Espuma de TPU alifática microcelular: características, aplicaciones y tendencias de desarrollo

Qué es ¿Forma TPU alifática microporosa?

Espuma de TPU alifática microporosa es un material poroso con elastómero de poliuretano termoplástico alifático (TPU) como material base y una gran cantidad de burbujas de tamaño micras formado dentro de él a través de un proceso específico. La TPU alifática en sí es un copolímero de bloque multifásico generado por la reacción de diisocianato (como el hexametileno diisocianato HDI), el extensor de cadena y el poliol. En comparación con la TPU aromática, la TPU alifática no contiene anillos de benceno en su estructura molecular, lo que le brinda una resistencia sobresaliente del envejecimiento UV y una excelente resistencia de color amarillento. El material de espuma microporoso preparado sobre esta base tiene las ventajas de alta elasticidad y resistencia al desgaste de TPU, así como el peso ligero y las propiedades de amortiguación de los materiales de espuma.

El principio de espuma de TPU alifática microporosa

Su principio de preparación se basa principalmente en la tecnología de espuma de fluido supercrítico (SCFF). Los fluidos supercríticos (como dióxido de carbono supercrítico o nitrógeno supercrítico) tienen las características de gas y líquido. Durante el procesamiento del polímero, cuando el fluido supercrítico se disuelve en la masa fundida de TPU para formar un sistema homogéneo, el sistema ingresa a un estado termodinámicamente inestable a través de cambios de temperatura o presión. En este momento, el fluido supercrítico precipita de la TPU para formar núcleos de burbujas. Con el tiempo, los núcleos de burbujas continúan creciendo y eventualmente forman una estructura microporosa dentro de la TPU. Por ejemplo, en el proceso de espuma de microextrusión, el cable TPU que contiene fluido supercrítico está en la unidad de calentamiento, y la temperatura aumenta para inducir la nucleación de las burbujas. El fluido supercrítico se difunde a alta temperatura para promover el rápido crecimiento del núcleo de gas nucleado. El crecimiento de las burbujas se controla con precisión controlando el tiempo de residencia de la fusión de espuma en la unidad de calentamiento, obteniendo así una estructura de poro uniforme con un diámetro de micrómetros.

Clasificación de Espuma TPU alifática microcelular

Clasificación de polioles según el segmento blando

l Espuma de TPU alifática micropía poliéter: El segmento suave está compuesto de poliéter poliols, que tienen una excelente flexibilidad a baja temperatura y estabilidad de la hidrólisis. En entornos de baja temperatura, la estructura de poliéter puede mantener una buena elasticidad y no se volverá duro y frágil debido a la reducción de la temperatura. Es adecuado para escenarios de aplicación con altos requisitos para un rendimiento de baja temperatura, como el equipo deportivo al aire libre de invierno.

l Espuma de TPU alifática microporosa de poliéster: El segmento blando es poliéster poliol, que muestra una mayor resistencia mecánica y resistencia al aceite. En comparación con el tipo de poliéter, el tipo de poliéster tiene una estructura más estable y no es fácil de deformarse cuando se somete a una mayor presión y tensión, y tiene una mejor tolerancia a las sustancias en grasa y petróleo. Se puede usar en algunos campos que necesitan soportar grandes cargas y contactar a los medios aceitosos, como algunos cojines industriales.

Clasificación por estructura celular

l Espuma TPU alifática microporosa de células cerradas: Las células son independientes y no conectadas, y están llenas de gas. La estructura de células cerradas atrapa el aire en las células, dando al material baja densidad, buen aislamiento térmico, excelente amortiguación y bajas propiedades dieléctricas. Por ejemplo, en los campos de los materiales de aislamiento de edificios y los revestimientos de casco deportivo, la espuma TPU alifática microporosa de células cerradas puede bloquear efectivamente la transferencia de calor, absorber la energía de impacto y proteger las estructuras internas o la seguridad humana.

l Espuma TPU alifática microporosa de células abiertas: Las células están interconectadas para formar una estructura multicanal. Esta estructura proporciona las propiedades del material como separación, filtración, absorción de sonido y adsorción líquida. En los campos del tratamiento de agua, la purificación del aire, la absorción del sonido y la reducción de ruido, la espuma de TPU microporosa de células abiertas puede usar sus características multicanal para lograr funciones como filtrar impurezas en líquidos o gases, absorber el sonido y los líquidos adsorbentes.

