Como a Fórmula Molecular do Poliuretano Impulsiona o Desenvolvimento de Produtos

Poliuretanos são materiais plásticos incrivelmente versáteis que passaram a desempenhar um papel importante nos produtos que as pessoas usam todos os dias. Poliuretanos foram inventados em 1937 pelo Dr. Otto Bayer e usados principalmente como substitutos de borracha durante a Segunda Guerra Mundial. Nos anos 1950 e 60, poliuretanos estavam sendo usados em elastômeros, adesivos e espumas de amortecimento flexíveis.

Hoje, este material é tão onipresente que pode ser encontrado em quase qualquer produto em qualquer grande indústria. Aplicações comuns incluem roupas de couro, sistemas de isolamento térmico, spoilers de carros, campos cirúrgicos e muito mais.

Como é possível que poliuretanos possam assumir tantas formas vastamente diferentes? Tudo se resume à fórmula química do poliuretano. Aqui está o que engenheiros e equipes de produto devem saber sobre os diferentes tipos de poliuretanos, por que a formulação do poliuretano importa e como a formulação pode impactar suas peças finais.

Poliether vs. poliéster — qual a diferença?

Mais comumente, poliuretanos são derivados de poliéteres e poliésteres. Ambos têm propriedades elásticas, ambos podem ser feitos para qualquer dureza, e ambos têm uma variedade de aplicações em várias indústrias. No entanto, poliether e poliéster não são intercambiáveis. Engenheiros devem se familiarizar com as principais diferenças entre esses dois materiais para garantir que estão escolhendo o melhor plástico de poliuretano para sua aplicação.

Poliuretanos à base de poliéster são usados em uretanos mais macios (abaixo de 90A durometer) e são conhecidos por sua forte resistência a corte, abrasão, rasgo e solventes. Eles podem suportar temperaturas mais altas por mais tempo do que poliuretanos à base de poliether e têm maior resistência à tração. O poliéster também é uma excelente escolha para absorção de choque e amplamente usado em aplicações que requerem amortecimento de vibração. Aplicações populares incluem rolos de equipamentos bancários, almofadas de para-choque e grampos de automação.

No entanto, o poliéster tem suas desvantagens. O material geralmente tem má resistência à umidade e não é recomendado para peças que serão expostas a água ou ambientes de alta umidade. Hidrólise quebrará as propriedades físicas do material.

Poliuretanos à base de poliether, por outro lado, são usados em uretanos mais duros (acima de 90A durometer) e tendem a oferecer maior resistência à umidade e propriedades mais dinâmicas do que poliuretanos à base de poliéster. Este material também tem melhor recuperação (rebound), melhor flexibilidade em baixas temperaturas e melhor desempenho em aplicações de alta velocidade. Suas excelentes propriedades mecânicas também o tornam adequado para peças que experimentarão estresse médio a alto.

Aplicações populares de poliether incluem rodas de skate, rodas de elevador, rolos de conformação de chapas metálicas e uma variedade de aplicações alimentícias seguras. Mesmo que o poliether seja usado em uretanos mais duros, este material na verdade oferece menos resistência à abrasão que o poliéster e é mais propenso a rasgar. Também geralmente vem com um preço mais alto.

Por que a formulação do poliuretano importa

Para entender por que a formulação do poliuretano é tão importante, é útil entender o básico da química do poliuretano. Poliuretanos são criados através de uma reação química entre um poliol e um isocianato, que cria um pré-polímero. Esse pré-polímero é então reticulado com um curativo para formar poliuretano. Esta fórmula química do poliuretano pode parecer simples, mas há muito espaço para complexidade e variabilidade.

Considere poliuretanos termofixos como exemplo. Tipicamente, esses tipos de poliuretanos são compostos por esqueletos TDI ou MDI — que respectivamente oferecem boas propriedades mecânicas em temperaturas altas e baixas — combinados com ligações químicas éter ou éster. Poliuretanos éster incluem dois átomos de oxigênio e dois átomos de carbono, enquanto poliuretanos éter incluem apenas um átomo de oxigênio e dois átomos de carbono.

Cada combinação única desses esqueletos e ligações químicas dará ao material resultante diferentes propriedades físicas. Existem também dezenas de produtos químicos que podem ser usados como curativos em poliuretanos, além da possibilidade de misturar curativos e aditivos para criar algo totalmente novo.

Com todos esses fatores em jogo, é possível criar uma variedade aparentemente infinita de formulações fazendo pequenos ajustes na fórmula química do poliuretano. É por isso que engenheiros e equipes de produto devem avaliar todos os aspectos de seu plástico de poliuretano prospectivo e evitar escolher um material com base em um ou dois critérios.

Se duas bolas de poliuretano saltitantes têm a mesma dureza mas síntese química diferente, uma pode cair no chão enquanto a outra pode saltar de volta. Para garantir que uma peça final funcione exatamente como deveria, engenheiros e equipes de produto devem levar a formulação do poliuretano em consideração cuidadosa durante o processo de desenvolvimento de produto.

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Resumindo, poliuretanos de poliéster são mais adequados para formulações de durometer mais baixo, aplicações de alta temperatura e peças que requerem absorção de choque ou vibração. Poliuretanos de poliether são melhores para formulações de durometer mais alto, aplicações de alta velocidade ou alto estresse e peças que serão expostas à água.

Equipes de produto e engenheiros devem avaliar as formulações químicas únicas de qualquer poliuretano prospectivo para garantir que suas peças finais tenham as propriedades desejadas e atendam a todos os requisitos críticos. Trabalhar com um parceiro de fabricação experiente pode ajudar.

A Fast Radius pode ajudar equipes de produto a desvendar todas as complexidades da formulação de poliuretano para que possam selecionar o plástico de poliuretano certo para seu caso de uso específico. Nossa talentosa equipe de designers, consultores e engenheiros sabe o quão importante é a seleção de materiais, e pode ajudar a iniciar um projeto da maneira certa. Entre em contato conosco hoje para começar e saber mais sobre os serviços que oferecemos.

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