Wie sich die Molekularformel eines Polyurethans auf die Produktentwicklung auswirkt

Polyurethane sind unglaublich vielseitige Kunststoffmaterialien, die in den Produkten des täglichen Gebrauchs eine große Rolle spielen. Polyurethane wurden 1937 von Dr. Otto Bayer erfunden und während des Zweiten Weltkriegs hauptsächlich als Ersatz für Gummi verwendet. In den 1950er und 60er Jahren wurden Polyurethane in Elastomeren, Klebstoffen und flexiblen Polsterschäumen verwendet.

Heutzutage ist dieses Material so allgegenwärtig, dass es in fast jedem Produkt in jeder wichtigen Industrie zu finden ist. Häufige Anwendungen sind Lederbekleidung, Wärmedämmsysteme, Spoiler in Autos, OP-Abdeckungen und vieles mehr.

Wie ist es möglich, dass Polyurethane so viele verschiedene Formen annehmen können? Es läuft alles auf die chemische Formel des Polyurethans hinaus. Hier ist, was Ingenieure und Produktteams über die verschiedenen Arten von Polyurethanen wissen sollten, warum die Polyurethan-Formulierung wichtig ist und wie sich die Formulierung auf ihre endgültigen Teile auswirken kann.

Polyether vs. Polyester – was ist der Unterschied?

Am häufigsten werden Polyurethane von Polyethern und Polyestern abgeleitet. Beide haben elastische Eigenschaften, beide können in jeder Härte hergestellt werden und beide haben eine Vielzahl von Anwendungen in allen Branchen. Polyether und Polyester sind jedoch nicht austauschbar. Ingenieure sollten sich mit den Hauptunterschieden zwischen diesen beiden Materialien vertraut machen, um sicherzustellen, dass sie den am besten geeigneten Polyurethan-Kunststoff für ihre Anwendung auswählen.

Polyester-Polyurethane werden in weicheren Urethanen (unter 90 A Durometer) verwendet und sind bekannt für ihre starke Schnitt-, Abrieb-, Reiß- und Lösungsmittelbeständigkeit. Sie halten höheren Temperaturen länger stand als Polyether-Polyurethane und haben eine höhere Zugfestigkeit. Polyester ist auch eine ausgezeichnete Wahl für die Stoßdämpfung und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine Schwingungsdämpfung erfordern. Zu den beliebten Anwendungen gehören Walzen für Bankgeräte, Stoßfängerpolster und Automatisierungsklemmen.

Polyester hat jedoch seine Nachteile. Das Material hat im Allgemeinen eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und wird nicht für Teile empfohlen, die Wasser oder Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind. Die Hydrolyse zerstört die physikalischen Eigenschaften des Materials.

Andererseits werden Polyether-Polyurethane in härteren Urethanen (über 90 A Durometer) verwendet und bieten tendenziell eine größere Feuchtigkeitsbeständigkeit und dynamischere Eigenschaften als Polyester-Polyurethane. Dieses Material hat auch einen besseren Rückprall, eine bessere Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und eine bessere Leistung bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften eignet es sich auch gut für Teile mit mittlerer bis hoher Beanspruchung.

Beliebte Anwendungen von Polyether sind Schlittschuhräder, Aufzugsräder, Walzen für die Blechumformung und eine Vielzahl von lebensmittelechten Anwendungen. Obwohl Polyether in härteren Urethanen verwendet wird, bietet dieses Material tatsächlich eine geringere Abriebfestigkeit als Polyester und reißt eher. Es ist im Allgemeinen auch zu einem höheren Preis erhältlich.

Warum die Polyurethanformulierung wichtig ist

Um zu verstehen, warum die Polyurethanformulierung so wichtig ist, ist es hilfreich, die Grundlagen der Polyurethanchemie zu verstehen. Polyurethane entstehen durch eine chemische Reaktion zwischen einem Polyol und einem Isocyanat, wodurch ein Präpolymer entsteht. Dieses Präpolymer wird dann mit einem Härtungsmittel vernetzt, um Polyurethan zu bilden. Diese chemische Polyurethanformel mag einfach erscheinen, aber es gibt viel Raum für Komplexität und Variabilität.

Nehmen Sie als Beispiel duroplastische Polyurethane. Typischerweise bestehen diese Arten von Polyurethanen aus TDI- oder MDI-Grundgerüsten – die jeweils gute mechanische Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen bieten – kombiniert mit chemischen Ether- oder Esterbindungen. Ester-Polyurethane enthalten zwei Sauerstoffatome und zwei Kohlenstoffatome, während Ether-Polyurethane nur ein Sauerstoffatom und zwei Kohlenstoffatome enthalten.

Jede einzigartige Kombination dieser Grundgerüste und chemischen Bindungen verleiht dem resultierenden Material unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Es gibt auch Dutzende von Chemikalien, die als Härter in Polyurethanen verwendet werden können, sowie die Möglichkeit, Härter und Additive zu mischen, um etwas völlig Neues zu schaffen.

Mit all diesen Faktoren im Spiel ist es möglich, eine scheinbar unendliche Vielfalt an Formulierungen zu erstellen, indem kleine Anpassungen an der chemischen Formel des Polyurethans vorgenommen werden. Aus diesem Grund müssen Ingenieure und Produktteams alle Aspekte ihres potenziellen Polyurethan-Kunststoffs bewerten und vermeiden, ein Material auf der Grundlage von ein oder zwei Kriterien auszuwählen.

Wenn zwei Polyurethan-Hüpfbälle die gleiche Härte, aber unterschiedliche chemische Synthese haben, könnte einer zu Boden fallen, während der andere wieder aufspringen könnte. Um sicherzustellen, dass ein fertiges Teil genau so funktioniert, wie es sollte, müssen Ingenieure und Produktteams die Polyurethanformulierung während des Produktentwicklungsprozesses sorgfältig berücksichtigen.

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Polyester-Polyurethane besser geeignet sind für Formulierungen mit geringerer Härte, Hochtemperaturanwendungen und Teile, die Stoß- oder Vibrationsdämpfung erfordern. Polyether-Polyurethane eignen sich besser für Formulierungen mit höherer Härte, Hochgeschwindigkeits- oder Hochbelastungsanwendungen und Teile, die Wasser ausgesetzt sind.

Produktteams und Ingenieure müssen die einzigartigen chemischen Formulierungen aller potenziellen Polyurethane bewerten, um sicherzustellen, dass ihre endgültigen Teile die gewünschten Eigenschaften haben und alle kritischen Anforderungen erfüllen. Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Fertigungspartner kann hilfreich sein.

Fast Radius kann Produktteams dabei helfen, alle Komplexitäten der Polyurethan-Formulierung zu entschlüsseln, damit sie den richtigen Polyurethan-Kunststoff für ihren spezifischen Anwendungsfall auswählen können. Unser talentiertes Team aus Designern, Beratern und Ingenieuren weiß, wie wichtig die Materialauswahl ist, und kann helfen, ein Projekt richtig zu starten. Kontaktieren Sie uns noch heute, um loszulegen und mehr über die von uns angebotenen Dienstleistungen zu erfahren.

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