Термопластичный полиуретан (ТПУ) обладает не только высокой прочностью и износостойкостью, характерными для сшитых полиуретанов, но и термопластическими свойствами линейных полимерных материалов, что расширяет сферу его применения на пластмассовую отрасль. Особенно в последние десятилетия ТПУ стал одним из наиболее быстро развивающихся полимерных материалов.

ТПУ-пленка является важной формой применения материала ТПУ и в последние годы, благодаря развитию и прогрессу высоких технологий, получила всё более широкое распространение. Однако из-за сложности обработки и нестабильности продукции на материковом Китае пока ещё нет производителей, способных осуществлять её массовое производство на должном уровне.

1. Современное состояние производства и применения пленки TPU

1.1 Анализ ситуации с производством ТПУ-пленки

Производство материалов ТПУ в основном сосредоточено в США, Западной Европе и Японии; определённая доля приходится также на тайваньский регион Китая. Ведущие международные компании в этой области включают Bayer, Dow, Mobay и Dupont. В тайваньском регионе Китая также представлены такие влиятельные производители ТПУ, как Sanhong Chemical, Gaoding Chemical, Risheng Chemical и DingZing Chemical. ТПУ-пленка является важным направлением применения ТПУ и одним из рынков с наибольшим потенциалом для этого материала. Основными производителями данной продукции являются немецкая компания Bayer, тайваньская DingZing Chemical и южнокорейская Jin Xing Chemical; среди них компания DingZing особенно выделяется своими достижениями в отрасли.

Однако, с одной стороны, продукты из ТПУ-пленки обладают весьма нестабильными характеристиками в процессе производства, что требует использования высокотехнологичных методов и оборудования для разработки и контроля качества. С другой стороны, конкуренция со стороны других материалов и экономические факторы также вынуждают производство ТПУ-пленок развиваться в направлении повышения эффективности — необходимо обеспечивать повторяемость высококачественных ТПУ-пленок для снижения затрат. В то же время требуется расширение ассортимента ТПУ-пленок: они должны быть как тоньше, так и толще, а также оснащаться более передовыми высокотехнологичными решениями для улучшения их физических свойств и получения большей добавленной стоимости. Эти два аспекта уже стали узкими местами, ограничивающими развитие отечественных производителей ТПУ в Китае.

1.2 Состояние применения ТПУ-пленок

Благодаря высокой прочности, износостойкости, отличной эластичности и устойчивости к атмосферным воздействиям, ТПУ-пленка широко применяется в таких отраслях, как автомобильная промышленность, обувное производство, клеевое соединение одежды, готовая одежда, химическая промышленность, электроника и медицина. Поскольку во многих странах всё больше внимания уделяется охране окружающей среды — особенно с тех пор, как Европейский союз запретил использование ПВХ в таких материалах, как обувь, — люди стремятся найти другие подходящие материалы для замены.

Благодаря своей экологичности, нетоксичности, а также легкости переработки и разложения, ТПУ-пленка стала отличной альтернативой ПВХ-материалам в обувной промышленности; где бы ни использовался ПВХ, его можно заменить на ТПУ. Для выхода на рынки Европы и США крайне важны сертификаты испытаний от таких известных международных организаций, как SGS, ASTM, JIS и FDA — они служат своего рода пропуском на эти рынки.

Например, известный бренд тонких плёнок DingZing Film уже давно прошёл эти сертификации; его плёнки отличаются стабильным качеством, не токсичны, не загрязняют окружающую среду, не содержат восьми опасных тяжёлых металлов и поддаются сжиганию и разложению, что обеспечило этому бренду широкое признание во всём мире.

Пленки TPU делятся на две основные категории: полиэфирные и полиэфирные эфиры. Полиэфирные продукты обладают лучшей термостойкостью и химической стойкостью и широко применяются в качестве замены изделий из ПВХ. Полиэфирные эфиры, в свою очередь, отличаются превосходной устойчивостью к низким температурам, гидролизу и противогрибковыми и антибактериальными свойствами; они широко используются в изделиях, контактирующих с водой.