Características de Espuma de TPU alifática microporosa

l Ligero y altamente elástico: La presencia de una gran cantidad de poros de tamaño de micras reduce la densidad general del material, reduciendo significativamente su peso mientras retiene la alta elasticidad de TPU. Por ejemplo, en la aplicación de las medias de calzado deportivo, las medias colegas de espuma de TPU microporosas pueden proporcionar excelentes comentarios de energía al usuario, y cada paso puede sentirse un rebote obvio, lo que ayuda al rendimiento deportivo al tiempo que reduce la carga en los pies.

l Excelente resistencia al clima: Debido a las características de la estructura química de la TPU alifática en sí, la espuma de TPU alifática microporosa tiene una resistencia sobresaliente al envejecimiento y el amarillamiento UV. Incluso si se expone a la luz solar o en entornos al aire libre duros durante mucho tiempo, el material no es propenso al envejecimiento, la decoloración y la degradación del rendimiento. Es adecuado para productos al aire libre, interiores automotrices y otros escenarios de aplicación que están sujetos a luz y cambio climático a largo plazo.

l Buen rendimiento de amortiguación: La estructura celular puede absorber y dispersar efectivamente la fuerza de impacto. Cuando se ve afectada por la fuerza externa, la estructura celular se deforma y convierte la energía de impacto en otras formas de energía, como la energía térmica, desempeñando así un papel de amortiguación. En equipos de protección deportiva, como las camillas de rodilla, las almohadillas del codo y el envasado electrónico de productos, la espuma de TPU microporosa puede proporcionar una protección de amortiguación confiable para el objeto protegido y reducir el daño causado por la colisión.

l Estabilidad química: Tiene buena tolerancia a la mayoría de las sustancias químicas, no es fácil de reaccionar con ácidos comunes, álcalis, solventes orgánicos, etc., y puede mantener un rendimiento estable en una variedad de entornos químicos. Esto hace que tenga un valor de aplicación potencial en los campos de la industria química y la medicina, como juntas para equipos químicos, equipos de protección médica, etc.

l Reciclabilidad: Como material termoplástico, la espuma de TPU alifática microporosa se puede reciclar y reprocesar mediante la fusión y otros métodos después de ser descartados, y rehacer en nuevos productos, lo que se ajusta al concepto de protección del medio ambiente, es propicio para el reciclaje de recursos y reduce la presión sobre el medio ambiente.

Áreas de aplicación de espuma TPU alifática microcelular

Equipo deportivo

l Zapatos deportivos: En aplicaciones en suela de zapatos, los medios de espuma de TPU alifáticas microporosas pueden proporcionar un excelente rendimiento de rebote y una buena absorción de choques, lo que ayuda a los atletas a mejorar su rendimiento atlético al tiempo que reduce la fatiga del pie. Muchas marcas deportivas como Anta y Li Ning han lanzado zapatos equipados con mediosales de espuma TPU alifáticas. Además, sus propiedades livianas reducen el peso de los zapatos, lo que los hace más adecuados para deportes que requieren alta agilidad, como correr y baloncesto.

l Equipo de protección deportiva: Se utiliza para hacer equipo de protección deportiva, como las torres de rodilla, almohadillas del codo, revestimientos de casco, etc. Su excelente rendimiento de amortiguación puede absorber efectivamente la fuerza de impacto generada durante el ejercicio y proteger las articulaciones del atleta y la cabeza de la lesión. Al mismo tiempo, su alta elasticidad y flexibilidad aseguran que el equipo de protección se ajuste al cuerpo humano sin afectar las actividades normales del atleta.

Industria automotriz

l Materiales interiores: Utilizado en asientos para el automóvil, capas de absorción de descargas del volante, materiales de llenado de puertas, etc. Por ejemplo, el asiento BMW IX utiliza TPU de densidad de gradiente, que proporciona una mayor dureza (70 costas C) en el área de soporte para garantizar el soporte y la menor dureza (45 costas C) en el área de contacto para mejorar la comodidad; El volante de la serie Mercedes-Benz EQ tiene un anillo de espuma TPU incorporado, que reduce efectivamente la tasa de transmisión de vibraciones de carreteras en un 22%, mejorando la comodidad y la tranquilidad de la conducción.

l Sistema de búfer de paquete de baterías: El paquete de baterías CTP3.0 de CATL utiliza una junta de espuma TPU que puede mantener un rendimiento estable dentro de un rango de temperatura de -40 ° C a 120 ° C, proporcionando protección de amortiguador confiable para la batería y evitando que la batería sea dañada por vibración y colisión durante la conducción del vehículo, asegurando así la seguridad y la estabilidad de la batería.

Construcción

l Materiales de aislamiento térmico: La baja conductividad térmica de la espuma TPU alifática microporosa de células cerradas lo convierte en un excelente material de aislamiento térmico de construcción. Se puede utilizar para el aislamiento de la pared exterior y el aislamiento de los edificios del techo, que pueden prevenir efectivamente la transferencia de calor, reducir el consumo de energía del edificio y mejorar la comodidad térmica interior, lo que está en línea con la tendencia de desarrollo de los edificios de ahorro de energía y reducción de emisiones.

l Materiales de absorción de sonido y reducción de ruido: La espuma de TPU alifática microporosa de células abiertas tiene buenas propiedades de absorción de sonido y se puede utilizar para el tratamiento acústico dentro de los edificios, como los materiales que absorben el sonido de la pared o el techo en salas de conferencias, cines y otros lugares para reducir el sonido de la reflexión y el eco y mejorar el entorno acústico interior.

