Изделия из полиуретана имеют множество применений. Более трех четвертей мирового потребления полиуретановых изделий приходится на пенопласты, причем объемы рынка гибких и жестких типов примерно равны. В обоих случаях пенопласт обычно находится за другими материалами: гибкий пенопласт находится за обивочными тканями в коммерческой и домашней мебели; жесткий пенопласт находится 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 изготовления молдингов, в том числе дверных рам, колонн, балясин, оконных перемычек, фронтонов, медальонов и розеток.
Полиуретановые составы охватывают чрезвычайно широкий диапазон жесткости, твердости и плотности. [1] Эти материалы включают в себя:
Пенополиуретан широко используется в высокоэластичных гибких пенопластовых сиденьях, изоляционных панелях из жесткого пенопласта, уплотнениях и прокладках из микропористого пенопласта , прочных эластомерных колесах и шинах, втулках автомобильной подвески , электротехнических заливочных массах, уплотнениях, прокладках, подложке для ковров и деталях из твердого пластика (таких как что касается электронных инструментов).
В следующей таблице показан пример того, как полиуретаны использовались в одной стране более десяти лет назад (данные США за 2004 год):
.jpg/1280px-%C3%89ponge_type_4_(1).jpg)
Гибкий пенополиуретан с открытыми порами используется для изготовления многих губок для кухни и ванной комнаты . Сочетание низкой стоимости, высокой гибкости и высокой стойкости к истиранию и разрыву делает полиуретаны отличными материалами для чистящих средств. [3] Доказано, что полиуретановые губки снижают риск распространения некоторых бактерий. [4]
Жесткий пенополиуретан применяется в различных отраслях промышленности для теплоизоляции сооружений и труб. В частности, трубопроводы систем централизованного теплоснабжения в Европе в основном изолируются с использованием предварительно изолированных сэндвич-узлов из труб, состоящих из стальной теплопроводной трубы, изоляционного слоя (пенополиуретан) и полиэтиленовой (ПЭ) оболочки, которые соединены между собой изолирующий материал. Одним из основных преимуществ жесткого пенополиуретана является то, что он обладает очень низкой теплопроводностью (всего 23 мВт/м⋅К), обеспечивая при этом достаточную конструкционную прочность, чтобы выдерживать нагрузки, которым подвергаются системы подземных труб. [5] [6]
Из-за закрытоячеистой структуры жесткого пенополиуретана изоляция PUR имеет минимальное водопоглощение, что в сочетании с соответствующим покрытием делает ее особенно подходящей для применений, где рост бактерий является проблемой. Полиуретановая изоляция подходит для изоляции труб с температурой поверхности от -196°C до 148°C. [7]
Гибкий пенополиуретан с открытыми порами (FPF) изготавливается путем смешивания полиолов , диизоцианатов , катализаторов, вспомогательных пенообразователей и других добавок и обеспечения свободного подъема полученной пены. Большая часть FPF производится с использованием технологии непрерывной обработки, а также может производиться партиями, когда относительно небольшие блоки пенопласта изготавливаются в формах с открытым верхом, коробках или других подходящих оболочках. Затем пенопласт разрезают до желаемой формы и размера для использования в различных целях изготовления мебели и предметов интерьера.
Гибкий пенополиуретан применяется для изготовления подушек мягкой мебели , автомобильных сидений и внутренней отделки, ковровых подушек, а также набивок для матрасов и наполнителей матрасов с твердым сердечником.
Гибкий пенополиуретан является продуктом, подлежащим вторичной переработке. [8]
Гибкие и полугибкие пенополиуретаны широко используются для внутренних компонентов автомобилей , в сиденьях, подголовниках, подлокотниках, обшивке потолка, приборных панелях и приборных панелях.
Полиуретаны удивительным образом используются для изготовления автомобильных сидений. Производитель сидений имеет форму для каждой модели сидений. Форма представляет собой закрывающуюся конструкцию типа «раскладушка», которая позволяет быстро отлить подушку сиденья, так называемую формованную гибкую пену, которая затем обивается после извлечения из формы.
