Osa 3 meie sarjast “Materjalide maailm”: Termoplastiline polüuretaan loob silla kummi ja plastiku vahele
Schwalmstadti Freudenberg Sealing Technologies’i (FST) arendaja dr Jürgen Hieber soovib kohe alguses selgeks teha ühe asja: “Me ei räägi tavalisest polüuretaanist, mida kasutatakse näiteks madratsite vahtpolüürina. Freudenbergis töötame termoplastilise polüuretaaniga ehk lühidalt TPU-ga.”
TPU on hübriidmaterjal, mis ühendab kummi ja plastiku omadused. “Meie Jaapani kolleegidele meeldib seda nimetada raudkummiks. Meie materjal on elastselt veniv nagu kummi, kuid on – sümboolselt – sama stabiilne kui raud.” See tohutu tugevus teeb TPU-st esimese valiku tihendusmaterjaliks, kui valitseb suur rõhk. Näiteks hüdraulikas.
Täielikult koormatud ekskavaatorilabade manööverdamine
TPU klassikaline rakendus on silindrid, mis tagavad, et ekskavaatorilabasid saab ohutult manööverdada isegi täislastis ja täielikult välja tõmmatud kujul. Nendes silindrites kasutatakse TPU-st valmistatud vardatihendeid, kolbtihendeid ja puhasti. Need peavad vastu pidama kuni 400 baarini ulatuvale survele. Võrdluseks: auto rehvirõhk on vahemikus 2-3 baari. TPU tihendid on nõutud ka muudes ehitusmasinates, samuti põllumajandusmasinates, tööpinkidel ja löökpuurides.
Schwalmstadti tehas on FST TPU tippkeskus. “Me toodame oma TPU-d ise ja kasutame regulaarselt umbes 50 erinevat TPU-materjali,” selgitab dr Hieber ja lisab: “Meie teadmised seisnevad õigete toorainete valimises ja nende kombineerimises õiges koguses, et saavutada soovitud omadused.” TPU puhul on see vaevalt et erinev kummist.
TPU tootmine toimub aga hoopis teistmoodi, suurtes reaktorites, nagu neid kasutatakse keemiatööstuses. Selle keemilise reaktsiooni tehniline termin on polümerisatsioon. Polüoolid, isotsüanaadid, ahelapikendajad, värvained, superplastifikaatorid ja stabilisaatorid reageerivad, et moodustada pikkade ahelatega molekule, mida nimetatakse polümeerideks. Üks tulevikutemaatika on TPU tootmine biopõhisest toorainest.
Laastukoti efekt
TPU ei ole mitte ainult eriti survekindel. See on äärmiselt vastupidav osoonile ja peab vastu ka mineraalhüdrauliliste keskkondade koormustele. Lisaks vastupidavusele ja kulumiskindlusele on TPU pikkade plusside nimekirjas ka rebenemiskindlus. “Mulle meeldib rebenemiskindlust seletada kiibikoti efektiga. Krõpsukotti on alguses sageli raske avada, see nõuab jõudu. Aga kui kott on kord lahti rebitud, rebeneb see väga kiiresti uuesti lahti. Kuid mitte TPU puhul. Kui see on kahjustatud või lõigatud, ei rebene see enam edasi. See tagab pika kasutusaja.” Kõrgetel temperatuuridel jõuab “rauakumm” aga oma jõudluse piiridesse. 120 kraadi Celsiuse juures on see tavaliselt läbi.
Positiivne aspekt jätkusuutlikkuse seisukohalt: toorikuid saab sisse sulatada ja TPU-ga ümber granuleerida, st taaskasutada. See ei ole võimalik kummi puhul.
Rullimine tihendamise asemel
Kahekomponentne side metalli või muude plastidega on TPU abil võimalik ka väljaspool klassikalisi tihendusrakendusi. Nn tekstureerimiskettad on äärmiselt huvitav rakendusvaldkond. Tekstureerimine on sünteetiliste kiudude viimistlusprotsess tekstiilitööstuses. Selles protsessis juhitakse siledaid sünteetilisi kiudniite, mis meenutavad õngejada, tohutu kiirusega üle kiiresti pöörlevate, kindla pinnaga ketaste. Need karestavad tekstureerimiskettad annavad niidile vastavate omadustega koheva puuvillalaadse struktuuri. FST tarnib nende hõõrdeketaste maailma juhtivale tootjale kahekomponentse lahenduse: Schwalmstadti juhtimiskeskus kannab TPU-katet ümber ümmarguse plastist kandevosa. Mõlemad komponendid lukustuvad omavahel puhtmehaaniliselt.
TPU PTFE asemel?
TPU tulevikuga seoses on mõeldavad edasised rakendused “ketaste ja rullide” turuniššis. Täiendav lähtepunkt homseks ja ülehomme on kõrgekvaliteedilise materjali PTFE asendamine TPU-ga. PTFE on üks raskesti lagunevatest “igikestvatest kemikaalidest” (PFAS), millele seadusandjad rahvusvahelisel tasandil on pööranud kriitilise pilgu. “PTFE-l on ainulaadsed temperatuuri- ja meediakindlusega seotud omadused, mida TPU ei suuda täita. Siiski on PTFE-d sageli kasutatud balloonides kohtades, kus selle kõrge jõudlus ei ole nõutav. TPU-ga pakume siinkohal usaldusväärset alternatiivi,” vaatab Hieber tulevikku.
Värviaktsendid
A-tihend on (tahma)must? Mitte alati laiadel aladel! TPU on näiteks helebeeži värvi. Nagu kõik termoplastid, saab seda kergesti värvida. Näiteks Freudenbergi siniseks. Ühest küljest esindab see värvus ettevõtet. Teisest küljest on sinine värv väga populaarne toidutöötlemismasinate puhul. Sest: ükski toit ei ole sinine. Tihendusmaterjalist tahtmatult vabanenud osakestele jääks kohe silma.
