3. díl seriálu „Svět materiálů“: Termoplastický polyuretan tvoří most mezi gumou a plastem
Dr. Jürgen Hieber, vývojář ve společnosti Freudenberg Sealing Technologies (FST) ve Schwalmstadtu, chce hned na začátku rozhovoru objasnit jednu věc: „Nemluvíme o běžném polyuretanu, který se používá například jako pěna do matrací. Ve společnosti Freudenberg pracujeme s termoplastickým polyuretanem, zkráceně TPU.“
Tento TPU je hybridní materiál, který kombinuje vlastnosti pryže a plastu. „Naši japonští kolegové mu rádi říkají železná guma. Náš materiál má pružnost a roztažnost gumy, ale je – symbolicky – stabilní jako železo.“ Díky této obrovské pevnosti je TPU první volbou jako těsnicí materiál v případech, kdy převládají vysoké tlaky. Například v hydraulice.
Manévrování s plně naloženými rýpadly
Klasickou aplikací pro TPU jsou válce, které zajišťují bezpečné manévrování s plně naloženými a vysunutými rýpadly. V těchto válcích se používají těsnění tyčí, těsnění pístů a stěrače vyrobené z TPU. Musí odolávat tlaku až 400 barů. Pro srovnání: tlak v pneumatikách automobilu se pohybuje mezi 2 a 3 bary. Těsnění z TPU jsou žádaná i v dalších stavebních strojích a také v zemědělských strojích, obráběcích strojích a příklepových vrtačkách.
Závod ve Schwalmstadtu je centrem excelence společnosti FST v oblasti TPU. „TPU si vyrábíme sami a běžně používáme přibližně 50 různých materiálů TPU,“ vysvětluje Dr. Hieber a dodává: „Naše odborné znalosti spočívají ve výběru správných surovin a jejich kombinaci ve správném množství pro dosažení požadovaných vlastností.“ U TPU se to téměř neliší od gumy.
Výroba TPU však probíhá zcela jiným způsobem, ve velkých reaktorech, jaké se používají v chemickém průmyslu. Odborný termín pro tuto chemickou reakci je polymerace. Polyoly, izokyanáty, prodlužovače řetězců, barviva, superplastikátory a stabilizátory reagují za vzniku molekul s dlouhými řetězci, tzv. polymerů. Jedním z témat budoucnosti je výroba TPU z biologických surovin.
Efekt antichip bag
TPU je nejen mimořádně odolný vůči tlaku. Je mimořádně odolný vůči ozónu a snese i zatížení minerálními hydraulickými médii. Kromě trvanlivosti a odolnosti proti opotřebení je na dlouhém seznamu plusových bodů TPU také odolnost proti šíření trhlin. „Odolnost proti šíření trhlin rád vysvětluji pomocí efektu pytlíku na třísky. Sáček s chipsy se často zpočátku špatně otevírá, chce to sílu. Ale jakmile se sáček roztrhne, velmi rychle se znovu roztrhne. Ne však v případě TPU. Pokud je poškozen nebo rozříznut, dále se netrhá. Tím je zajištěna dlouhá životnost.“ Při vysokých teplotách však „železná guma“ dosahuje svých výkonnostních limitů. Při 120 stupních Celsia je obvykle konec.
Pozitivní aspekt z hlediska udržitelnosti: vtoky lze roztavit a regranulovat, tj. znovu použít, s TPU. To u pryže není možné.
Válcování namísto těsnění
S TPU je možné také dvousložkové spojení s kovem nebo jinými plasty – a to i mimo klasické těsnicí aplikace. Mimořádně zajímavou oblastí použití jsou takzvané texturovací disky. Texturování je dokončovací proces pro syntetická vlákna v textilním průmyslu. Při tomto procesu jsou hladká vlákna syntetických vláken připomínající rybářské vlasce vedena obrovskou rychlostí po rychle rotujících běžících discích s definovaným povrchem. Tyto zdrsňující texturovací kotouče dodávají vláknům nadýchanou strukturu podobnou bavlně s odpovídajícími vlastnostmi. Společnost FST dodává přednímu světovému výrobci těchto třecích kotoučů dvousložkové řešení: vedoucí středisko ve Schwalmstadtu nanáší povlak TPU po celém obvodu kruhového plastového nosného dílu. Obě složky se vzájemně propojují čistě mechanicky.
TPU místo PTFE?
Pokud jde o budoucnost TPU, lze si představit další aplikace v tržní nice „disky a válečky“. Dalším východiskem pro zítřek a pozítří je nahrazení špičkového materiálu PTFE materiálem TPU. PTFE je jednou z „věčných chemikálií“ (PFAS), které se obtížně odbourávají a na které zákonodárci na mezinárodní úrovni upírají kritický pohled. „PTFE má jedinečné vlastnosti, pokud jde o odolnost vůči teplotám a médiím, které TPU nemůže splnit. PTFE se však často používal v lahvích tam, kde se jeho vysoká výkonnost nevyžaduje. S TPU zde nabízíme spolehlivou alternativu,“ říká Hieber a dívá se dopředu.
Barevné akcenty
Těsnění A je černé (saze)? Ne vždy, ani zdaleka ne! Například TPU má světle béžovou barvu. Stejně jako všechny termoplasty jej lze snadno obarvit. Například v modré barvě Freudenberg. Na jedné straně tato barva reprezentuje společnost. Na druhé straně je modrá barva velmi oblíbená u strojů na zpracování potravin. Protože: žádná potravina není modrá. Nechtěně uvolněná částice z těsnicího materiálu by okamžitě upoutala pozornost.
