны отличными материалами для мытья. [3] Было показано, что полиуретановые губки снижают риск распространения определенных бактерий. [4]
Жесткий пенополиуретан используется в различных отраслях промышленности для обеспечения теплоизоляции установок и труб. В частности, трубопроводы для систем централизованного теплоснабжения в Европе в первую очередь изолируются с помощью предварительно изолированной сэндвич-сборки труб, состоящей из стальной трубы для теплоснабжения, изоляционного слоя (пенополиуретан) и полиэтиленовой (ПЭ) оболочки, которые связаны изоляционным материалом. Одним из главных преимуществ жесткого пенополиуретана является то, что он обеспечивает очень низкую теплопроводность (со значениями всего 23 мВт/м⋅К), при этом обеспечивая достаточную структурную прочность, чтобы выдерживать нагрузки, которым подвергаются подземные трубопроводные системы. [5] [6]
Из-за закрытоячеистой природы жестких полиуретановых пен изоляция PUR имеет минимальное водопоглощение, что в сочетании с соответствующим покрытием делает ее особенно подходящей в приложениях, где рост бактерий является проблемой. Полиуретановая изоляция подходит для изоляции труб с температурой поверхности в диапазоне от -196°C до 148°C. [7]
Открытоячеистая эластичная полиуретановая пена (FPF) производится путем смешивания полиолов , диизоцианатов , катализаторов, вспомогательных вспенивающих агентов и других добавок, что позволяет полученной пене свободно подниматься. Большая часть FPF производится с использованием технологии непрерывной обработки, а также может производиться партиями, когда относительно небольшие блоки пены изготавливаются в открытых сверху формах, коробках или других подходящих оболочках. Затем пену разрезают до нужной формы и размера для использования в различных мебельных и отделочных изделиях.
Эластичный пенополиуретан применяется в подушках мягкой мебели , автомобильных сиденьях и внутренней отделке, ковровых покрытиях, а также в набивке матрасов и сплошных наполнителях матрасов.
Эластичный пенополиуретан является перерабатываемым продуктом. [8]
Эластичные и полуэластичные пенополиуретаны широко используются для изготовления внутренних деталей автомобилей : сидений, подголовников, подлокотников, обивки крыши, приборных панелей и щитков приборов.
Полиуретаны используются для изготовления автомобильных сидений удивительным образом. У производителя сидений есть форма для каждой модели сиденья. Форма представляет собой закрывающуюся конструкцию типа «ракушка», которая позволяет быстро отливать подушку сиденья, так называемую формованную гибкую пену, которая затем обивается после извлечения из формы.
Можно объединить эти два этапа, так называемое in-situ , foam-in-fabric или прямое формование. Полностью собранный чехол сиденья помещается в форму и удерживается на месте вакуумом, втягиваемым через небольшие отверстия в форме. Иногда тонкая гибкая пластиковая пленка на ткани используется для более эффективной работы вакуума. Металлический каркас сиденья помещается в форму, и форма закрывается. На этом этапе форма содержит то, что можно визуализировать как «полое сиденье», ткань сиденья, удерживаемая в правильном положении вакуумом и содержащая пространство с металлическим каркасом на месте.
Полиуретановые химикаты впрыскиваются в полость формы с помощью смесительной головки. Затем форма выдерживается при заданной температуре реакции до тех пор, пока химическая смесь не вспенится, не заполнит форму и не образует стабильную мягкую пену. Необходимое время составляет от двух до трех минут в зависимости от размера сиденья, точной формулы и условий эксплуатации. Затем форма обычно слегка открывается на минуту или две для дополнительного времени отверждения, прежде чем полностью обитое сиденье будет извлечено.
Стены и потолок (не только изоляция) футуристического дома Xanadu во Флориде, США, были построены из полиуретановой пены. Купольные потолки и другие необычные формы легче сделать из пены, чем из дерева. Пена использовалась для строительства зданий необычной формы, статуй и украшений в секции Seuss Landing тематического парка Islands of Adventure (США). Производители жесткой пены продают пену, которая заменяет дерево в резных знаках и 3D-топографии. Пенополиуретан также используется в качестве теплоизолятора во многих домах.
Полиуретановая смола используется как эстетический материал для напольного покрытия. Будучи бесшовной и водостойкой, она приобретает интерес для использования в (современных) интерьерах, особенно в Западной Европе. Полиуретан также используется для гидроизоляции областей резервуаров, в которых есть утечки. [9]
Две бинарные жидкости , одна из которых является полиуретаном (Т6 или 16), при смешивании и аэрации расширяются, образуя твердое, заполняющее пространство аэрозольное вещество.