Campo médico

l Equipo de protección médica: Se utiliza para hacer revestimientos protésicos, ortesis y otros equipos de protección médica. Su suavidad, alta elasticidad y buena biocompatibilidad pueden adaptarse mejor a las extremidades humanas y proporcionar una experiencia de uso cómodo. Al mismo tiempo, juega un papel de amortiguación y apoyo, ayudando a los pacientes a usar mejor dispositivos de asistencia médica.

l Embalaje de dispositivos médicos: Al empacar dispositivos médicos, las buenas propiedades de amortiguación de la espuma de TPU alifática microporosa pueden proteger los delicados dispositivos médicos del daño por colisión durante el transporte y el almacenamiento, asegurando el rendimiento y la seguridad de los dispositivos.

l Aeroespacial: En el campo aeroespacial, los requisitos de peso y rendimiento de los materiales son extremadamente estrictos. El peso ligero, la alta elasticidad y el buen rendimiento de amortiguación de la espuma de TPU alifática microporosa lo hacen aplicable a algunas piezas no estructurales dentro de la aeronave, como cojines de asiento, almohadillas de choque de equipos, etc., que pueden reducir el peso de la aeronave al tiempo que proporciona protección confiable de amortiguación y mejorando la seguridad de los vuelos y la comodidad.

Proceso de producción de espuma de TPU alifática microporosa

l Proceso de espuma de fluido supercrítico: Este es el proceso convencional para preparar la espuma TPU alifática microporosa. Primero, un fluido supercrítico (como dióxido de carbono o nitrógeno) se disuelve en la fusión de TPU a alta presión para formar un sistema homogéneo. Luego, mediante una reducción de presión rápida o aumento de la temperatura, el sistema está hecho para ingresar a un estado termodinámicamente inestable, induciendo el fluido supercrítico para precipitar para formar núcleos de burbujas, que crecen en condiciones apropiadas y eventualmente forman una estructura microporosa. La ventaja de este proceso es que puede controlar con precisión el tamaño y la densidad de las burbujas, y no usa solventes orgánicos, que es verde y ecológico. Por ejemplo, en el proceso de espuma de la lámina, una lámina TPU que contiene un fluido supercrítico se coloca en un molde específico, y el espuma uniforme de la lámina se logra controlando la temperatura y los cambios de presión, para obtener una hoja de espuma TPU alifática microporosa con un espesor y rendimiento específico.

l Proceso de espuma de micro extrusión: Micro extrusor se usa para el procesamiento. El cable TPU que contiene fluido supercrítico se alimenta a la unidad de calentamiento del micro extrusor. Durante el proceso de calentamiento, la temperatura aumenta para inducir la nucleación de las burbujas, y el fluido supercrítico se difunde para promover el crecimiento de burbujas. Al controlar los parámetros con precisión, como la temperatura de calentamiento, la velocidad del tornillo y el tiempo de residencia del material en el extrusor, se puede formar una estructura microporosa uniforme y regular dentro del filamento TPU. En comparación con otros procesos de espuma, las burbujas formadas por la espuma de micro extrusión tienen una forma elíptica más regular, un diámetro más pequeño y una distribución más uniforme. Es adecuado para la preparación de productos de espuma TPU alifáticos microporosos con requisitos estructurales especiales, como fibras espumas.

l Proceso de espuma de cuentas: Primero, la TPU alifática se convierte en cuentas, y luego las cuentas se colocan en un autoclave, y el fluido supercrítico puede penetrar en las cuentas a alta presión. El fluido supercrítico dentro de las cuentas se expande luego por alivio de presión rápida, lo que hace que las cuentas se espuma. Las cuentas de espuma se procesan mediante molduras (como moldeo por compresión) para fabricar productos de espuma TPU alifáticos microporosos de varias formas. La densidad del material de espuma preparado por este proceso se puede controlar dentro de un cierto rango. Por ejemplo, la densidad del material de moldeo ETPU con espuma de cordón es controlable entre 0.18 y 0.30 g/cm³, y la velocidad de rebote es del 50 al 60%, lo que es adecuado para algunos escenarios de aplicación que tienen requisitos específicos para la densidad del material y el rendimiento de rebote, como los materiales de zapatos.