Области применения пленки TPU включают, в основном, следующие направления:

(1) Водонепроницаемая и паропроницаемая ТПУ-пленка для текстильных изделий. Введение высокотехнологичных гидрофильных групп делает эту ТПУ-пленку не только высоко водонепроницаемой, но и обладающей улучшенной паропроницаемостью. Этот прорыв в материале в сочетании с технологиями прилегания к тканям значительно повышает добавленную стоимость текстильных изделий; ярким примером являются бренд Dintex компании DingZing и немецкий бренд Goretex. Такие новаторские и практичные ткани пользуются огромным спросом среди потребителей.

(2) ТПУ-пленка серии, не желтеющая при воздействии ультрафиолетового излучения, предназначенная для защиты от ультрафиолетового излучения.

(3) Термопластичная полиуретановая плёнка для клеевого применения.

(4) ТПУ-пленка, используемая в обувных материалах, обладает отличной печатаемостью и легкостью обработки, что делает ТПУ идеальным материалом для изготовления специализированных обувных пленок, таких как для баскетбольной обуви, повседневной обуви и сандалий. Например, такие известные международные бренды спортивной обуви, как Nike, Reebok, Converse и Adidas, а также популярные отечественные бренды, такие как Anta, Li-Ning, Xtep и Hongxing Erke, являются преданными пользователями ТПУ-пленки. Кроме того, ТПУ-пленка является оптимальным выбором для некоторых объемных торговых марок.

(5) ТПУ-пленка для изделий, подвергающихся продувке. Следует отметить, что, поскольку при синтезе ТПУ трудно контролировать соотношение исходных материалов и температуру реакции, а сам ТПУ обладает недостаточной стабильностью, его толщину нелегко регулировать. Поэтому производители обычно не используют площадь пленки в качестве меры для продажи. На практике продажи чаще всего осуществляются в килограммах — только так можно достоверно отразить реальную стоимость материала. Предприятия, которым требуется эта пленка, обычно ориентируются лишь на длину и ширину используемого материала. Поэтому длину (в ярдах) и вес (в килограммах) ТПУ-пленки часто приходится конвертировать. Рыночная цена ТПУ-пленки составляет примерно 70 юаней за килограмм; её стоимость корректируется в зависимости от колебаний цен на нефть и сырьё, используемое для синтеза ТПУ.

2 Исследование ТПУ-пленки

2.1 Исследование сырья для производства ТПУ-пленки

Технологический процесс: три исходных материала нагревают в соответствующих резервуарах до температур 90℃, 70℃ и 40℃; затем с помощью дозирующих насосов они подаются в смесительную головку, где быстро вращающийся ротор обеспечивает их равномерное смешение. Полученная смесь наносится на транспортёрную ленту, после прохождения через сушильный туннель жидкий ТПУ затвердевает в пластинки. Затем эти пластинки измельчают или режут на гранулы и отправляют на экструдер, где при температуре 132℃ осуществляется вторичная грануляция.

2.2 Исследование технологичности

Разработка ТПУ-пленок тесно связана с методами переработки материалов ТПУ и одновременно предъявляет новые требования к характеристикам исходного сырья. Поскольку отечественные гранулы ТПУ трудно удовлетворяют технологическим требованиям, даже если отечественные производители способны их выпускать, они в основном импортируют гранулы ТПУ из-за рубежа.

Основными методами переработки пленок из ТПУ являются выдувное формование, литье с разливом, экструзия в форме буквы «Т» и каландрирование. Конечный продукт обычно не требует реакции вулканизации и сшивания, что позволяет сократить производственный цикл; отходы могут быть回收 и повторно использованы. В пленках из ТПУ широко применяются добавки и наполнители для улучшения определённых физических свойств, технологичности или снижения себестоимости.