Можно объединить эти два этапа, так называемое формование на месте , пенопласт в ткани или прямое формование. Полностью собранный чехол для сиденья помещается в форму и удерживается на месте с помощью вакуума, создаваемого через небольшие отверстия в форме. Иногда для более эффективной работы пылесоса на ткани используется тонкая гибкая пластиковая пленка. Металлический каркас сиденья помещается в форму и форма закрывается. На этом этапе форма содержит то, что можно представить как «полое сиденье», ткань сиденья, удерживаемая в правильном положении вакуумом и содержащая пространство с установленным металлическим каркасом.
Полиуретановые химикаты впрыскиваются в полость формы с помощью смесительной головки. Затем форму выдерживают при заданной температуре реакции до тех пор, пока химическая смесь не вспенится, не заполнит форму и не образует устойчивую мягкую пену. Требуемое время составляет две-три минуты, в зависимости от размера седла, точной рецептуры и условий эксплуатации. Затем форму обычно слегка приоткрывают на минуту или две для дополнительного времени отверждения, прежде чем снимать полностью обитое сиденье.
Стены и потолок (а не только изоляция) футуристического дома Ксанаду во Флориде, США, были построены из пенополиуретана. Куполообразные потолки и другие причудливые формы легче сделать из пенопласта, чем из дерева. Пенопласт использовался для строительства зданий, статуй и украшений причудливой формы в разделе «Пристань Сьюза» тематического парка « Острова приключений» (США). Производители жесткого пенопласта продают пенопласт, который заменяет древесину в производстве резных вывесок и 3D-топографии. Пенополиуретан также используется в качестве теплоизолятора во многих домах.
Полиуретановая смола используется в качестве эстетичного напольного покрытия. Будучи бесшовным и водостойким, он вызывает все больший интерес к использованию в (современных) интерьерах, особенно в Западной Европе.
Две бинарные жидкости , одна из которых представляет собой полиуретан (Т6 или 16), при смешивании и аэрации расширяются в твердый, заполняющий пространство аэрозоль.
Одобренные полиуретановые герметики (которые отличаются от пены) доступны в одно-, двух- и трехкомпонентных системах, а также в картриджах, ведрах или бочках. Полиуретановые герметики (например, EZ-Poly ) используются для заполнения зазоров, тем самым предотвращая утечку воздуха и воды. Они также используются в сочетании с неорганической изоляцией , такой как минеральная вата или керамическое волокно, для противопожарной защиты . Противопожарные устройства могут препятствовать прохождению дыма и струи шлангов . На атомной электростанции Браунс-Ферри в качестве противопожарной защиты использовалась легковоспламеняющаяся полиуретановая пена, которая случайно загорелась и вызвала крупный пожар.
Пенополиуретан широко используется в морском мире во многих сферах: [9]
Некоторые производители плотов используют уретан для изготовления надувных лодок. AIRE использует уретановый мембранный материал в качестве воздухоудерживающей камеры внутри корпуса из ПВХ, тогда как SOTAR использует уретановые мембранные материалы в качестве покрытия на некоторых лодках. Maravia использует жидкий уретановый материал, который наносится распылением на ПВХ для улучшения удержания воздуха и повышения устойчивости к истиранию.
Некоторые доски для серфинга имеют жесткий полиуретановый сердечник. Заготовка из жесткого пенопласта формуется в соответствии со спецификациями, а затем покрывается тканью из стекловолокна и полиэфирной смолой.
Корпуса некоторых лодок имеют жесткий сердечник из пенополиуретана, зажатый между обшивкой из стекловолокна. Пена обеспечивает прочность, плавучесть и звукоизоляцию.
На некоторых палубах, в том числе на рыболовецких судах ВМС США и Пакистана, используются специализированные полиуретановые герметики для защиты от постоянной влаги и агрессивных океанских стихий. Например, в Durabak-M26 используется специальный однокомпонентный полиуретан, предотвращающий просачивание воды в нежелательные участки.