Одобренные полиуретановые герметики (которые отличаются от пены) доступны в одно-, двух- и трехкомпонентных системах, а также в картриджах, ведрах или бочках. Полиуретановые герметики (такие как EZ-Poly ) используются для заполнения щелей, тем самым предотвращая утечку воздуха и воды. Они также используются в сочетании с неорганической изоляцией , такой как минеральная вата или керамические волокна, для противопожарной защиты . Противопожарные преграды могут препятствовать прохождению дыма и струи из шланга . На атомной электростанции Browns Ferry в качестве противопожарной защиты использовалась легковоспламеняющаяся полиуретановая пена, которая случайно воспламенилась и вызвала крупный пожар.
Полиуретановая пена широко используется в морском мире во многих областях: [10]
Некоторые производители плотов используют уретан для изготовления надувных лодок. AIRE использует уретановый мембранный материал в качестве удерживающего воздух пузыря внутри оболочки из ПВХ, тогда как SOTAR использует уретановые мембранные материалы в качестве покрытия на некоторых лодках. Maravia использует жидкий уретановый материал, который наносится распылением поверх ПВХ для улучшения удержания воздуха и повышения стойкости к истиранию.
Некоторые доски для серфинга изготавливаются с жестким полиуретановым сердечником. Жесткая пенопластовая заготовка формуется, формируется в соответствии со спецификацией, затем покрывается стеклотканью и полиэфирной смолой.
Корпуса некоторых лодок имеют жесткий пенополиуретановый сердечник, зажатый между стекловолоконными оболочками. Пена обеспечивает прочность, плавучесть и звукоизоляцию.
Некоторые палубы лодок, включая ВМС США и рыболовные суда Пакистана, используют специализированные полиуретановые герметики для защиты от постоянной влаги и суровых океанических элементов. Например, Durabak-M26 использует специальный однокомпонентный полиуретан для предотвращения просачивания воды в нежелательные области.
Некоторые резервуары для воды изолированы полиуретановыми химикатами (полиолами и изоцианатами) для поддержания температуры воды в течение длительного времени.
Полиуретан использовался для изготовления нескольких теннисных накладок, таких как Yonex Super Grap, Wilson Pro Overgrip и многих других. Эти накладки очень эластичны, что обеспечивает аккуратное облегание ручки ракетки.
Полиуретан используется в качестве черной оболочки для браслетов часов поверх основного материала, которым обычно является нержавеющая сталь. Он используется для удобства, стиля и долговечности.
Тонкая пленка полиуретанового покрытия добавляется к полиэфирному плетению для создания полиуретанового ламината (PUL), который используется из-за своих водонепроницаемых и ветронепроницаемых свойств в верхней одежде, подгузниках, занавесках для душа и т. д. PU используется в некоторых современных купальниках для обеспечения плавучести для соревнующихся пловцов. Существуют ограничения, поскольку плавучесть улучшает результаты плавания. [ необходима цитата ]
Еще более популярное использование полиуретана в текстиле — это спандекс , также известный как эластан или под торговой маркой DuPont Lycra. Полиуретановые волокна в форме спандекса могут растягиваться до 600% и при этом возвращаться к своей первоначальной форме. Спандекс прядут с другими волокнами, такими как хлопок, нейлон или полиэстер, для создания растягивающихся волокон, необходимых для одежды как для спорта, так и для моды. [11]
Полиуретановые материалы обычно формулируются как краски и лаки для финишных покрытий для защиты или герметизации древесины. Такое использование приводит к получению твердого, стойкого к истиранию и долговечного покрытия, которое популярно для полов из твердой древесины , но некоторые считают его сложным или неподходящим для отделки мебели или других деталей. По сравнению с масляными или шеллачными лаками полиуретановый лак образует более твердую пленку, которая имеет тенденцию расслаиваться при воздействии тепла или удара, разрушая пленку и оставляя белые пятна. Эта тенденция усиливается, когда он наносится на более мягкую древесину, такую как сосна . Это также отчасти связано с меньшей проникающей способностью полиуретана в древесину. Для решения этой проблемы используются различные методы грунтования, включая использование определенных масляных лаков, определенного «депарафинированного» шеллака , прозрачной проникающей эпоксидной смолы или «модифицированного маслом» полиуретана, предназначенного для этой цели. Полиуретановый лак также может не иметь «ручного» блеска высыхающих масел, таких как льняное или тунговое масло ; Однако, напротив, он способен к гораздо более быстрому и высокому "строительству" пленки, достигая в два слоя того, что может потребовать многократного нанесения масла. Полиуретан также может быть нанесен поверх прямого масляного покрытия, но из-за относительно медленного времени отверждения масел, наличия летучих побочных продуктов отверждения и необходимости длительного воздействия кислорода на масло, необходимо позаботиться о том, чтобы масла были достаточно отверждены, чтобы принять полиуретан.
