Полиуретаны — наиболее универсальные материалы, доступные в практическом использовании. Области применения полиуретановых эластомеров и типы изделий определяются уникальным комплексом физико-химических свойств, предоставляемых нашими материалами – от мягких резин до конструкционных пластиков. Более высокая стоимость изделий из литьевых полиуретанов компенсируется в итоге сокращением простоев оборудования и издержек на его ремонт, создавая, таким образом, значительную экономию. Изделия из литьевых полиуретанов служат гораздо дольше, чем их аналоги из любых других материалов, они прочны, износостойки. Существует ряд применений, где полиуретаны представляются единственно приемлемыми материалами.
Полиуретановые изделия производятся методом свободного литья, не требующего, в отличие от термопластов и резин, сложных и дорогостоящих литьевых форм. Эта особенность в сочетании с доступностью различных видов механической обработки позволяет оперативно и недорого решать проблему изготовления мелкосерийных и штучных изделий, включая импортозамещение. Поэтому полиуретановые технологии представляют большой интерес для оперативного производства комплектующих при выполнении ремонтных работ различного рода во всех отраслях промышленности.

Преимущества изделий из полиуретанов перед резиновыми смесями:

  • Высокая абразивная стойкость
  • Высокая прочность на разрыв, стойкость к рубящим ударам
  • Способность противостоять более высоким нагрузкам
  • Более широкий диапазон твердости — от 30 Шор А до 80 Шор Д
  • Высокая устойчивость к распространению надрезов
  • Высокая устойчивость к атмосферным воздействиям – озону, кислороду, влаге, ультрафиолетовой радиации, нагреву
  • Низкий коэффициент трения для твердых сортов. Например, по экспериментальным данным, пара полиуретан-резина имеет коэфициент трения — 0,35, в то же время по сравнению с парой трения резина-резина 0,5-0,6 и, следовательно, имеем значительно меньший износ материала.
  • Длительное сохранение рабочих размеров
  • Возможность практически всех видов механической обработки
  • Нет налипания сыпучих сред

Резина — относительно дешевый и широко доступный материал, но выбор полиуретанов  основан на существенных эксплуатационных и технологических преимуществах, которыми полиуретаны отличаются от других эластомеров, например:

  • износостойкость полиуретанов на порядок превышает износостойкость резин;
  • прочностные характеристики полиуретанов выше, чем у большинства эластомеров;
  • полиуретаны практически не  подвержены старению и не меняют своих характеристик в течение всего срока службы;
  • прочность связи полиуретан-металл значительно выше, чем в аналогичных резинометаллических соединениях.

 Детали из резины      

 Детали из полиуретана

  •  Добавление натуральных компонентов, придающих эластичность, сокращает срок службы резины;
  • Неоднородный состав компонентов;
  • Резиновые детали начинают терять свои основные свойства сразу же после производства, становятся все более жесткими при хранении, растрескиваясь снаружи и размягчаясь внутри при эксплуатации, утрачивая свое основное свойство — гибкость и упругость;
  • Неблагоприятные погодные факторы и условия эксплуатации интенсивно разрушают резину: высокие и низкие температуры, озон и ультрафиолетовое излучение, топливо и масла.
  • Полностью синтетический полимер с проектируемыми физико-механическими свойствами;
  • Однородный состав компонентов;
  • Полиуретаны мало продвержены старению, имеют низкую температуру стеклования и высокую стойкость к воздействию окружающей среды;
  • Полиуретаны устойчивы к воздействию растворителей и химикатов, к неблагоприятным природным условиям;
  • Полиуретаны являются одним из наиболее стойких к абразивному износу, обладают устойчивостью к большинству органических растворителей, к озону и ультрафиолетовым лучам, морской воде, стойкостью к высоким температурам до  +120 °С, морозостойкостью до -70 °С.

 

Одним из основных факторов снижающих долговечность, и приводящие к выходу из строя деталей и узлов, это воздействия корозионно-активных сред и абразивного износа.

