Els elastòmers de poliuretà són una classe important de materials polímers d'alt rendiment. Amb les seves propietats físiques i químiques úniques i un excel·lent rendiment integral, ocupen una posició important a la indústria moderna. Aquests materials s'utilitzen àmpliament en molts camps de fabricació de gamma alta, com ara aeroespacial, automòbils de gamma alta, maquinària de precisió, equips electrònics i dispositius mèdics, a causa de la seva bona elasticitat, resistència al desgast, resistència a la corrosió i flexibilitat de processament. Amb l'avenç de la ciència i la tecnologia i la millora contínua dels requisits de rendiment dels materials a la indústria manufacturera, el disseny d'alt rendiment dels elastòmers de poliuretà s'ha convertit en un factor clau per millorar el seu valor d'aplicació. A la indústria de fabricació de gamma alta, els requisits de rendiment dels materials són cada cop més estrictes. Com a material d'alt rendiment, el disseny i l'aplicació dels elastòmers de poliuretà han de complir unes normes tècniques específiques. L'aplicació d'elastòmers de poliuretà en la fabricació de gamma alta també s'enfronta a molts reptes, com ara el control de costos, la implementació tècnica i l'acceptació del mercat. Tanmateix, amb els seus avantatges de rendiment, els elastòmers de poliuretà han jugat un paper important en la millora del rendiment i la competitivitat dels productes de fabricació. Mitjançant una investigació en profunditat sobre aquests camps d'aplicació, pot proporcionar un fort suport per optimitzar encara més el disseny de materials i ampliar les aplicacions.

 

Disseny d'alt rendiment d'elastòmers de poliuretà

 

Composició del material i requisits de rendiment

Els elastòmers de poliuretà són una classe de materials polímers amb un rendiment excel·lent. Es componen principalment de dos components bàsics: polièter i isocianat. La selecció i proporció d'aquests components tenen un impacte significatiu en el rendiment del material final. El polièter sol ser el segment tou principal dels elastòmers de poliuretà. La seva estructura molecular conté grups poliols, que poden proporcionar una bona elasticitat i flexibilitat. L'isocianat, com a component principal del segment dur, s'encarrega de reaccionar amb el polièter per formar cadenes de poliuretà, millorant la força i la resistència al desgast del material. Els diferents tipus de polièters i isocianats tenen propietats químiques i físiques diferents. Per tant, en el disseny d'elastòmers de poliuretà, és necessari seleccionar i proporció raonablement aquests components segons els requisits de l'aplicació per aconseguir els indicadors de rendiment requerits. Pel que fa als requisits de rendiment, els elastòmers de poliuretà han de tenir diverses característiques clau: resistència al desgast, elasticitat, anti-envelliment, etc. La resistència al desgast fa referència al rendiment durador del material en condicions de fricció i desgast. Especialment quan s'utilitza en entorns de gran desgast, com ara sistemes de suspensió d'automòbils i equips industrials, una bona resistència al desgast pot allargar significativament la vida útil del producte. L'elasticitat és una de les propietats bàsiques dels elastòmers de poliuretà. Determina si el material pot tornar ràpidament a la seva forma original durant la deformació i la recuperació. S'utilitza àmpliament en segells i amortidors. L'anti-envelliment es refereix a la capacitat del material per mantenir el seu rendiment després d'un ús a llarg termini o exposició a entorns durs (com ara raigs ultraviolats, humitat, canvis de temperatura, etc.), assegurant que el material mantingui un rendiment estable en aplicacions pràctiques.

 

Estratègies de millora del disseny

El disseny d'alt rendiment dels elastòmers de poliuretà és un procés complex i delicat que requereix una consideració integral de múltiples estratègies de millora del disseny. L'optimització de l'estructura molecular és un pas clau per millorar el rendiment dels materials. Ajustant l'estructura de la cadena molecular del poliuretà, com ara augmentar el grau de reticulació, es pot millorar significativament la resistència mecànica i la resistència al desgast del material. L'augment del grau de reticulació permet que es formi una estructura de xarxa més estable entre les cadenes moleculars del material, millorant així la seva força i durabilitat generals. Per exemple, mitjançant l'ús de reactius de poliisocianat o la introducció d'agents de reticulació, es pot augmentar eficaçment el grau de reticulació i es pot optimitzar el rendiment del material. També és important l'optimització de la relació de components. La proporció de polièter i isocianat afecta directament l'elasticitat, la duresa i la resistència al desgast del material. En general, augmentar la proporció d'isocianat pot augmentar la duresa i la resistència al desgast del material, però pot reduir la seva elasticitat. Per tant, cal ajustar amb precisió la relació dels dos segons els requisits reals de l'aplicació per aconseguir el millor equilibri de rendiment. A més de l'optimització de l'estructura molecular i la relació de components, l'ús d'additius i agents de reforç també té un impacte significatiu en el rendiment del material. Els nanomaterials, com el nanosilici i el nanocarboni, poden millorar significativament el rendiment integral dels elastòmers de poliuretà. Els nanomaterials milloren les propietats mecàniques i la resistència ambiental dels materials augmentant la seva resistència, resistència al desgast i resistència a l'envelliment.

