| 1. Process Definition | 1. Định nghĩa quá trình gia công |
| The production of solid polyurethane parts of the correct engineering quality requires the conversion of either the prepolymer or quasi prepolymer to a solid material. | Việc sản xuất những chi tiết polyurethane rắn đúng chất lượng kỹ thuật đòi hỏi sự chuyển hóa prepolyme hoặc quasiprepolyme thành vật liệu rắn. |
| The grade and chemistry of the material must be carefully considered in order to obtain a material that can be reproducibly processed and that has the correct final properties. | Chủng loại và thành phần hóa học của vật liệu phải được xem xét cẩn thận để có được vật liệu, có thể gia công và có những tính năng cuối cùng như mong muốn. |
| The correct application of heat also must be used to obtain the best product. | Sử dụng nhiệt cũng phải chính xác để đạt được sản phẩm tốt nhất. |
| 2. Importance of the Process | 2. Sự quan trọng của quá trình gia công |
| Curing—or, more correctly, chain extension—is required to convert the material from a semi solid or liquid into a solid material that possesses elastomericor rubbery-type properties. | Sự kết mạng hay chính xác hơn là kéo dài mạch là cần thiết để chuyển hóa vật liệu từ dạng bán rắn hoặc lỏng thành vật liệu rắn sở hữu những tính chất đàn hồi giống như cao su. |
| The definition of an elastomeric polyurethane is that on the application of a strain, the material will stretch, and when the strain is removed it will rapidly return to approximately the original length. | Định nghĩa về vật liệu polyurethane đàn hồi là khi kéo căng thì vật liệu dãn ra và khi ngừng kéo nó sẽ nhanh chóng trở lại xấp xỉ với chiều dài ban đầu. |
| This increase in length should be less than 1%. | Sự tăng chiều dài là ít hơn 1%. |
| In the case of fully cured polyurethane, the material is normally very tough and the extension can only be made by a machine. | Trong trường hợp polyurethane kết mạng hoàn toàn, vật liệu thường rất dai và chỉ có thể kéo dãn bằng máy. |
| In a thin sheet, it may be illustrated by folding it double and then letting it snap back. | Trong các tấm mỏng, điều này có thể được minh họa bằng cách gập đôi và sau đó nó sẽ bật ngược lại. |
| The three main groups of polyurethanes are: | Có 3 nhóm polyurethane chính là: |
- Thermoplastic polyurethanes
|
|
|
|
|
- Cross-linked polyurethanes
|
|
| Thermoplastic polyurethanes are normally processed in conventional plastic machines and when heated to above 120 to 150oC will soften and can be processed. | Polyurethane nhiệt dẻo được gia công trên các máy nhựa thông thường và khi được gia nhiệt trên 120oC tới 150oC, nó sẽ mềm và có thể gia công được. |
| By definition, this process can be repeated over and over. | Theo định nghĩa, quá trình này có thể lặp đi lặp lại nhiều lần. |
| The TPU is supplied as a polymer chain extended to a suitable length with terminal groups that do not allow any further chain extension. | TPU được cung cấp là những mạch polyme có chiều dài thích hợp với những nhóm ở cuối mạch không cho phép kéo dài mạch nữa. |
| Castable polyurethanes are supplied as a prepolymer with an active terminal isocyanate group to the polymer chain. | Polyurethane đổ khuôn được cung cấp là các prepolyme với các nhóm isocyanate hoạt tính gắn ở cuối mạch |
| These isocyanate groups are reacted with either a diamine or a diol. | Những nhóm isocyanat này phản ứng với diamien hoặc diol. |
| Alternatively they can be supplied as a quasiprepolymer, the prepolymer is made and the chain extension carried out at the same time. | Một cách khác, chúng có thể được cung cấp như là quasiprepolyme, prepolyme được tạo thành và sự kéo dài mạch được thực hiện cùng một lúc. |
| As the chain becomes longer the viscosity increases, and at a certain point it becomes a solid. | Khi mạch bắt đầu dài hơn thì độ nhớt tăng, và tại một thời điểm nào đó nó trở thành dạng rắn. |
| On further heating, extra strength is developed by a type of physical chemical bond (hydrogen bonding). | Khi gia nhiệt tiếp, độ bền tăng lên bởi liên kết hóa học vật lý (liên kết hydro). |
| In castable polyurethanes, the actual chains will break down on heating before the physical chemical bonds give way. | Đối với polyurethane đổ khuôn, mạch sẽ bị bẻ gãy trong quá trình gia nhiệt trước khi những liên kết hóa học vật lý bị phá vỡ. |