Усилие, приложенное к полиуретанам, растет с увеличением жесткости полиуретанов. Поэтому, большое значение имеет морозостойкость материала, или температура “стеклования”, которая растет при понижении температуры. Резина российского производства, используемая в отечественном автомобилестроение (сайлентблоки) имеет “максимально” рекомендуемое значение морозостойкости -40 °С.

По данным фирмы Engineered Plastic Solution Inc., применение в качестве материала покрытий полиуретанов позволяет увеличить максимальную нагрузку на изделие до 4-х раз, и устойчивость к воздействию абразивного износа до 10 раз по сравнению с резиной. Полиуретаны являются одним из наиболее стойких к абразивному износу материалов, так потеря массы полиуретановой пластины при абразивном износе (окись алюминия, угол 60°) составляет 0,05 % от веса за 60 минут, в то время как для закаленной стали более 0,5 %  за 13 минут.

Сравнение физико-механических свойств резины и полиуретана

Наименование физико-механического показателя

 Резина***

СКУ-7Л

Твердость по Шору, шкала А

 60-65

 69-70

Модуль упругости при 100%, МПа

 12

 29

Модуль упругости при 300%, МПа

 не выдерживает

 67

Предел прочности при разрыве, кг/см2

 115

 312

 Удлинение при разрыве, %

 300

 523

 Сопротивление раздиру, метод С, Н/мм
 Изменение массы при воздействии агрессивной среды СЖР-7, %

 +35

 +58

 Температурный предел хрупкости, °С

 от +50 до -30

 от +120 до -70

 Коэффициент морозостойкости по эластичному восстановлению после сжатия, при -50 °С

 0,2

 0,45

 Ударная вязкость, %

 *

 42

 Абразивная стойкость, Шабер Н.22. Весовой износ в мгр. за 1000 циклов при нагрузке 1 кг.

 *

 11

 * нет данных
 ** полиуретан марки QA965
 *** марка резины ИТР-1357 используется в отечественной автопромышленности для изготовления сайлентблоков

Полиуретан и резина имеют похожие свойства и применения, но современный эластомер имеет преимущества:

  • Полиуретановые изделия способны выдержать большие нагрузки на разрыв и большую устойчивость на истирание.
  • В отличии от резины, к полиуретану меньше прилипает грязь.
  • В составе полиуретана нет вредных наполнителей, при использовании цветных полиуретанов они не оставляют следов на контактных поверхностях.
  • Полиуретан имеет свойства быстро восстанавливать первоначальную форму (не термопластичен) и имеет высокую эластичность.
  • Высокая эластичность позволяет изготавливать пружины малых размеров и хорошей упругости.
  • Устойчивость к действию жиров и масел позволяет использование изделия из полиуретана в качестве направляющих вальцов, контактирующих с маслами, в то время как многие типы резин быстро выходят из строя.
  • Полиуретан менее поддается процессу старения.

Преимущества изделий из полиуретанов перед металлическими поверхностями:

  • Выше соотношение стоимость/долговечность
  • Более низкий вес
  • Упругость, эластичность
  • Высокая стойкость к абразивному износу
  • Более дешевая подготовка производства
  • Меньше системный шум работающих механизмов
  • Сокращение затрат на обслуживание и ремонт оборудования
  • Не проводят электрический ток

Сравнение полиуретана с металлами по износостойкости

Материал

Средняя интенсивность изнашивания

Износостойкость, Е, 1·10, м/мм

по массе Им, 1·10-10 , г/м·мм2

Линейная, Ил 1·10 -7 , м/мм

Пшеница

Сталь Ст.3 (контроль)

1,28

0,16

6,25

ПНД 273-79

3,28

3,38

0,29

ПВД 10203-003

15,51

16,91

0,06

Компонор РЕЗ-03

2,06

1,72

0,58

Полиуретан

“СКУ ПФЛ-100″

0,02

0,02

59,62

Полиуретан

“СКУ ПФЛ-Ч”

0,02

0,02

55,13

ПНД 276-73

11,42

11,90

0,08

ВМПЭ+ПЭНД

5,41

5,69

0,18

Полипропилен

1,31

1,44

0,69

Рис-зерно

Сталь Ст.3 (контроль)