Некоторые резервуары для воды изолированы полиуретановыми химикатами (полиолами и изоцианатами) для поддержания температуры воды в течение длительного периода времени.
Полиуретан использовался для изготовления нескольких теннисных рукояток, таких как Yonex Super Grap, Wilson Pro Overgrip и многих других. Эти ручки хорошо растягиваются, что позволяет аккуратно обхватывать ручку ракетки.
Полиуретан используется в качестве черной обертки для браслетов часов поверх основного материала, которым обычно является нержавеющая сталь. Его используют для комфорта, стиля и долговечности.
Тонкая пленка полиуретановой отделки добавляется к полиэфирному переплетению для создания полиуретанового ламината (PUL), который благодаря своим водонепроницаемым и ветрозащитным свойствам используется в верхней одежде, подгузниках, занавесках для душа и т. д. ПУ используется в некоторых современных купальниках, чтобы обеспечить плавучесть пловцам, участвующим в соревнованиях. Существуют ограничения, поскольку плавучесть повышает эффективность плавания. [ нужна цитата ]
Еще более популярным применением полиуретана в текстиле является спандекс , также известный как эластан или под торговой маркой DuPont Lycra. Полиуретановые волокна в виде спандекса могут растягиваться до 600% и при этом возвращаться к своей первоначальной форме. Спандекс сплетается с другими волокнами, такими как хлопок, нейлон или полиэстер, для создания эластичных волокон, необходимых для спортивной и модной одежды. [10]
Полиуретановые материалы обычно изготавливаются в виде красок и лаков для отделочных покрытий для защиты или герметизации древесины. В результате такого использования получается твердое, устойчивое к истиранию и долговечное покрытие, которое популярно для паркетных полов, но некоторые считают его трудным или непригодным 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 при нанесении на более мягкую древесину, например сосну . Частично это также связано с меньшим проникновением полиуретана в древесину. Для решения этой проблемы используются различные методы грунтования, включая использование определенных масляных лаков, специального «депарафинированного» шеллака , прозрачной проникающей эпоксидной смолы или «модифицированного маслом» полиуретана, предназначенного для этой цели. Полиуретановому лаку также может не хватать блеска «натертого вручную» олифы, такого как льняное или тунговое масло ; однако, напротив, он способен гораздо быстрее и эффективнее «построить» пленку, выполняя в два слоя то, что может потребовать многократного нанесения масла. Полиуретан также можно наносить поверх масляной отделки, но из-за относительно медленного времени отверждения масел, присутствия летучих побочных продуктов отверждения и необходимости длительного воздействия кислорода на масло необходимо следить за тем, чтобы масла не достаточно отвержденный, чтобы принять полиуретан.
В отличие от олиф и алкидов , которые отверждаются после испарения растворителя в результате реакции с кислородом воздуха, полиуретановые покрытия отверждаются после испарения растворителя за счет различных реакций химических веществ в исходной смеси или за счет 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 растворителей, в настоящее время являются наиболее широко используемыми покрытиями для деревянных полов.
Наружное использование полиуретанового лака может быть проблематичным из-за его подверженности разрушению под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. Этому повреждению в той или иной степени подвержены все прозрачные или полупрозрачные лаки, а также все пленочно - полимерные покрытия (т. е. краска , морилка , эпоксидная смола , синтетический пластик и т. д.). Пигменты в красках и морилках защищают от УФ-повреждений, а УФ-поглотители добавляют в полиуретановые и другие лаки (в частности, « лонжеронный » лак) для защиты от УФ-повреждений. Полиуретаны, как правило, наиболее устойчивы к воздействию воды, высокой влажности, экстремальным температурам, а также грибку или плесени, что также отрицательно влияет на характеристики лака и краски.