 

 

Millora del procés de preparació

La millora del procés de preparació és una de les maneres importants de millorar el rendiment dels elastòmers de poliuretà. Els avenços en la tecnologia de síntesi de polímers han tingut un impacte significatiu en la preparació d'elastòmers de poliuretà. Els mètodes moderns de síntesi de polímers, com ara l'emmotllament per injecció de reacció (RIM) i la tecnologia de polimerització d'alta pressió, poden aconseguir un control més precís durant el procés de síntesi, optimitzant així l'estructura molecular i el rendiment del material. La tecnologia d'emmotllament per injecció de reacció pot millorar significativament l'eficiència de la producció i aconseguir una millor uniformitat i consistència del material durant el procés d'emmotllament barrejant ràpidament polièter i isocianat a alta pressió i injectant-los al motlle. La tecnologia de polimerització d'alta pressió pot millorar la densitat i la resistència del material i millorar la seva resistència al desgast i la resistència a l'envelliment mitjançant la realització de reaccions de polimerització a alta pressió. La millora de la tecnologia d'emmotllament i processament també és un factor clau per millorar el rendiment dels elastòmers de poliuretà. Els processos tradicionals d'emmotllament de premsa en calent s'han substituït gradualment per tecnologies d'emmotllament per injecció i extrusió més avançades. Aquests nous processos no només poden millorar l'eficiència de la producció, sinó que també poden aconseguir un control més precís durant el procés d'emmotllament per garantir la qualitat i el rendiment del material. La tecnologia d'emmotllament per injecció pot aconseguir un modelat precís de formes complexes i reduir els residus de material escalfant les matèries primeres de poliuretà a un estat fos i injectant-les al motlle. La tecnologia d'emmotllament per extrusió escalfa i força el material de poliuretà fora de l'extrusora, formant tires o tubs de material continu mitjançant el refredament i la solidificació. És adequat per a la producció a gran escala i el processament personalitzat.

 

Aplicació d'elastòmers de poliuretà en la fabricació d'alta gamma

 

Aeroespacial

En l'àmbit aeroespacial, els elastòmers de poliuretà s'utilitzen àmpliament en múltiples components clau, com ara segells i amortidors, a causa del seu excel·lent rendiment. La indústria aeroespacial té requisits extremadament exigents en el rendiment dels materials, que inclouen principalment resistència a altes temperatures, resistència a la fatiga, resistència a la corrosió química, resistència al desgast, etc. El rendiment superior dels elastòmers de poliuretà en aquests aspectes el converteix en un dels materials indispensables en el camp aeroespacial. Prengui les foques com a exemple. En el sistema de combustible dels vehicles aeroespacials, els segells han de mantenir un segellat efectiu en condicions extremes de temperatura i pressió. El sistema de combustible dels vehicles aeroespacials està sovint exposat a alta temperatura, alta pressió i mitjans corrosius. Per tant, els segells no només han de ser resistents a altes temperatures, sinó també a la corrosió química. Els elastòmers de poliuretà, especialment els poliuretans d'alt rendiment que s'han curat a altes temperatures, tenen una excel·lent resistència a les altes temperatures i poden suportar entorns de treball superiors als 300 °C. Al mateix temps, l'excel·lent elasticitat dels elastòmers de poliuretà els permet omplir eficaçment superfícies irregulars i garantir l'estabilitat i la fiabilitat dels segells en un ús a llarg termini. Per exemple, els segells utilitzats als transbordadors i estacions espacials de la NASA utilitzen elastòmers de poliuretà, que mostren un excel·lent rendiment de segellat i durabilitat en entorns extrems. Un altre són els amortidors. A l'aeronàutica, els amortidors s'utilitzen per reduir l'impacte de la vibració estructural i els xocs en components clau. Els elastòmers de poliuretà tenen un paper important en aquestes aplicacions. La seva excel·lent elasticitat i bona capacitat d'absorció d'energia els permeten amortir i reduir eficaçment les vibracions i els xocs, protegint així l'estructura i els equips electrònics de l'aeroespacial.

 

 Indústria de l'automoció de gamma alta

A la indústria de l'automòbil de gamma alta, l'aplicació d'elastòmers de poliuretà s'ha convertit en un factor clau per millorar el rendiment i el confort del vehicle. A causa del seu excel·lent rendiment integral, els elastòmers de poliuretà s'utilitzen àmpliament en múltiples components clau dels automòbils, inclosos els sistemes d'absorció de cops, segells, peces interiors, etc. Prenent com a exemple els amortidors del sistema de suspensió d'automòbils de gamma alta, l'aplicació d'elastòmers de poliuretà ha millorat significativament la comoditat de conducció i l'estabilitat de maneig del vehicle. En el sistema de suspensió, els elastòmers de poliuretà absorbeixen eficaçment l'impacte i la vibració a la carretera i redueixen la sacsejada de la carrosseria del vehicle gràcies a la seva excel·lent elasticitat i propietats d'absorció de cops. L'excel·lent elasticitat d'aquest material garanteix que el sistema de suspensió del vehicle pugui respondre ràpidament en diferents condicions de conducció i proporcionar una experiència de conducció més suau i còmoda. Especialment en models de luxe de gamma alta, els amortidors d'alt rendiment que utilitzen elastòmers de poliuretà poden millorar significativament la comoditat de conducció i complir els requisits per a una experiència de conducció d'alta qualitat. En els automòbils de gamma alta, el rendiment dels segells afecta directament l'aïllament acústic, l'aïllament tèrmic i el rendiment impermeable del vehicle. Els elastòmers de poliuretà s'utilitzen àmpliament en segells per a portes i finestres d'automòbils, compartiments de motor i carros de rodament a causa del seu excel·lent segellat i resistència a la intempèrie. Els fabricants d'automòbils de gamma alta utilitzen elastòmers de poliuretà com a segells de portes per millorar l'aïllament acústic del vehicle i reduir la intrusió del soroll extern.