Что такое полиуретан: виды, свойства и детали из него

Слово «полиуретан» в поиске закрывает десяток разных материалов: от мягкой поролоновой губки до ролика, который держит тонну. Объединяет их химия, а не свойства.

Полиуретан получают реакцией изоцианата с полиолом

Полиуретаны относят к гетероцепным полимерам: в их цепях повторяется уретановая группа, атомы азота, углерода и кислорода, связанные в характерный узел. Получают их реакцией двух жидких компонентов. В одном компоненте изоцианат, например MDI или TDI, в другом полиол: длинная гибкая молекула на основе простых или сложных полиэфиров. Добавляют удлинители цепи, сшивающие агенты и катализаторы (справка о полиуретанах).

Главная особенность в том, что материал образуется прямо в форме или на поверхности, из жидкостей. Меняя полиол, изоцианат и соотношение, технолог получает и мягкую пену, и жёсткий эластомер, и твёрдое покрытие. Если в реакцию попадает вода, выделяется углекислый газ и получается пена: так делают поролон, и так же портится литьевая заготовка, если компоненты отсырели.

Одно название закрывает пять разных материалов

Литьевой полиуретан плотнее поролона в несколько десятков раз. Пример: брусок 100 × 100 × 100 мм из поролона весит, условно, 30 г, из литьевого полиуретана около 1,15 кг. Поэтому вопрос «выдержит ли полиуретан нагрузку» без уточнения вида не имеет ответа.

Литьевой полиуретан делают для деталей

Литьевой полиуретан получают заливкой жидкой композиции в форму с отверждением при нагреве. Его твёрдость лежит в окне 60–95 Shore A, некоторые марки твёрже, до шкалы Шор D. Прочность при растяжении у литьевых эластомеров, ориентировочно, 20–50 МПа, удлинение 300–800 %, что выше, чем у большинства резин той же твёрдости. Классы жидких систем и отечественные марки СКУ описаны отдельно: литьевой полиуретан различают по отвердителю и полиэфиру.

Рядом в каталогах стоит ТПУ, гранулы, из которых на термопластавтомате штампуют тысячи одинаковых мелких изделий: колпачки, ремешки, оболочки кабеля. Для заказчика одного скребка длиной метр или пяти роликов он неудобен, потому что требует дорогой литьевой формы под давлением. Сравнивать их по одной паспортной твёрдости тоже нельзя: под постоянным сжатием в тёплом узле термопластичный полиуретан и литьевой ведут себя по-разному.

Твёрдость литьевого полиуретана подбирают под задачу детали

Буферы, отбойники и амортизаторы делают из мягких марок, ориентировочно 60–80 Shore A, чтобы деталь гасила удар ходом. Скребки и ножи очистки ленты 70–90 Shore A: мягче прилегает к ленте, твёрже медленнее изнашивается. Ролики, колёса и обрезинка валов 75–95 Shore A, манжеты и грязесъёмники гидравлики 90–95, втулки и вкладыши 90–95 и твёрже. Футеровки лотков 60–90, в зависимости от того, бьют ли по ним куски или по ним скользит мелочь.

Пример выбора: ролик конвейера под нагрузкой 150 кг на ролик и скоростью 1 м/с. Мягкий 70 Shore A лучше гасит удары от стыков ленты, но сильнее нагревается от качения и быстрее деформируется. Твёрдый 92 Shore A греется меньше, держит форму, но передаёт удары на подшипник. Обычно берут середину, 85–90 Shore A, и уточняют после пробного ролика.

Чем полиуретан лучше резины в деталях?

Полиуретан в деталях выигрывает у резины стойкостью к истиранию, прочностью на разрыв и сопротивлением выдавливанию в зазор: при той же твёрдости литьевой эластомер, ориентировочно, прочнее большинства резин в 2–3 раза и изнашивается в абразиве медленнее. Проигрывает он нагреву выше примерно +80 °C, горячей воде и пару, где марки на сложных эфирах гидролизуются, а также концентрированным кислотам и щелочам.

Слабые места полиуретана видны заранее

Верхняя граница у литьевых марок общего назначения, ориентировочно, +80 °C длительно и +100 °C коротко, нижняя около −30 °C. Опасность выше границы не только в размягчении: полиуретан плохо проводит тепло, и в быстро катящемся нагруженном ролике сердцевина греется сильнее поверхности, пока не начнёт разрушаться изнутри. Не выносит полиуретан и горячей воды с паром. Марки на сложных полиэфирах в них гидролизуются, и деталь крошится иногда за несколько месяцев, как это бывает при гидролизе полиуретана; для мокрых узлов берут простые полиэфиры, но и они в горячей воде и паре служат ограниченно, поэтому допустимую температуру воды сверяют с паспортом марки.

К минеральным маслам и смазкам полиуретан стоек, поэтому работает в гидравлике. Концентрированные кислоты, щёлочи, кетоны и ряд растворителей его разрушают. Когда выбор стоит между двумя эластомерами для одного узла, решают износ, температура и среда, и полиуретан или резина сравниваются именно по ним.

Деталь из полиуретана льют в форму или точат

Для серии и крупных деталей полиуретан льют в форму: литьё полиуретана не требует пресса, форма проще и дешевле пресс-формы для резины, а обрезинка вала идёт прямо на металлическую основу. Единичную небольшую деталь, манжету или втулку, точат из литой заготовки на станке без формы. Пластину раскраивают гидроабразивом или ножом.

Каталог изделий из полиуретана включает ролики и колёса, втулки, буферы и демпферы, скребки, манжеты гидравлики и футеровки. Твёрдость и марку под деталь мы подбираем по нагрузке, абразиву, температуре и воде в узле.

В заявке на полиуретановую деталь нужны условия, а не слово

Слова «полиуретан» в заявке мало: оно не говорит ни о твёрдости, ни о типе полиэфира. Мы записываем в КП отдельно то, что дал заказчик, например «скребок 1 000 × 150 × 20 мм, лента с песком, на улице», и то, что предлагаем сами: литьевой полиуретан 85 Shore A на простом полиэфире, литьё в форму. Вторая часть согласуется письменно, и если условия узла окажутся другими, например горячая вода вместо холодной, выбор пересматривается до заливки, а не после отказа детали.

К чертежу или образцу добавьте три цифры и два факта. Цифры: нагрузка на деталь, скорость движения, температура в узле. Факты: чем изнашивается деталь (песок, руда, бумага, металл) и есть ли рядом вода, масло или химия. Если прежняя полиуретановая деталь разрушилась, фото излома скажет больше описания: крошка указывает на гидролиз, оплавленная сердцевина на перегрев, ровный износ на правильный материал с недостаточной твёрдостью.

Полиуретан для пищевых и медицинских узлов выбирают отдельно

Технический литьевой полиуретан делают для роликов, скребков и гидравлики, и документов на контакт с пищей у него нет. Для пищевого оборудования существуют специальные марки с разрешёнными компонентами и протоколами миграции, и деталь из них заказывают с указанием продукта, температуры мойки и моющих средств. Полиуретан в горячей щелочной мойке пищевой линии живёт заметно меньше, чем в сухом цеху, и это тоже часть выбора.

Детали для медицинских изделий мы принимаем только после отдельной технической оценки: если подтвердить нужные характеристики материала нечем, от заказа отказываемся. Для пищевого узла в заявке напишите продукт, температуру и химию мойки; деталь делаем только из марки с документом изготовителя о контакте с пищей, а без такого документа пищевой допуск детали не подтверждается.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.