Полиуретан также используется при изготовлении цельнолитых шин и колес . Промышленное применение включает приводные и грузовые колеса вилочных погрузчиков , продуктовые и промышленные тележки [11] и колеса американских горок. Современные роликовые коньки и скейтбординг стали экономичными только с появлением прочных, устойчивых к истиранию полиуретановых деталей, что способствовало росту популярности того, что когда-то было малоизвестным увлечением 1960-х годов. Прочность полиуретановых колес позволила значительно расширить спектр трюков, выполняемых на скейтбордах . Полиуретан также используется для изготовления шин для небольшого оборудования в садовой и газонной промышленности, для тачек, ручных тележек, газонокосилок, тележек и т. д. Они обеспечивают отскок и ощущение надувных шин, не допуская проколов. Они весят примерно так же, как шины, наполненные воздухом, хотя полностью состоят из твердого полиуретана. Для пневматических шин были разработаны другие конструкции, а варианты микропористой пены широко используются в шинах инвалидных колясок, велосипедов и других целей. Эти последние типы пенопласта также широко встречаются в автомобильных рулевых колесах и других внутренних и наружных деталях автомобилей, включая бамперы и крылья.
За последние двадцать лет использование полиуретана в автомобильной промышленности возросло. Он используется для замены традиционных резиновых втулок, которые, как известно, выходят из строя или изнашиваются на дорожных покрытиях, подверженных воздействию большого количества соли и химического мусора.
Использование полиуретановых втулок может иметь множество преимуществ, таких как поддержание правильного выравнивания кастера, развала и схождения и, тем самым, повышение общего контроля и управляемости. Он также увеличивает срок службы, обеспечивает большую устойчивость к износу и менее проницаем для масла и других дорожных загрязнений. [12]
Полиуретан (ПУ) популяризируется при производстве некоторых из самых высококачественных аэродинамических компонентов/обвесов ( обвесов ) для различных автомобилей (легковых, грузовых автомобилей и внедорожников), представленных на рынке. К этим компонентам относятся бамперы , боковые юбки, поддоны и кожухи стеклоочистителей. Полиуретан позволяет производить долговечные компоненты в отличие от обычного стекловолокна (FRP), которое может легко сломаться при ударе. Полиуретан очень гибкий, поэтому более устойчив к повреждениям. Помимо долговечности, эти обвесы, произведенные известным производителем, имеют меньше недостатков, просты в установке и обслуживании и доступны по цене. [13]
Когда на обвесах из стекловолокна начинают появляться трещины и сколы от обычного износа, хорошо изготовленные полиуретановые компоненты имеют такую же долговечность, как и бампер, установленный на заводе. Как упоминалось выше, изделия, произведенные известным производителем, имеют меньше пор и дефектов литья. Гибкость полиуретана облегчает работу с ним. Монтаж можно выполнить индивидуально, как проект «сделай сам». Обслуживание чрезвычайно простое. Что касается цен, они могут варьироваться в зависимости от производителя, но находятся в доступном диапазоне. Как бы хорошо это ни звучало, у полиуретановых обвесов тоже есть свои недостатки. Компоненты из стекловолокна или углеродного волокна легче, чем большинство полиуретановых комплектов. Полиуретан, опять же, является гибким, но чаще всего требуется больше материала и толщины, чтобы сохранить достаточную жесткость для использования на дорогах. Для водителей, которым нужна скорость для своего автомобиля с более высокими характеристиками, [14] это может стать проблемой. Кроме того, в отличие от стекловолокна, полиуретан нельзя залатать или отремонтировать. Хотя повредить его гораздо сложнее, если повреждение все же произошло, необходимо снять и заменить весь компонент. [13] При покупке полиуретановых комплектов существуют различные варианты.
Часто компоненты электронных схем и провода защищают от воздействия окружающей среды и механических ударов, заключая их в полиуретан. Обычно полиуретаны выбираются из-за их превосходной стойкости к истиранию, хороших электрических свойств, превосходной адгезии, ударной вязкости и низкотемпературной гибкости. Недостатком полиуретанов является ограниченная верхняя температура эксплуатации (обычно 250 °F (121 °C)).