Меры предосторожности при обработке:

① Обеспечьте, чтобы материал оставался в сушилке 4 часа, поскольку сырье TPU легко поглощает влагу.

② Вязкость материала очень чувствительна к температуре и её изменениям; необходимо обращать внимание на контроль температуры в ходе реакции, а также на локальный контроль температуры в формующей головке.

③ Что касается толщины, то у массово производимых пленок распределение толщины довольно неоднородно. Поэтому в процессе производства необходимо точно измерять толщину ТПУ-пленки с учетом применяемого метода обработки, чтобы добиться лучшего контроля над её толщиной.

④ Конструкция пресс-формы должна обеспечивать беспрепятственное прохождение материала; задержка материала недопустима.

⑤ Ввиду особенностей материала TPU, мощность привода обрабатывающего оборудования должна быть в 1,5–2,0 раза выше, чем при обработке некоторых общих пластиков.

Выдувное формование пленки — это относительно новая технология, применяемая при небольших объемах производства; перед обработкой материал необходимо высушить. Диапазон температур для сушки ТПУ составляет от 82 до 121℃.

Строго говоря, ТПУ-пленка не должна содержать пластификаторов, поскольку сами по себе пластификаторы являются токсичными химическими веществами. Однако из-за технологических и аппаратных ограничений многие компании вынуждены использовать их для снижения вязкости гранул, уменьшения твердости и понижения молекулярной массы, чтобы облегчить обработку материала. При этом недостатком такого подхода является возникновение таких проблем, как хрупкость пленки, неприятный запах и миграция масел, что серьезно влияет на физические свойства пленки и её экологическую безопасность.

В настоящее время самая тонкая толщина ТПУ-пленки в мире составляет 10 мкм. Японская пленка Mirac-tranTPU достигает нескольких десятков микрон, тогда как толщина ТПУ-пленки от DingZing может быть всего 12 мкм, что превосходит аналогичные показатели производителей ТПУ из Южной Кореи, Японии и США. Пленки из ТПУ идеально подходят для комбинированных методов обработки — таких как горячее прессование, высокочастотная обработка, шитьё или склеивание — а также для печати чернилами, вакуумного или высокочастотного прессования с созданием трёхмерных эффектов.

2.3 Исследование свойств ТПУ-пленки

Характеристики пленки TPU изучаются главным образом с точки зрения таких показателей, как стойкость к разрыву, износостойкость, гибкость при изгибе, водостойкость, устойчивость к желтизне, низкотемпературные свойства, термостойкость и устойчивость к окислению, антигрибковые и антибактериальные свойства, маслостойкость, проницаемость для газов и биомедицинские характеристики. Эксперименты подтверждают, что по сравнению с пленками из других обычных пластических материалов пленка TPU демонстрирует превосходные результаты по всем этим параметрам.

2.4 Проверка пленки TPU

В настоящее время толщина полиуретановых пленок TPU, производимых в больших объемах на международном рынке, по-прежнему характеризуется значительными отклонениями. В таких условиях для завоевания большей доли рынка крайне необходимы передовые производственные линии, оснащённые высококачественными технологиями измерения и контроля. Проверка полиуретановых пленок TPU преследует две цели: во-первых, выявлять прорывы и брак; во-вторых, с помощью проверки контролировать толщину пленок TPU. Распределение толщины пленки определяется с помощью прибора для измерения толщины, который перемещается вокруг пузыря пленки вверх, вниз, влево и вправо.

Также на рынок измерений тонких пленок начинают поступать некоторые сенсорные элементы и емкостные сенсорные элементы. В настоящее время, по данным мирового рынка контроля ТПУ-пленок, на большинстве производственных партий ТПУ-пленки обнаруживается от 7 до 10 мелких проколов на одном рулоне. Лишь очень немногие производители способны обеспечить всего 1–2 прокола на рулон — а иногда даже ноль мелких проколов.