| The material therefore cannot be reformed after the chain extension is complete. | Vì vậy, vật liệu không thể tái sử dụng sau khi sự kéo dài mạch kết thúc. |
| In cross-linked polyurethanes, there are actual chemical bonds formed in a three-dimensional manner. | Đối với polyurethane kết mạng ngang, những liên kết hóa học thực sự được hình thành theo 3 chiều không gian. |
| The main difference is that with the castable polyurethanes the actual chemical structure consists of two major zones, a hard zone and a soft zone. | Sự khác biệt chính là đối với polyurethane đổ khuôn, cấu trúc hóa học thực sự gồm 2 vùng chính, vùng cứng và vùng mềm. |
| This is not as pronounced in the crosslinked polyurethanes. | Điều này không rõ ràng trong polyurethane kết mạng. |
| A typical example is the addition of TMP (trimethylolpropane) to polyurethane to make it softer. | Một ví dụ điển hình là việc thêm TMP (trimetylol propane) vào polyurethane để làm cho nó mềm hơn. |
| This curative will make the material much softer as it breaks the hard segment zoning up to a certain degree. | Chất kết mạng này sẽ làm cho vật liệu mềm nhiều hơn vì nó bẻ gãy các phần cứng tới một mức độ nhất định. |
| They do, however, give a material with improved compression set properties. | Tuy nhiên, chúng cũng làm cho vật liệu cải thiện tính chịu biến dạng nén. |
| 3. Changes in Material Properties Before, During, and After Curing | 3. Sự thay đổi tính chất vật liệu trước, trong, và sau quá trình kết mạng |
| The process of curing polyurethane elastomers depends to a large degree on initially having a material with a reasonably low viscosity. | Quá trình kết mạng vật liệu polyurethane đàn hồi phụ thuộc phần lớn vào việc có vật liệu với độ nhớt thấp phù hợp ban đầu. |
| This is to allow the flow of the material into the mold and the ability for any entrapped air to rise to the surface. | Điều này cho phép vật liệu chảy trong khuôn và các khí bị nhốt có khả năng nổi lên trên bề mặt. |
| Once the mold has been filled and the air allowed to escape, the increase in viscosity should be rapid to prevent excessive leakage through any parting lines in the mold. | Một khi khuôn đã được điền đầy và khí được phép thoát ra ngoài, độ nhớt nên tăng nhanh để tránh sự rò rỉ qua các đường phân tách khuôn. |
| Heat plays an important part in the curing of polyurethanes. | Nhiệt đóng một vai trò quan trọng trong quá trình kết mạng polyurethane. |
| The reaction itself gives out heat, so this must be taken into account in determining the temperature of the mold. | Phản ứng tự bản thân cũng sinh ra nhiệt, vì thế điều này phải được xem xét kỹ lưỡng khi xác định nhiệt độ của khuôn. |
| The mold should be at the maximum temperature the curing prepolymer will reach. | Khuôn nên ở nhiệt độ tối đa mà prepolyme kết mạng sẽ đạt tới. |
| An MDI-based system will release heat more rapidly than a TDI-based system; therefore the mold has to be hotter than when using a TDI-based material. | Hệ MDI sẽ giải phóng nhiệt nhanh hơn hệ TDI; vì thế khuôn phải nóng hơn khi dùng hệ TDI. |
| It also must be noted that there is a certain amount of shrinkage because of the actual reaction. | Cũng phải chú ý rằng có một sự co rút ở một mức độ nhất định do phản ứng thực tế xảy ra. |
| The harder the fully cured polyurethane, the more the final shrinkage will be. | Polyurethane kết mạng hoàn toàn mà càng khó thì sự co rút cuối cùng càng nhiều. |
| During the curing process, the material builds up a degree of strength. | Trong quá trình kết mạng, vật liệu từ từ tăng độ bền. |
| The strength after several hours is usually sufficient to allow the product to be removed from the mold without any damage to it. | Độ bền sau vài giờ kết mạng là đủ để cho phép lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không có bất kỳ sự hư hỏng nào. |
| At this point full mechanical properties have not yet developed. | Vào lúc này những tính chất cơ lý vẫn chưa phát triển hoàn toàn. |
| Further heating of the material at 80–100oC for 16–24 hours is required for all the properties to be fully obtained. | Quá trình gia nhiệt vật liệu tiếp theo ở 80 – 100oC từ 16 – 24 giờ cần thiết để tất cả tính năng đạt được hoàn toàn. |
