Część 3 naszej serii „Świat materiałów”: Termoplastyczny poliuretan tworzy pomost między gumą a tworzywem sztucznym
Dr Jürgen Hieber, programista w Freudenberg Sealing Technologies (FST) w Schwalmstadt, chce wyjaśnić jedną rzecz na samym początku rozmowy: „Nie mówimy o zwykłym poliuretanie, takim jak pianka stosowana w materacach. We Freudenberg pracujemy z termoplastycznym poliuretanem, w skrócie TPU”.
TPU to hybrydowy materiał, który łączy w sobie właściwości gumy i plastiku. „Nasi japońscy koledzy lubią nazywać go żelazną gumą. Nasz materiał ma elastyczność i rozciągliwość gumy, ale jest – symbolicznie – tak stabilny jak żelazo”. Ta ogromna wytrzymałość sprawia, że TPU jest pierwszym wyborem jako materiał uszczelniający, gdy panuje wysokie ciśnienie. Na przykład w hydraulice.
Manewrowanie w pełni załadowanymi koparkami
Klasycznym zastosowaniem TPU są siłowniki zapewniające bezpieczne manewrowanie koparkami nawet przy pełnym obciążeniu i całkowitym wysunięciu. W siłownikach tych stosowane są uszczelki tłoczyska, uszczelki tłoka i wycieraczki wykonane z TPU. Muszą one wytrzymywać ciśnienie do 400 barów. Dla porównania: ciśnienie w oponach samochodowych wynosi od 2 do 3 barów. Uszczelki TPU są również popularne w innych maszynach budowlanych, a także w maszynach rolniczych, obrabiarkach i wiertarkach udarowych.
Zakład w Schwalmstadt jest centrum doskonałości TPU firmy FST. „Sami produkujemy nasze TPU i mamy około 50 różnych materiałów TPU w regularnym użyciu”, wyjaśnia dr Hieber, dodając: „Nasza wiedza polega na wyborze odpowiednich surowców i łączeniu ich w odpowiednich ilościach, aby osiągnąć pożądane właściwości”. W przypadku TPU nie różni się to zbytnio od gumy.
Jednak produkcja TPU odbywa się w zupełnie inny sposób, w dużych reaktorach, takich jak te stosowane w przemyśle chemicznym. Technicznym terminem określającym tę reakcję chemiczną jest polimeryzacja. Poliole, izocyjaniany, przedłużacze łańcucha, barwniki, superplastyfikatory i stabilizatory reagują, tworząc cząsteczki o długich łańcuchach, znane jako polimery. Jednym z przyszłych tematów jest produkcja TPU z surowców pochodzenia biologicznego.
Efekt worka antywiórowego
TPU jest nie tylko szczególnie odporny na ciśnienie. Jest wyjątkowo odporne na ozon i może również wytrzymać obciążenia ze strony mineralnych mediów hydraulicznych. Oprócz trwałości i odporności na zużycie, na długiej liście zalet TPU znajduje się również odporność na rozprzestrzenianie się łez. „Lubię tłumaczyć odporność na rozdzieranie efektem torebki chipsów. Torebka chipsów jest często trudna do otwarcia na początku, wymaga siły. Ale gdy torebka zostanie rozerwana, rozrywa się ponownie bardzo szybko. Ale nie w przypadku TPU. Jeśli zostanie uszkodzona lub przecięta, nie rozerwie się dalej. Zapewnia to długą żywotność”. Jednak w wysokich temperaturach „żelazna guma” osiąga swoje granice wydajności. Przy 120 stopniach Celsjusza zwykle dobiega końca.
Pozytywny aspekt pod względem zrównoważonego rozwoju: w przypadku TPU wlewki mogą być przetapiane i regranulowane, tj. ponownie wykorzystywane. Nie jest to możliwe w przypadku gumy.
Walcowanie zamiast uszczelniania
Dwuskładnikowe połączenia z metalem lub innymi tworzywami sztucznymi są również możliwe przy użyciu TPU – nawet poza klasycznymi zastosowaniami uszczelniającymi. Niezwykle interesującym obszarem zastosowań są tak zwane tarcze teksturujące. Teksturowanie to proces wykańczania włókien syntetycznych w przemyśle tekstylnym. W tym procesie gładkie nici z włókien syntetycznych przypominające żyłki wędkarskie są prowadzone z ogromną prędkością przez szybko obracające się tarcze o określonej powierzchni. Te chropowate dyski teksturujące nadają niciom puszystą strukturę przypominającą bawełnę o odpowiednich właściwościach. FST dostarcza wiodącemu na świecie producentowi tarcz ciernych dwuskładnikowe rozwiązanie: centrum w Schwalmstadt nakłada powłokę TPU wokół okrągłej plastikowej części nośnej. Oba komponenty łączą się ze sobą czysto mechanicznie.
TPU zamiast PTFE?
Jeśli chodzi o przyszłość TPU, możliwe są dalsze zastosowania w niszy rynkowej „dysków i rolek”. Dodatkowym punktem wyjścia na jutro i pojutrze jest zastąpienie wysokiej klasy materiału PTFE przez TPU. PTFE jest jedną z „wiecznych substancji chemicznych” (PFAS), które są trudne do rozkładu i na które ustawodawcy na szczeblu międzynarodowym zwrócili krytyczne oko. „PTFE ma unikalne cechy pod względem odporności na temperaturę i media, których TPU nie może spełnić. Jednak PTFE był często stosowany w butlach w miejscach, w których jego wysoka wydajność nie jest wymagana. Dzięki TPU oferujemy tutaj niezawodną alternatywę”, mówi Hieber, patrząc w przyszłość.
Akcenty kolorystyczne
Uszczelka jest (sadza) czarna? Nie zawsze na dużych obszarach! Na przykład TPU ma kolor jasnobeżowy. Jak wszystkie tworzywa termoplastyczne, może być łatwo barwiony. Na przykład w kolorze niebieskim Freudenberg. Z jednej strony kolor ten reprezentuje firmę. Z drugiej strony kolor niebieski jest bardzo popularny w maszynach do przetwarzania żywności. Ponieważ: żadna żywność nie jest niebieska. Nieumyślnie uwolniona cząstka z materiału uszczelniającego natychmiast zwróciłaby uwagę.
