پلی یورتان مناسب برای ریخته گری

شیمی پلی اورتان مناسب برای ریخته‌گری PU

اجزای اصلی و واکنش شیمیایی

اساس شیمی پلی یورتان -شامل انواع مورد مصرف در ریخته‌گری- یک واکنش تراکمی بین پلی‌ال‌ها و پلی‌ایزوسیانات‌ها است. با اختلاط این دو ترکیب، گروه‌های ایزوسیانات و گروههای هیدروکسیل با هم واکنش داده و ضمن تشکیل پیوندهای یورتان شبکه‌های پلیمری خطی و شبکه‌ای ایجاد می‌کنند. فرمولاسیون‌ها اغلب شامل کاتالیزورها، سرفکتانت‌ها، گسترش‌دهنده‌های زنجیره، کراسلینک‌کننده‌ها، پرکننده‌ها و افزودنی‌ها برای کنترل واکنش‌پذیری، جداسازی فاز و خواص نهایی هستند.

پلی‌ال‌ها و ایزوسیانات‌ها، اهمیت انتخاب

پلی‌ال‌های پلی‌استری و پلی‌ال‌های پلی‌اتری رایج‌ترین انواع مورد استفاده در تولید صنعتی پلی‌یورتان‌ها هستند. پلی‌ال‌های پلی‌استری استحکام کششی، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی بالاتری دارند؛ درحالیکه انواع پلی‌اتری مقاومت هیدرولیز بهتری و انعطاف‌پذیری دمایی پایین‌تری دارند. وزن مولکولی و تعداد گروههای عاملی، طول زنجیره و چگالی اتصال عرضی را تعیین می‌کنند؛ سختی نهایی پلی‌یورتان و ازدیاد طول در نقطه پارگی یا شکست با این پارامترها قابل کنترل هستند.

ایزوسیانات‌ها به دو دسته کلی آروماتیک و آلیفاتیک تقسیم‌بندی می‌شوند. رایج‌ترین ایزوسیانات‌های مورد استفاده شامل متیلن دی‌فنیل ایزوسیانات (MDI)، تولوئن دی‌ایزوسیانات (TDI) و انواع با تعداد گروههای عاملی بالاتر هستند. ایزوسیانات‌های آروماتیک (بعنوان مثال، مشتقات MDI) الاستومرهای ریخته‌گری با کارایی بالا تولید می‌کنند که در کاربردهای سایش سنگین استفاده می‌شوند. ایزوسیانات‌های آلیفاتیک زمانی انتخاب می‌شوند که پایداری در برابر اشعه ماوراء بنفش یا حفظ رنگ مورد نیاز باشد.

افزاینده‌های زنجیره و اتصال‌دهنده‌های عرضی

دی‌ال‌ها یا دی‌آمین‌های زنجیره کوتاه بعنوان افزاینده‌های زنجیره مورد استفاده قرار گرفته و با افزایش محتوای سگمنت‌های سخت سختی نهایی را بالا می‌برند؛ درحالیکه اتصال‌دهنده‌های عرضی چندعاملی موجب افزایش دانسیته شبکه و مقاومت در برابر حرارت می‌شوند. پلی‌یورتان ریخته‌گری شده اغلب مورفولوژی‌ میکروفاز ناپیوسته را تشکیل می‌دهند (دامین‌های غنی از پلی‌ال نرم و انعطاف‌پذیر که در دامین‌های سخت غنی از یورتان‌های با پیوند هیدروژنی پراکنده شده‌اند). این ریزساختار یک دلیل اصلی برای ایجاد رفتار الاستومری است؛ دامین‌های سخت بعنوان پیوندهای عرضی فیزیکی که انرژی الاستیک را ذخیره می‌کنند عمل نموده و دامین‌های نرم انعطاف‌پذیری و میرایی را فراهم می‌کنند.

افزودنی‌ها و کمک‌فرآیندها

به منظور بهبود عملکرد نهایی قطعه از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی و نیز بهبود فرایند تولید قطعات، افزودنی‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تولیدکنندگان قطعات ریخته‌گری با تغییر در این مواد واکنش‌پذیری و ویسکوزیته را برای ریخته‌گری مطمئن و جلوگیری از عیوبی مانند حباب، پخت ناقص یا گرمازایی بیش از حد تنظیم می‌کنند. مهمترین انواع عبارتند از:

• کاتالیست‌ها. آمین‌ها و نمک‌های فلزی که سرعت پخت و زمان عملکرد آزاد (Pot life) را کنترل می‌کنند. با تغییر در مقدار این ترکیبات می‌توان زمان جدایش از قالب را نیز تنظیم کرد. 
•  سرفکتانت‌ها. این مواد پرشدن قالب را بهبود بخشیده و حفره‌ها را کاهش می‌دهند. 
• فیلرها یا پرکننده‌ها. پرکننده‌های تقویت‌کننده (سیلیس، دانه‌های شیشه‌ای، کربن سیاه) مدول و مقاومت سایشی را افزایش می‌دهند. 
• نرم‌کننده‌ها. نرم‌کننده‌ها یا عوامل رهاساز (Releasing agent)، انعطاف‌پذیری را بهبود بخشیده و به جداشدن قطعه از قالب کمک می‌نمایند. 

کاربردها

با توجه به تنوع خواص فیزیکی و مکانیکی حاصل از پلی‌یورتان‌ها، این مواد کاربردهای متفاوتی در بخشهای مختلف دارند. برخی از کاربردها را می‌توان بصورت زیر بیان نمود:

• چرخ‌ها، غلتک‌ها و لاستیک‌های صنعتی. PU ریخته‌گری شده مقاومت سایشی، ظرفیت بار و خواص بازگشتی استثنایی را ارائه می‌دهد که آن را برای چرخ‌های نقاله، غلتک‌های محرک و اجزای چاپخانه ایده‌آل می‌کند.
• ایزولاسیون و میرایی ارتعاش. سختی قابل تنظیم و ریزساختار جاذب انرژی، پلی‌یورتان ریخته‌گری شده را برای پایه‌ها، بوش‌ها و عناصر جاذب ضربه در ماشین‌آلات سنگین و سیستم‌های حمل و نقل مناسب می‌سازد.
• آب‌بندها و واشرها. مقاومت شیمیایی و سایشی مناسب، امکان استفاده در آب‌بندها، اجزای پمپ و آسترهای دوغاب یا ناودان را در جایی که ضربه و سایش شدید است، فراهم می‌کند.
• ابزارسازی و پروتوتایپ‌ها. قطعات ابزارآلات ریخته‌گری شده با پلی‌یورتان می‌توانند با جزئیات دقیق تولید شده و با توجه به مقاومت مطلوب جایگزینی کم‌هزینه‌تر برای ابزارآلات فلزی برای برخی از کاربردها ارائه دهند.
• قطعات تخصصی. قطعات ریخته‌گری سفارشی برای معدن، نفت و گاز، کشاورزی و جابجایی مواد (چرخ‌دنده‌ها، هرزگردها، پروانه‌ها) از توانایی پلی‌یورتان در فرموله شدن برای سایش، پارگی و بار مکانیکی شدید بهره می‌برند.