| The purist of the polyurethane processors will maintain that the polyurethanes should then be rested at room temperature for 1 to 2 weeks for the ultimate in properties. | Theo kinh nghiệm các máy gia công polyurethane sẽ giữ cho polyurethane ổn định ở nhiệt độ phòng từ 1 tới 2 tuần để đạt được những tính năng cuối cùng. |
| The explanation for this is that the polyurethanes will slowly absorb water from the air, which will assist the formation of very strong bonds. | Giải thích cho vấn đề này là polyurethane sẽ từ từ hút nước từ không khí, điều này sẽ giúp hình thành những liên kết rất bền vững |
| 4. Stages of Curing and Factors Affecting Cure | 4. Các bước của quá trình kết mạng và các yếu tố ảnh hưởng |
| Prepolymer Curing or Chain Extension | Kết mạng prepolyme hoặc kéo dài mạch |
| The prepolymer as received from the manufacturer has a simple chain that has been terminated with an isocyanate. | Prepolyme nhận được từ nhà sản xuất có mạch đơn giản được và kết thúc mạch bằng một isocyanat. |
| The isocyanate ends with this magical NCO group. | Isocyanat giới hạn bởi nhóm NCO. |
| The NCO is the reactive part of it. | Nhóm NCO là phần có khả năng phản ứng của isocyanat. |
| The higher the percentage of NCO in the prepolymer, the harder the material will be. | Phần trăm NCO trong prepolyme càng cao, vật liệu sẽ càng cứng. |
| An 80 Shore Awill have an NCO of approximately 3.1 to 3.2%, whereas a 75 Shore D will have an NCO content of about 11.2%. | Một vật liệu 80 Shore A sẽ có NCO xấp xỉ khoảng từ 3.1 tới 3.2%, trong khi một vật liệu 75 Shore D sẽ có hàm lượng NCO khoảng 11.2%. |
| To obtain the chain extension, one must add an appropriate amount of an amine or diol curative. | Để thực hiện sự kéo dài mạch, người ta phải thêm vào một lượng chất kết mạng amin hoặc diol thích hợp. |
| For every curative, there is a different amount that must be added. | Đối với mỗi chất kết mạng, lượng sử dụng sẽ khác nhau. |
| The manufacturers of the prepolymers and curatives will give the appropriate factors for mixing the polyurethane. | Các nhà sản xuất prepolyme và chất kết mạng sẽ cung cấp những tỷ lệ phù hợp để pha trộn polyurethane. |
| The prepolymer must be heated before use. | Prepolyme phải được gia nhiệt trước khi sử dụng. |
| This is to reduce the viscosity of the material as well as to obtain the correct cure rate and complete cure time. | Điều này làm giảm độ nhớt của vật liệu cũng như giúp đạt vận tốc lên kết mạch chính xác và thời gian kết mạng hoàn toàn. |
| The amine and the prepolymer each have two available sites for reaction. | Amin và prepolyme đều có hai vị trí để phản ứng. |
| The amine will react with one isocyanate (NCO), and then the second amine will react with another isocyanate. | Nhóm amin sẽ phản ứng với một isocyanat (NCO), và sau đó nhóm amin thứ hai sẽ phản ứng với một isocyanat khác. |
| This reaction will in effect double the length of the chain. | Phản ứng sẽ có hiệu quả làm tăng gấp đôi chiều dài mạch. |
| The reaction will continue until all the amine has been used up. | Phản ứng sẽ tiếp tục cho tới khi tất cả amin được sử dụng hết. |
| As the chains become longer they become more entangled and the viscosity of the material increases. | Khi mạch trở nên dài hơn, chúng bắt đầu xoắn lại nhau và độ nhớt của vật liệu tăng lên. |
| At a certain point, some order begins to appear in the mixture, and the hard segment areas all tend to agglomerate into a group and the soft or body section of the prepolymer remains separate.. | Tại một thời điểm nào đó, một vài sự trật tự bắt đầu xuất hiện trong hỗn hợp, và các pha cứng có khuynh hướng tập trung lại thành một nhóm và các pha mềm hoặc phần thân của prepolyme vẫn tách biệt |
| These agglomerated areas form hydrogen bonds and begin to give the material strength. | Những vùng tập trung này hình thành liên kết hydro và bắt đầu tạo nên độ bền của vật liệu. |
| Careful experimentation will show that after 2 to 3 hours,95% of the available isocyanate groups have been used up (at 80oC). | Thí nghiệm cẩn trọng sẽ chỉ ra rằng sau từ 2 đến 3 giờ, 95% các nhóm isocyanat được sử dụng hết (ở 80oC). |
| After 14to 16 hours, more than 99% have been used up. | Sau từ 14 tới 16 giờ, hơn 99% các nhóm isocyanat được sử dụng hết |