11,11

1,43

0,70

Компонор РЕЗ-03

10,63

8,85

0,11

Полиуретан

“СКУ ПФЛ-100″

0,31

0,28

3,97

Полиуретан

“СКУ ПФЛ-Ч”

0,11

0,19

6,24

 Преимущества изделий из полиуретанов перед пластиками:

Устойчивость к высоким механическим нагрузкам
Упругая деформация
Высокая абразивная стойкость
Снижение уровня шума работающих механизмов
Регулируемый коэффициент трения
Легкость формирования толстых слоев
Низкая стоимость подготовки производства
Эластичность при низких температурах
Устойчивость к холодному течению
Не раскалываются при ударных нагрузках

Характеристики полиуретана

Высокая абразивная устойчивость. Благодаря этому свойству полиуретаны стали известны в технике. Изделия из полиуретанов до 50 раз долговечнее резин, пластиков, в некоторых применениях — цветных и черных металлов. Эта долговечность часто означает, что полиуретановые детали могут быть сделаны с меньшим по весу количеством материала, требовать меньше затрат на обслуживание, создавая в итоге значительную экономию средств.
Твердость по Шору в диапазоне 30-95 единиц . Полиуретан — один из самых жестких, наиболее абразионно-стойких эластомеров, не подверженных разлому под нагрузками
Высокая прочность на разрыв и сопротивление распространению надрезов, устойчивость к воздействию рубящих ударов. Изделия из полиуретанов сохраняют форму и механические свойства после приложения циклических нагрузок.
Высокая эластичность. Изделия из полиуретанов хорошо противостоят многократным изгибам без разрушения. Высокая прочность полиуретанов позволяет использовать их в тонких слоях для повышения эластичности в динамических применениях.
Коэффициент трения. Полиуретаны могут быть изготовлены с коэффициентом трения от очень низкого, подобно втулкам, подшипникам или сменным вкладышам, до очень высокого, подобно шинам или валам. Естественная смазывающая способность полиуретанов позволяет их использование с другими движущимися частями без смазок.
Температурный диапазон эксплуатации изделий от -50 до +80ºС, кратковременно до +100ºС. Полиуретаны остаются гибкими при очень низких температурах и обладают выдающимся сопротивлением тепловому удару.
Высокая упругость и эластичность в широком диапазоне твердости, сопротивление многократным деформациям и изгибам без разлома. Удлинение до 650%.
Низкая остаточная деформация при снятии нагрузки. Полиуретаны имеют высокую допустимую нагрузку на сдвиг.
Хорошая адгезия к большинству материалов. Возможность изготовления армированных деталей.
Хорошая химическая стойкость к маслам, нефти, органическим растворителям.
Прекрасная устойчивость к неблагоприятным атмосферным воздействиям — влаге, озону, ультрафиолетовой радиации, микроорганизмам, комбинированному воздействию трения и коррозионных сред.

Использование полиуретанов позволяет уменьшить вес изделия до 50 %, снизить уровень вибраций и системного шума работающих механизмов в сравнении с металлами.
Большинство полиуретанов — превосходные электрические изоляторы.

Физические свойства разных марок полиуретана

 QA 945

QA 950

СКУ-7Л

СКУ-7Л

СКУ-7Л

 СКУ-7Л

ПФЛ-100

 ПФЛ-100

 ПФЛ-100

Твердость по Шору, шкала А

45

50

60

65

70

80

85

90

95

Ударная вязкость, %

5

60

50

40

38

36

35

34

30

Модуль упругости при растяжении 100%, кг/см2

11

14

20

25

30

40

60

85

100

Модуль упругости при растяжении 300%, кг/см2

18

25

35

50

70

90

130

145

150

Прочность при растяжении, кг/см2

150

200

275

350

375

400

425

510

450

Удлинение при разрыве, %

700

650

575

550

520

500

480

560

450

Сопротивление раздиру, кг/см2

25

30

40

50

55

60

65

107

80

Абразивная стойкость

10

10

10

10

10

20

20

25

25