Estatus de mercado de Espuma TPU alifática microcelular

En la actualidad, el mercado microporoso de espuma de TPU alifática está mostrando una tendencia de crecimiento rápido. Con la creciente demanda de los consumidores para materiales de alto rendimiento y ecológicos, y la mejora de los requisitos livianos y funcionales de varias industrias, la espuma de TPU alifática microporosa se ha utilizado y reconocido en muchos campos debido a sus ventajas únicas de rendimiento.

En el mercado de materiales de zapatos, cada vez más marcas deportivas han comenzado a usar la espuma de TPU alifática microporosa como material de la entresuela, que ha promovido la expansión continua de la cuota de mercado de este material en el campo de los zapatos deportivos. Al mismo tiempo, en las industrias automotrices, de construcción, médica y de otro tipo, con la madurez continua de la tecnología y la reducción gradual de los costos, la aplicación de espuma TPU alifática microporosa también se está volviendo cada vez más extensa.

Desde la perspectiva de la distribución geográfica, la región de Asia y el Pacífico se ha convertido en el mayor consumidor de espuma de TPU alifática microporosa debido a su enorme base de fabricación y en el mercado de consumo en rápido crecimiento. Especialmente en China, con el aumento de las marcas deportivas nacionales y el desarrollo continuo de industrias como los automóviles y la construcción, la demanda de espuma de TPU alifática microporosa ha mostrado un fuerte impulso de crecimiento. América del Norte y Europa tienen ventajas principales en la investigación y el desarrollo tecnológico y las aplicaciones de alta gama, y continúan promoviendo la aplicación innovadora de la espuma de TPU alifática microporosa en campos aeroespaciales, médicos de alta gama y otros campos.

Sin embargo, el mercado microporoso de espuma de TPU alifática también enfrenta algunos desafíos. Por un lado, el costo de producción actual del material es relativamente alto, lo que limita su aplicación a gran escala en algunas áreas de mercado sensibles a los precios. Por otro lado, la calidad de los productos en el mercado es desigual, y la tecnología de producción y el nivel de proceso de algunas empresas son limitadas, lo que resulta en el rendimiento del producto que no puede satisfacer las necesidades de las aplicaciones de alta gama, lo que afecta la reputación y la expansión del mercado de toda la industria.

Tendencia de desarrollo futuro de espuma de TPU alifática microporosa

l La innovación tecnológica impulsa la mejora del rendimiento: En el futuro, los investigadores continuarán realizando investigaciones en profundidad sobre el proceso de preparación y la relación de rendimiento estructural de la espuma de TPU alifática microporosa, y mejorarán aún más el rendimiento de los materiales a través de la innovación tecnológica. Por ejemplo, desarrolle una tecnología de control de células más precisa para lograr una regulación más precisa del tamaño, la forma y la distribución celular para satisfacer las diversas necesidades de rendimiento del material en diferentes campos de aplicación; Explore nuevos aditivos o métodos de modificación para mejorar aún más la resistencia, la resistencia, la resistencia al calor y otras propiedades del material y ampliar su rango de aplicaciones.

l La reducción de costos promueve la penetración del mercado: Con la expansión de la escala de producción y la optimización del proceso de producción, se espera que el costo de producción de la espuma de TPU alifática microporosa disminuya gradualmente. Las empresas mejorarán la eficiencia de producción, reducirán el consumo de materias primas y los costos de energía a través de mejoras tecnológicas, mejoras de equipos y optimización de la cadena de suministro, lo que hace que el material sea más competitivo en precio, promoviendo así su aplicación generalizada en más campos, especialmente en algunos mercados de gama media y baja.

l Desarrollo verde y sostenible: Con la creciente conciencia de la protección del medio ambiente, el desarrollo verde y sostenible se convertirá en una importante tendencia de desarrollo de la industria microporosa de espuma de TPU Alifatic. Por un lado, los fabricantes prestarán más atención al uso de materias primas y procesos de producción ecológicos para reducir las emisiones de contaminantes durante el proceso de producción; Por otro lado, mejorarán aún más la reciclabilidad de los materiales, mejorarán el sistema de reciclaje, realizarán el reciclaje de los recursos y reducirán el impacto en el medio ambiente.

l Expandir las áreas de aplicación emergentes: Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología y el desarrollo de la sociedad, se espera que la espuma de TPU alifática microporosa abra nuevos mercados de aplicaciones en algunos campos emergentes. Por ejemplo, en el campo de dispositivos portátiles inteligentes, su peso ligero, su alta elasticidad y buena biocompatibilidad se utilizan para desarrollar sensores flexibles portátiles, equipo de protección inteligente y otros productos; En el campo de la nueva energía, explore sus posibilidades de aplicación en materiales de electrodos de batería nuevos, separadores de baterías, etc., inyectando una nueva vitalidad en el desarrollo de la industria.