| The final properties of the polyurethane can be enhanced by using slightly more or less than the theoretical amount of curative needed to react with all the available isocyanate groups. | Những tính năng cuối cùng của polyurethane có thể được cải thiện bằng cách dùng nhiều hơn hoặc ít hơn một chút lượng chất kết mạng lý thuyết cần dùng để phản ứng với tất cả các nhóm isocyanate. |
| Table 4.1 details the changes in properties with respect to the level of curative. | Bảng 4.1 Chi tiết những thay đổi về tính năng theo lượng dùng của chất kết mạng. |
| Table 4.1 Property Changes with Different Curative Levels | Bảng 4.1 Sự thay đổi tính năng theo lượng dùng khác nhau của chất kết mạng |
| Property - Effect of Changes in Mixing Ratios | Tính chất - Ảnh hưởng theo sự thay đổi tỷ số phối trộn |
| Physical Properties | Những tính chất vật lý |
| Hardness - Remains unchanged between 85–100% theory | Độ cứng - Không đổi trong khoảng 85-100% lý thuyết |
| Tensile strength at break - Maximum physical properties are achieved between 90–95% theory | Độ bền kéo tại điểm đứt - Những tính chất vật lý tốt nhất đạt được giữa 90 – 95% lý thuyết |
| Modulus - Stable; minor change over the range of 85–100%; decrease outside this range | Modun - Ổn định; thay đổi nhỏ trong khoảng 85 – 100%; giảm ngoài khoảng này |
| Elongation - Maximum elongation at 100–105% theory | Độ dãn dài – Độ dãn dài tốt đa tại 100 – 105% lý thuyết |
| Tear strength - Maximum properties at 100–105% theory | Độ bền xé - Những tính chất tối đa ở 100 – 105% lý thuyết |
| Compression set - Best at 85–95% theory | Độ chịu biến dạng nén - Tốt nhất ở 85 – 95% lý thuyết |
| Dynamic Properties | Những tính chất động |
| Flex life - Maximum property at 100–105% theory | Tuổi thọ uốn dẻo - Tính chất tối đa ở 100 – 105% lý thuyết |
| Abrasion resistance - Remains relatively unchanged between 85–105% theory, although 100–105% is the best | Độ chịu mài mòn - Tương đối không thay đổi giữa 85 – 105% lý thuyết, mặc dù 100 – 105% là tốt nhất. |
| Resilience - Maximizes at 85–90%; slight decrease above this range | Tính tưng nảy - Tối đa ở 85 – 90%; giảm một chút trên khoảng này |
| Hysteresis, dynamic mechanical - Low percent stoichiometry is preferred | Trễ đàn hồi, cơ học động lực - Hệ số tỷ lượng thấp thì tốt hơn |
| Other | Khác |
| Heat resistance - Best at 85–95% theory | Tính chịu nhiệt - Tốt nhất ở 85 – 95% lý thuyết |
| The theoretically calculated value of the amount of curative needed to react with all the available isocyanate is called the 100% theoretical, or stoichiometric,value. | Giá trị tính toán lý thuyết cho lượng dùng chất kết mạng cần dùng cần để phản ứng với tất cả isocyanat được gọi là hệ số lý thuyết 100%, hoặc là hệ số tỷ lượng. |
| Quasiprepolymers (Cold Cure Materials) | |
| One of the major advantages of quasiprepolymers is the ability to produce parts using a system with very even mixing ratios. nhau. | Một trong những ưu điểm của quasiprepolyme là khả năng sản xuất ra các chi tiết bằng cách dùng một hệ thống có tỉ lệ phối trộn ngang. |
| The reduction in errors when using small quantities of highly hydroscopic materials such as BDO is very important. | Sự giảm thiểu sai sót khi dùng một lượng nhỏ những vật liệu có tính hút ẩm cao như là BDO là rất quan trọng. |
| Unless prepared in-house, the disadvantage is that the chemistry is controlled by the manufacturer of the system. | Khuyết điểm là thành phần hóa học được kiểm soát bởi nhà sản xuất hệ thống, ngoại trừ trường hợp tự chuẩn bị. |
| When using these systems, one must always ensure that both sides are individually very well mixed prior to the final blending. | Khi dùng những hệ này, phải luôn đảm bảo rằng cả hai thành phần được khuấy rất tốt trước khi khuấy trộn cuối cùng với nhau. |
| The manufacturer of the system will make every effort to ensure that the components are all fully soluble in each other, but on occasion, they will separate out. | Nhà sản xuất của những hệ thống này sẽ cố gắng để đảm bảo rằng các thành phần tan hoàn toàn vào nhau, nhưng thỉnh thoảng, chúng cũng phân tách ra. |
| When these materials are processed, two reactions take place. | Khi những vật liệu này được gia công, hai phản ứng xảy ra. |
| The polyol side will react with the isocyanate, and the curative will extend the polymer chains to their maximum length. | Phần polyol sẽ phản ứng với isocyanat, và chất kết mạng sẽ kéo dài mạch polyme tới một chiều dài tối đa. |