При производстве электронных плат будет использоваться двухкомпонентный уретан (смола и катализатор), который смешивается и выливается на сборку схемы (см. дозирование смолы ). В большинстве случаев после отверждения уретана готовая печатная плата не подлежит ремонту. Благодаря своим физическим свойствам и низкой стоимости полиуретановая герметизация (герметизация) является популярным вариантом в автомобильном производстве для автомобильных цепей и датчиков.
Полиуретан можно использовать в качестве клея , особенно в качестве клея для деревообработки . Его главным преимуществом перед более традиционными клеями для дерева является водостойкость. Он был представлен на рынке Северной Америки в 1990-х годах как Gorilla Glue и Excel , но в Европе он появился гораздо раньше. Полиуретан является основой некоторых строительных клеев в формате тюбика для уплотнения . [15]
На пути к новому, более совершенному клею для переплетчиков , в 1985 году была впервые представлена новая клеевая система. Основой этой системы является полиэфир или полиэстер, тогда как в качестве форполимера используется полиуретан (PUR). Его особенностями являются коагуляция при комнатной температуре и устойчивость к влаге. [ нужна цитата ]
Первое поколение (1988)
Второе поколение (1996)
Третье поколение (2000)
Четвертое поколение (настоящее время)
Преимущества полиуретанового клея в переплетном производстве:
Термореактивные полиуретаны также используются в качестве защитного покрытия от истирания. Литой полиуретан поверх таких материалов, как сталь, будет более эффективно поглощать удары частиц. Доказано, что полиуретаны служат более 25 лет в абразивных средах, где сталь без покрытия разрушается менее чем за 8 лет. Полиуретаны используются в таких отраслях, как:
Полиуретан также используется в бетонной строительной промышленности для изготовления опалубки . Полиуретановые опалубки служат формой для бетона, создавая разнообразные текстуры и произведения искусства.
Полиуретан используется вместе с перхлоратом аммония в качестве твердого топлива в ракетах «Поларис», запускаемых с подводных лодок . [17]
Полиуретановые эластомеры мочевины были исследованы исследователями из Исследовательской лаборатории армии США и Массачусетского технологического института на предмет потенциального материала для шлемов, защитных щитков и баллистических жилетов для солдат. [18]
Листовые и хлопьевидные гидрофильные пенополиуретаны с полуоткрытыми порами нашли применение в садах на крышах и в вертикальных зеленых стенах, и сейчас на рынке появляются коммерческие продукты. [19] Подложки из пенополиуретана с полуоткрытыми порами имеют гораздо меньшую плотность и гораздо большую водоудерживающую способность, чем грунтовые подложки. Полуоткрытая ячеистая структура облегчает необходимое крепление корней растений в вертикальных настенных садах. Снижение веса снижает требования к несущим конструкциям зданий/стен, а повышенная водоудерживающая способность снижает потребность в поливе растений.
Полимеры с закрытыми порами используются для поднятия и поддержки бетонных дорог и подходов к мостам с 1989 года. Первоначально разработанный в Европе и запатентованный Uretek, этот метод выравнивания бетона в настоящее время широко используется в жилых, коммерческих и муниципальных зданиях. Общие области применения включают ремонт тротуаров, подъездных дорожек, патио и полов в гаражах. [20] В США это иногда называют Slabjacking. Компания Foam Supplies Incorporated разработала экологически чистую систему FoamJack™.
Пенополиуретан с закрытыми порами можно использовать в качестве засыпки там, где не требуется высокая плотность и прочность бетона на сжатие. [21] Помимо того, что материал значительно легче бетона, его закрытоячеистая природа предотвращает передачу влаги к поддерживаемой конструкции, что может снизить риск гниения или коррозии. [22]
Переменные окружающей среды, естественный износ и погодные условия могут привести к повреждению бетонных дамб. Эти проблемы со временем могут разрушить структуру, делая ее более восприимчивой к дальнейшему повреждению. Традиционно ремонт требовал тщательного процесса с использованием бетона, однако геопена — это легкий и долговечный материал, который становится все более популярным для ремонта поврежденных дамб.
.jpg/1280px-Flame_Retardant_Research_-_LDH_materials_(16241017250).jpg)