Hoe de molecuulformule van een polyurethaan de productontwikkeling beïnvloedt

Polyurethanen zijn ongelooflijk veelzijdige plastic materialen die een belangrijke rol zijn gaan spelen in de producten die mensen dagelijks gebruiken. Polyurethanen werden in 1937 uitgevonden door Dr. Otto Bayer en werden voornamelijk gebruikt als vervanging voor rubber tijdens de Tweede Wereldoorlog. In de jaren vijftig en zestig werden polyurethaan gebruikt in elastomeren, kleefstoffen en flexibel dempend schuim.

Tegenwoordig is dit materiaal zo alomtegenwoordig dat het in bijna elk product in elke belangrijke industrie kan worden gevonden. Veelvoorkomende toepassingen zijn leren kleding, thermische isolatiesystemen, spoilers in auto's, operatiedoeken en nog veel meer.

Hoe is het mogelijk dat polyurethaan zoveel enorm verschillende vormen kan aannemen? Het komt allemaal neer op de chemische formule van polyurethaan. Dit is wat ingenieurs en productteams moeten weten over de verschillende soorten polyurethaan, waarom de formulering van polyurethaan belangrijk is en hoe de formulering van invloed kan zijn op hun uiteindelijke onderdelen.

Polyether vs. polyester — wat is het verschil?

Meestal zijn polyurethanen afgeleid van polyethers en polyesters. Beide hebben elastische eigenschappen, beide kunnen in elke hardheid worden gemaakt en beide hebben een verscheidenheid aan toepassingen in verschillende industrieën. Polyether en polyester zijn echter niet uitwisselbaar. Ingenieurs moeten zich vertrouwd maken met de belangrijkste verschillen tussen deze twee materialen om ervoor te zorgen dat ze de best passende polyurethaankunststof voor hun toepassing kiezen.

Polyester-polyurethanen worden gebruikt in zachtere urethanen (minder dan 90A durometer) en staan ​​bekend om hun sterke snij-, schuur-, scheur- en oplosmiddelbestendigheid. Ze zijn langer bestand tegen hogere temperaturen dan polyether-polyurethanen en hebben een hogere treksterkte. Polyester is ook een uitstekende keuze voor schokabsorptie en wordt veel gebruikt in toepassingen die trillingsdemping vereisen. Populaire toepassingen zijn onder meer rollen voor bankapparatuur, stootkussens en automatiseringsklemmen.

Polyester heeft echter zijn nadelen. Het materiaal is over het algemeen slecht bestand tegen vocht en wordt niet aanbevolen voor onderdelen die worden blootgesteld aan water of omgevingen met een hoge luchtvochtigheid. Hydrolyse zal de fysieke eigenschappen van het materiaal afbreken.

Polyether-polyurethanen daarentegen worden gebruikt in hardere urethanen (boven 90A durometer) en hebben de neiging om een ​​grotere vochtbestendigheid en meer dynamische eigenschappen te bieden dan polyester-polyurethanen. Dit materiaal heeft ook een betere terugvering, een betere flexibiliteit bij lage temperaturen en presteert beter bij toepassingen met hoge snelheden. De uitstekende mechanische eigenschappen maken het ook zeer geschikt voor onderdelen die middelmatige tot hoge spanning zullen ervaren.

Populaire toepassingen van polyether zijn onder meer skatewielen, liftwielen, walsen voor het vormen van plaatstaal en een verscheidenheid aan voedselveilige toepassingen. Hoewel polyether wordt gebruikt in hardere urethanen, is dit materiaal eigenlijk minder slijtvast dan polyester en scheurt het eerder. Er hangt over het algemeen ook een hoger prijskaartje aan.

Waarom polyurethaanformulering belangrijk is

Om te begrijpen waarom de formulering van polyurethaan zo belangrijk is, is het nuttig om de basisprincipes van de polyurethaanchemie te begrijpen. Polyurethanen ontstaan ​​door een chemische reactie tussen een polyol en een isocyanaat, waardoor een prepolymeer ontstaat. Dat prepolymeer wordt vervolgens verknoopt met een hardingsmiddel om polyurethaan te vormen. Deze chemische formule van polyurethaan lijkt misschien eenvoudig, maar er is veel ruimte voor complexiteit en variabiliteit.

Neem thermohardende polyurethanen als voorbeeld. Meestal zijn dit soort polyurethanen samengesteld uit TDI- of MDI-skeletten - die respectievelijk goede mechanische eigenschappen bieden bij hoge en lage temperaturen - gecombineerd met chemische ether- of esterbindingen. Ester-polyurethanen bevatten twee zuurstofatomen en twee koolstofatomen, terwijl ether-polyurethanen slechts één zuurstofatoom en twee koolstofatomen bevatten.

Elke unieke combinatie van deze ruggengraat en chemische bindingen zal het resulterende materiaal verschillende fysieke eigenschappen geven. Er zijn ook tientallen chemicaliën die kunnen worden gebruikt voor curatieven in polyurethanen, plus de mogelijkheid om curatieven en additieven te mengen om iets totaal nieuws te creëren.

Met al deze factoren in het spel, is het mogelijk om een ​​schijnbaar oneindige verscheidenheid aan formuleringen te creëren door kleine aanpassingen aan de chemische formule van polyurethaan aan te brengen. Daarom moeten ingenieurs en productteams alle aspecten van hun toekomstige polyurethaanplastic evalueren en vermijden om een ​​materiaal te kiezen op basis van een of twee criteria.

Als twee stuiterballen van polyurethaan dezelfde hardheid maar een verschillende chemische synthese hebben, kan de ene op de grond vallen terwijl de andere weer omhoog springt. Om ervoor te zorgen dat een laatste onderdeel precies werkt zoals het hoort, moeten ingenieurs en productteams tijdens het productontwikkelingsproces zorgvuldig rekening houden met de formulering van polyurethaan.

Laat Fast Radius uw gids voor de formulering van polyurethaan zijn

Kortom, polyesterpolyurethaan is beter geschikt voor formuleringen met een lagere durometer, toepassingen bij hoge temperaturen en onderdelen die schok- of trillingsabsorptie vereisen. Polyether-polyurethaan is beter voor formuleringen met een hogere durometer, toepassingen met hoge snelheid of hoge belasting en onderdelen die aan water worden blootgesteld.

Productteams en ingenieurs moeten de unieke chemische formuleringen van elk toekomstig polyurethaan evalueren om ervoor te zorgen dat hun uiteindelijke onderdelen de gewenste eigenschappen hebben en aan alle kritische vereisten voldoen. Werken met een ervaren productiepartner kan helpen.

Fast Radius kan productteams helpen bij het uitpakken van alle complexiteiten van de polyurethaanformulering, zodat ze het juiste polyurethaanplastic kunnen selecteren voor hun specifieke gebruikssituatie. Ons getalenteerde team van ontwerpers, adviseurs en ingenieurs weet hoe belangrijk materiaalkeuze is en kan helpen om een ​​project op de juiste manier op gang te brengen. Neem vandaag nog contact met ons op om aan de slag te gaan en meer te weten te komen over de diensten die we aanbieden.

Bekijk voor andere materiaaloverzichten en meer branche-inzichten onze recente artikelen in het Fast Radius-leercentrum.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?