Литьевой полиуретан: марки, твёрдость и ограничения

Под литьевым полиуретаном в цехе понимают уретановый эластомер, который приходит на участок жидкими компонентами и получает форму детали прямо при отверждении. Резину вулканизируют под давлением в пресс-форме, а здесь смесь заливают при атмосферном давлении, поэтому оснастка проще и дешевле. Отсюда главное следствие для заказчика: литьё оправдано и на партии из десяти роликов, и на крупной плите футеровки весом в десятки килограммов.

Литьевым называют полиуретан, который получает форму при отверждении

Жидкая система состоит из двух частей. Первая часть содержит изоцианатные группы: это либо готовый преполимер, где полиэфир уже связан с диизоцианатом, либо отдельный изоцианат. Вторая часть отверждает её: диамин, диол или их смесь. После смешивания начинается реакция, вязкость растёт, и у литейщика есть несколько минут, чтобы дегазировать смесь и заполнить форму. Деталь снимают с формы через десятки минут или часы, а полные свойства она набирает после дотверждения в термошкафу.

Свойства задаются тремя выборами. Полиэфир определяет поведение в воде и масле: простой полиэфир лучше держит влагу, сложный лучше держит масла и износ. Изоцианат определяет технологию переработки: толуилендиизоцианат (ТДИ) или дифенилметандиизоцианат (МДИ). Отвердитель и его доза определяют твёрдость и эластичность. Весь цикл на участке проходит по технологии литья полиуретана.

Три класса жидких систем различаются отвердителем и нагревом

Для заказа детали удобно делить системы на три класса. Это классификация Сивиза для разговора с заказчиком, у производителей сырья деление подробнее.

Под литьевым полиуретаном часто понимают холодные компаунды, которые продают для изготовления форм и декора. Для детали, которая стоит в механизме, их берут редко: на нагрузке и абразиве они уступают горячим системам. Такие компаунды льют в силикон, и у литья полиуретана в силиконовые формы есть свой предел.

Отечественные марки отличаются полиэфиром: СКУ-7Л и СКУ-ПФЛ-100

В заявках и на старых чертежах чаще всего стоят две отечественные марки горячего литья. СКУ-ПФЛ-100 построен на простом полиэфире, а для СКУ-7Л поставщики указывают низкую гидролитическую стойкость, характерную для сложноэфирных систем, отсюда и разное поведение во влажном узле. У первой марки, СКУ-ПФЛ-100, есть паспортные цифры, импортные аналоги и типовые детали.

СКУ-7Л поставщики описывают как более мягкую и растяжимую марку с низкой гидролитической стойкостью. Для заказчика из этого следует простое правило выбора. Деталь в масле и на сухом абразиве можно делать из СКУ-7Л, деталь, которую моют водой или ставят на улице, лучше лить из простоэфирной марки. Цифры поставщиков расходятся между собой, поэтому в КП записывают марку, а свойства подтверждают паспортом партии сырья.

Окно твёрдости литых деталей задаёт назначение

Литьё закрывает примерно 60–95 Shore A, а твёрдые марки уходят на шкалу D. Внутри окна каждой детали соответствует своя полоса, и выход из неё заметен сразу: мягкий буфер проседает, твёрдый скребок режет ленту, мягкая манжета выдавливается в зазор.

Полосы по деталям и подбор точного значения под нагрузку, нагрев при качении и допуск на твёрдость вынесены в статью о твёрдости полиуретана по Шору.

Загрузку формы считают от объёма детали

Пример: бандаж ролика с наружным диаметром 120 мм на ступице 80 мм шириной 50 мм. Под последующую обточку литьё ведут на диаметр 126 мм. Объём кольца: 0,785 × (12,6² − 8,0²) × 5,0 ≈ 372 см³. Ещё около 10 % уходит на литник и перелив, итого примерно 409 см³. При плотности 1,2 г/см³ (ориентир для марок общего назначения) нужно около 490 г готовой смеси.

Дозу отвердителя для преполимера считают по содержанию NCO. Формула: массовых частей отвердителя на 100 частей преполимера = NCO, % × эквивалентная масса отвердителя / 42 × индекс. Для МОСА эквивалентная масса 133,5, индекс обычно берут около 0,95. При NCO 6,0 % выходит 6,0 × 133,5 / 42 × 0,95 ≈ 18 частей. Тогда в нашем примере 490 г смеси делятся на 416 г преполимера и 75 г отвердителя.

Из расчёта видны две практические вещи. Во-первых, допуск NCO в паспорте преполимера меняет дозу: при 5,7 % она падает примерно до 17,2 частей, при 6,3 % растёт до 19. Поэтому литейщик пересчитывает дозу под каждую партию сырья. Во-вторых, масса отливки определяет стоимость материала: готовый бандаж весит около 377 г, отливка с припуском 446 г, а с литником 491 г, то есть припуск и литник вместе добавляют почти треть.