В отличие от высыхающих масел и алкидов , которые отверждаются после испарения растворителя при реакции с кислородом из воздуха, полиуретановые покрытия отверждаются после испарения растворителя посредством различных реакций химических веществ в исходной смеси или путем реакции с влагой из воздуха. Некоторые продукты являются «гибридами» и сочетают в себе различные аспекты своих исходных компонентов. «Модифицированные маслом» полиуретаны, как на водной основе, так и на основе растворителя, в настоящее время являются наиболее широко используемыми покрытиями для деревянных полов.
Внешнее использование полиуретанового лака может быть проблематичным из-за его подверженности разрушению под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. Все прозрачные или полупрозрачные лаки, и, конечно, все пленочные полимерные покрытия (например, краска , морилка , эпоксидная смола , синтетический пластик и т. д.) подвержены этому повреждению в той или иной степени. Пигменты в красках и морилках защищают от УФ-повреждений, в то время как УФ-поглотители добавляются в полиуретановые и другие лаки (в частности, лак « spar ») для защиты от УФ-повреждений. Полиуретаны, как правило, наиболее устойчивы к воздействию воды, высокой влажности, экстремальным температурам и грибку или плесени, которые также отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики лака и краски.
Полиуретан также используется для изготовления цельных шин и колес . Промышленное применение включает в себя приводные и грузовые колеса погрузчиков , продуктовые и промышленные тележки, [12] и колеса для американских горок. Современное катание на роликах и скейтбординг стали экономичными только с появлением прочных, износостойких полиуретановых деталей, что помогло популяризировать то, что когда-то было малоизвестным увлечением 1960-х годов. Прочность полиуретановых колес позволила значительно расширить спектр трюков и трюков, выполняемых на скейтбордах . Полиуретан также используется для изготовления шин для небольшого оборудования в садоводческой и газонокосилочной промышленности для тачек, ручных тележек, газонокосилок, тележек и т. д. Они обеспечивают отскок и ощущение шины, наполненной воздухом, с преимуществом отсутствия проколов. Они также весят примерно столько же, сколько шины, наполненные воздухом, хотя они полностью состоят из цельного полиуретана. Были разработаны другие конструкции для пневматических шин, а варианты микроячеистой пены широко используются в шинах для инвалидных колясок, велосипедов и других целей. Последние типы пены также широко используются в рулевых колесах автомобилей и других внутренних и внешних деталях автомобиля, включая бамперы и крылья.
Использование полиуретана в автомобильной промышленности возросло за последние двадцать лет. Он используется для замены традиционных резиновых втулок, которые, как известно, выходят из строя или изнашиваются на дорожных покрытиях, подверженных большому количеству соли и химического мусора.
Использование полиуретановых втулок может иметь много преимуществ, таких как поддержание правильного выравнивания кастера, развала и схождения, и, таким образом, повышение общего контроля и управляемости. Это также увеличивает срок службы, обеспечивает большую устойчивость к износу и менее восприимчиво к маслу и аналогичным дорожным загрязнителям. [13]
Полиуретан (ПУ) популярен в производстве некоторых из самых высококачественных аэродинамических компонентов / комплектов кузова ( комплектов кузова ) для различных автомобилей (легковых, грузовых и внедорожников) на рынке. Эти компоненты включают бамперы , боковые юбки, рулонные поддоны и капоты стеклоочистителей. Полиуретан позволяет производить прочные компоненты в отличие от обычного стекловолокна (FRP), которое может легко сломаться при ударе. Полиуретан очень гибкий, поэтому более устойчив к повреждениям. Включая долговечность, эти комплекты кузова, если они производятся известным производителем, демонстрируют меньше дефектов, просты в установке и обслуживании и доступны по цене. [14]
Когда комплекты кузова из стекловолокна начинают покрываться трещинами, сколами от обычного износа, хорошо изготовленные полиуретановые компоненты имеют такую же прочность, как и бампер, установленный на заводе. Как упоминалось выше, при производстве от известного производителя, как правило, имеют меньше отверстий и дефектов литья. Гибкость полиуретана делает их простыми в работе. Установка может быть выполнена индивидуально как проект «сделай сам». Техническое обслуживание чрезвычайно простое. Что касается цен, они могут варьироваться в зависимости от производителя, но находятся в доступном диапазоне. Как бы хорошо это ни звучало, комплекты кузова из полиуретана также имеют свои недостатки. Компоненты из стекловолокна или углеродного волокна легче большинства комплектов из полиуретана. Полиуретан, опять же, является гибким, но для сохранения достаточной жесткости для использования на дороге чаще всего требуется больше материала и толщины. Для водителей, ищущих скорость для своего более производительного автомобиля, [15] это может стать проблемой. Кроме того, в отличие от стекловолокна, полиуретан нельзя залатать или отремонтировать. Хотя его гораздо сложнее повредить, если повреждение все же произошло, весь компонент необходимо снять и заменить. [14] Существуют различные варианты покупки полиуретановых комплектов.