Из-за того, что пропорции сырья и температура реакции при производстве ТПУ-пленок трудно контролировать, многие клиенты недовольны и жалуются на погрешности в продукции из ТПУ-пленок. Опыт на месте показывает: даже в один и тот же день, на одном и том же оборудовании, продукция одного и того же размера иногда может значительно отличаться. Поэтому для компаний, стремящихся укрепить и расширить своё присутствие на рынке ТПУ, необходимо увеличить инвестиции в технологии производства и измерительное оборудование. Только так можно обеспечить высокое качество продукции и удовлетворённость клиентов. Однако современное оборудование для контроля ТПУ-пленок часто бывает очень дорогим; поэтому для многих малых и средних производителей ТПУ-пленок контроль толщины пленки и снижение процента брака представляют собой серьёзную проблему.

Что касается проверки ТПУ-пленки в процессе её приобретения клиентом, следует обратить внимание на то, что при оценке внешнего вида ТПУ-пленки нельзя отрезать небольшой кусочек для осмотра — вместо этого необходимо использовать целый рулон в качестве образца. Только так можно заметить мельчайшие детали и различия. В настоящее время наиболее подходящими для нанесения логотипов на одежду и обувь являются ТПУ-пленки, лишенные водянистых волн и частиц, идеально ровные и гладкие. Чтобы защитить ТПУ-пленку и сохранить её высокую чистоту, часто используются защитные плёнки из ПЭ, ПЭТ или антипригарной бумаги. Поэтому на практике обычно видно, что ТПУ-пленка состоит из двух слоёв; при использовании достаточно просто снять защитную плёнку.

4 Перспективы полиуретановой пленки TPU

ТПУ-пленка — это экологически чистый материал, который благодаря своим превосходным характеристикам и экологической безопасностью получает всё более широкое применение, поэтому у него отличные перспективы на рынке.

Печатаемость обеспечивает быстрый рост применения ТПУ-пленок в обувной промышленности; автомобильная отрасль также представляет собой крупный рынок для роста ТПУ-пленок и ТПУ-продуктов; технология выдувного формования уже начала демонстрировать высокие темпы роста в южных городах Китая. Водонепроницаемые и паропроницаемые мембраны — это огромный рынок, однако, поскольку такие мембраны приходится совмещать с тканями, некачественная технология может повредить и саму ткань; поэтому к качеству ТПУ-пленок предъявляются очень высокие требования. Мы полагаем, что по мере развития технологий эта отрасль будет развиваться ещё более интенсивно. Что касается биомедицинских характеристик, ТПУ-пленки не токсичны, не вызывают аллергических реакций и не оказывают местного раздражающего действия, что позволяет широко применять их в медицинских и гигиенических изделиях. В строительной отрасли плёночные ламинаты, используемые в качестве внутренних покрытий кровель, по прогнозам могут стать весьма значимой отраслью; также перспективным является использование ТПУ-пленок в теплицах вместо полиэтиленовых пленок с ограниченным сроком службы.

Кроме того, по сообщениям разработчиков компании Nike, нанесение шелкографии на ТПУ-пленку значительно увеличивает трудоемкость и количество технологических операций. Поэтому, чтобы сэкономить человеческие, финансовые и материальные ресурсы, обувные фабрики надеются, что предприятия, производящие ТПУ-пленку, смогут предложить им ТПУ-пленку любых желаемых цветов. Именно в этом направлении предприятия должны прилагать усилия.

В целом, по мере усиления конкуренции на рынке именно высококачественные и доступные по цене ТПУ-пленки смогут доминировать на международном рынке ТПУ-пленок. Поэтому международным производителям ТПУ-пленок следует интенсивно работать над технологиями, разрабатывать новые виды продукции и постоянно внедрять инновации, чтобы сделать рынок этого экологически чистого материала ещё больше и лучше.