Температура и вода ставят первые границы применения

Длительную рабочую температуру литых марок общего назначения каталоги указывают от +80 до +120 °C. Для расчёта детали берут осторожную цифру около +80 °C, а верхние значения считают кратковременными. Холод полиуретан переносит лучше жары: на морозе он твердеет, но держит удар, пока не выходит за нижнюю границу марки.

До какой температуры работает литьевой полиуретан?

Литьевой полиуретан марок общего назначения работает длительно примерно до +80 °C, нижняя граница по данным поставщиков от −30 до −40 °C в зависимости от марки. Значения +100 и +120 °C из каталогов относятся к кратковременному нагреву. Внутри массивного ролика температура выше, чем на поверхности, потому что материал греется от внутренних деформаций. Для горячих узлов выбирают специальные системы, а их предел записывают в КП по паспорту.

Вода опаснее температуры. Сложные полиэфиры на основе адипиновой кислоты подвержены гидролизу, это прямо отмечено в патентной литературе по гидролизостойким полиуретанам (US 5116932). Простоэфирные системы держат воду заметно дольше, а гидролиз полиуретана на снятой детали узнают по характерным признакам.

Какой литьевой полиуретан выбрать для воды?

Для детали, которая работает в воде, во влажной пульпе или на улице, выбирают литьевой полиуретан на простом полиэфире, например СКУ-ПФЛ-100 или импортную систему того же класса. Марки с низкой гидролитической стойкостью вроде СКУ-7Л в воде теряют прочность, и чем горячее вода, тем быстрее. При температуре воды выше +50…+60 °C решение о полиуретане принимают только после проверки пробной детали в реальном узле.

Химия, качение и толстые сечения ограничивают материал отдельно

Минеральные масла и смазки литые марки держат хорошо, на этом основан выбор полиуретана для манжет гидроцилиндров. Кислоты, щёлочи, кетоны и сложноэфирные растворители для него опасны, а стойкость к конкретной смеси без образца предсказать нельзя. Если в узле есть моющие растворы или технологическая химия, кусок старой детали или образец среды помогает больше, чем любая таблица.

Второе ограничение касается качения: бандаж греется изнутри от деформации в пятне контакта. Для литья из этого следует требование к режиму: слой бандажа должен быть сплошным, без пор и непролитых зон у ступицы, иначе нагретый участок отслаивается первым.

Третье ограничение технологическое. Очень толстая отливка набирает свойства неравномерно, а реакция в массиве идёт с выделением тепла. Поэтому крупные буферы и плиты льют по режиму, согласованному с паспортом системы, и не ускоряют цикл ради срока.

Отвердитель МОСА требует участка с вытяжкой

Горячие системы на ТДИ чаще всего отверждают МОСА, это 4,4′-метилен-бис(2-хлоранилин). Международное агентство по изучению рака относит его к группе 1, то есть к веществам с доказанным канцерогенным действием (классификация IARC, проверено 21.10.2026). Работа с ним требует закрытого плавления, вытяжки, средств защиты и учёта отходов.

Для заказчика это значит, что литьё деталей из СКУ на своём ремонтном участке без такой подготовки затевать не стоит. Основной риск связан с участком литья, где отвердитель плавят и дозируют, поэтому требования к вытяжке и защите относятся к изготовителю. Если заказчику принципиально отсутствие МОСА в цепочке, это пишут в заявке, и деталь льют из системы на МДИ с диольным отвердителем.

До испытаний изготовитель обещает только паспорт марки

Паспорт системы отвечает на вопросы о твёрдости, прочности, удлинении и раздире образца, отлитого по режиму. Ресурс детали в узле паспорт не описывает: он зависит от абразива, скорости, температуры, воды и того, как деталь закреплена. Поэтому в КП разделяют две группы сведений.

Для новой задачи разумно заказать две-три детали на пробу, поставить их в узел и записать, через сколько часов или тонн сработана кромка. После этого серия идёт по тем же марке и твёрдости, а если износ не устроил, меняют одно условие, а не всё сразу. Литые детали, от бандажей до футеровок, входят в ассортимент изделий из полиуретана.

Литую деталь заказывают по пяти сведениям

Для литой детали литейщику нужны пять сведений, и каждое закрывает свой выбор в рецептуре или оснастке.

Производственные мощности распределены по нескольким площадкам, поэтому берём заказы на разные технологии: резку, формование, литьё полиуретана, мехобработку фторопласта. Для литой детали это означает, что выбор между литьём, обливкой ступицы и точением из стержня делают по партии и форме, а марку подбирают под условия узла по свойствам полиуретана. Если условия известны не полностью, первая партия становится пробной, и её результат определяет серию.