Часто электронные компоненты и провода защищают от воздействия окружающей среды и механических ударов, заключая их в полиуретан. Обычно полиуретаны выбирают за отличную стойкость к истиранию, хорошие электрические свойства, отличную адгезию, ударную вязкость и гибкость при низких температурах. Недостатком полиуретанов является ограниченная верхняя рабочая температура (обычно 250 °F (121 °C)).
Производство электронных плат будет использовать двухкомпонентный уретан (смола и катализатор), который будет смешиваться и заливаться на сборку схемы (см. дозирование смолы ). В большинстве случаев после отверждения уретана готовая плата не будет подлежать ремонту. Благодаря своим физическим свойствам и низкой стоимости полиуретановая герметизация (заливка) является популярным вариантом в секторе автомобилестроения для автомобильных схем и датчиков.
Полиуретан может использоваться в качестве клея , особенно в качестве клея для деревообработки . Его главное преимущество перед более традиционными клеями для дерева — его водостойкость. Он был представлен на североамериканском рынке в 1990-х годах как Gorilla Glue и Excel , но был доступен в Европе гораздо раньше. Полиуретан является основой для некоторых строительных клеев в формате тюбика для уплотнения . [16]
На пути к новому и лучшему клею для переплетчиков , в 1985 году впервые была представлена новая клеевая система. Основой этой системы является полиэфир или полиэстер, тогда как в качестве преполимера используется полиуретан (PUR). Его особыми характеристиками являются коагуляция при комнатной температуре и устойчивость к влаге. [ необходима цитата ]
Первое поколение (1988)
Второе поколение (1996)
Третье поколение (2000)
Четвертое поколение (настоящее)
Преимущества полиуретанового клея в переплетном деле:
Термореактивные полиуретаны также используются в качестве защитного покрытия от истирания. Литой полиуретан на таких материалах, как сталь, будет поглощать удар частиц более эффективно. Полиуретаны, как было доказано, служат более 25 лет в абразивных средах, где сталь без покрытия разрушится менее чем за 8 лет. Полиуретаны используются в таких отраслях, как:
Полиуретан также используется в бетонной промышленности для создания опалубок . Полиуретановые опалубки служат в качестве формы для бетона, создавая разнообразные текстуры и арт-объекты.
Полиуретан используется вместе с перхлоратом аммония в качестве твердого топлива в ракетах «Поларис», запускаемых с подводных лодок . [18]
Полиуретановые мочевинные эластомеры были исследованы исследователями из Исследовательской лаборатории армии США и Массачусетского технологического института на предмет потенциального материала для шлемов, защитных щитков и бронежилетов для солдат. [19]
Листовые и чешуйчатые полуоткрытые ячеистые гидрофильные полиуретановые пены нашли применение в садах на крыше и вертикальных зеленых стенах, а коммерческие продукты теперь появляются на рынке. [20] Полуоткрытые ячеистые полиуретановые пены имеют гораздо меньшую плотность и гораздо большую водоудерживающую способность, чем почвенные субстраты. Полуоткрытая ячеистая структура облегчает необходимое прикрепление корней растений для вертикальных настенных садов. Уменьшение веса снижает требования к опорным конструкциям зданий/стен, в то время как повышенная водоудерживающая способность снижает потребность растений в поливе.
Полимеры с закрытыми ячейками используются для подъема и поддержки бетонных дорог и подходов к мостам с 1989 года. Первоначально разработанный в Европе и запатентованный Uretek, этот метод выравнивания бетона теперь широко используется в жилых, коммерческих и муниципальных помещениях. Обычные области применения включают ремонт осевших тротуаров, подъездных путей, патио и полов гаражей. [21] В США это иногда называют Slabjacking. Foam Supplies Incorporated разработала экологичную систему FoamJack™.
Полиуретановая пена с закрытыми ячейками может использоваться в качестве засыпки в случаях, когда высокая плотность и прочность на сжатие бетона не требуются. [22] Помимо того, что материал значительно легче бетона, его закрытая ячеистая структура предотвращает перенос влаги в поддерживаемую конструкцию, что может снизить риск гниения или коррозии. [23]
Экологические переменные, естественный износ и погодные условия могут нанести ущерб бетонным морским дамбам. Эти проблемы могут со временем разрушить конструкцию, сделав ее более восприимчивой к дальнейшему повреждению. Традиционно ремонт требовал глубокого процесса с использованием бетона, однако геопена — это легкое и долговечное вещество, которое становится все более популярным для ремонта поврежденных морских дамб.
.jpg/1280px-Flame_Retardant_Research_-_LDH_materials_(16241017250).jpg)