ТПУ (TPU): что это за материал, его свойства и применение

Что такое ТПУ простыми словами

ТПУ — это семейство полимерных материалов, сочетающих эластичность с возможностью переработки при нагревании. Полное название — термопластичный полиуретан. Английское обозначение TPU образовано от слов Thermoplastic Polyurethane. В описаниях продукции также встречается название «термополиуретан».

Чтобы понять особенности материала, достаточно разобрать два свойства:

• Термопластичность: при нагревании до определённых для конкретной марки температур материал размягчается и становится пригодным для формования.

• Эластичность: многие марки ТПУ способны деформироваться под нагрузкой и восстанавливать форму после её снятия.

Эти свойства связаны со строением полимера: в нём сочетаются гибкие и жёсткие сегменты. Меняя их состав и соотношение, производители получают материалы с разной твёрдостью, упругостью и прочностью. Поэтому мягкое покрытие ткани и достаточно жёсткая техническая деталь могут относиться к одному семейству ТПУ.

В каком виде используют материал TPU

Название материала не определяет внешний вид готового изделия. ТПУ может применяться самостоятельно или входить в состав многослойной конструкции.

Для переработки подходящих марок ТПУ используют литьё под давлением, экструзию и другие технологии. Выбор способа зависит от формы будущего изделия и свойств сырья.

В производстве лодок под выражением «ТПУ-ткань» обычно понимают текстильную основу с покрытием из термопластичного полиуретана. Характеристики такого материала определяются совместной работой основы и покрытия.

Основные свойства термопластичного полиуретана

Гибкость и эластичность

Подходящие марки ТПУ позволяют создавать гибкие оболочки и покрытия, которые выдерживают деформации при эксплуатации. Это полезно для изделий, которые регулярно складывают, разворачивают, перевозят и используют под нагрузкой.

При этом гибкость зависит от состава материала и температуры. Для выбора изделия важно учитывать его заявленные условия эксплуатации.

Стойкость к истиранию

Высокая износостойкость — одна из причин применения ТПУ в технических деталях и защитных покрытиях. Она характеризует способность материала сопротивляться постепенному изнашиванию при трении.

Для надувной лодки стойкость к истиранию важна при контакте со снаряжением и поверхностями. Однако она не равнозначна устойчивости к проколу или порезу: это разные виды повреждения, которые оцениваются отдельно.

Возможность подобрать характеристики под задачу

Твёрдость, упругость, механические свойства и устойчивость к внешним воздействиям можно изменять при разработке конкретной марки ТПУ. Поэтому материал применяется в изделиях с разными требованиями — от гибких покрытий до нагруженных технических компонентов.

Для покупателя это означает, что надпись «TPU» обозначает семейство материалов. Точные возможности изделия нужно оценивать по его характеристикам и назначению.

Сопротивление проникновению воды и воздуха

ТПУ используют для создания покрытий, предназначенных для удержания воздуха и защиты от воды. При подборе такого материала учитывают его состав, толщину и требуемые показатели проницаемости.

Водостойкость и газопроницаемость — разные характеристики. Кроме того, герметичность готовой лодки зависит от всей конструкции: материала, соединений, клапанов и других установленных элементов.

Почему разные виды ТПУ отличаются по свойствам

Характеристики термопластичного полиуретана зависят от химического состава. Два материала с одинаковым общим обозначением TPU могут по-разному вести себя при длительном контакте с влагой, на холоде или под солнечным светом.

ТПУ на основе простых и сложных полиэфиров

В технической документации часто встречаются обозначения:

• Polyether TPU — ТПУ на основе простых полиэфиров.

• Polyester TPU — ТПУ на основе сложных полиэфиров.

Для полиэфирных ТПУ типа polyether обычно характерна высокая стойкость к гидролизу и хорошая низкотемпературная гибкость. Марки типа polyester могут предлагать сильное сочетание механических характеристик и устойчивости к определённым маслам.

Гидролиз — это разрушение химических связей под воздействием воды. Для некоторых материалов риск такого старения возрастает при сочетании высокой влажности и температуры. Поэтому при выборе покрытия для эксплуатации во влажной среде важно учитывать конкретную рецептуру.

Стойкость к солнечному свету

Поведение ТПУ под действием ультрафиолета также зависит от состава. В частности, ароматические и алифатические разновидности различаются по склонности к пожелтению. Для повышения устойчивости к воздействию света применяют специальные стабилизаторы.

Изменение цвета и потеря механических свойств не всегда происходят одновременно. Для уличного оборудования важны данные о выбранной марке и её испытаниях на старение.

Работа при разных температурах

У всего семейства ТПУ нет единого температурного диапазона эксплуатации. Он зависит от марки, нагрузки и конструкции изделия.

Температура промышленной переработки полимера и допустимая температура использования готовой лодки — разные показатели. Для эксплуатации ориентируются на документацию именно к изделию.

Как устроена ткань с ТПУ-покрытием

В основе технической ТПУ-ткани обычно находится текстиль из полиамида, например нейлона, или полиэстера. С ним соединяют полимерное покрытие, которое придаёт материалу необходимые свойства.

Текстильная основа участвует в восприятии нагрузок. Покрытие обеспечивает требуемые барьерные и поверхностные характеристики. На результат влияют также качество соединения слоёв и технология изготовления.

Поэтому для оценки ткани полезно знать:

• материал и конструкцию основы;

• характеристики нитей и переплетения;

• состав и расположение покрытия;

• массу квадратного метра;

• показатели прочности, стойкости к истиранию и сцепления слоёв.

Такая структура объясняет, почему две внешне похожие ткани могут заметно отличаться в эксплуатации.

Что означают 210D, 420D и граммы на квадратный метр

В описании лодок встречаются обозначения 210D, 420D, г/м² и миллиметры. Все они относятся к материалу, но показывают разные характеристики.

210D и 420D — характеристика нитей, из которых сделана ткань

ТПУ-ткань состоит из текстильной основы и полимерного покрытия. Обозначение D — denier, или денье — характеризует массу нити определённой длины, из которой изготовлена основа.

Проще представить две нити одинаковой длины:

• 210D — более лёгкая нить;

• 420D — нить, которая при той же длине весит вдвое больше.

При одинаковом типе волокна и сопоставимой конструкции ткани более массивные нити позволяют получить более прочную основу. Но 420D не означает, что готовая ткань вдвое толще или вдвое прочнее, чем 210D. На результат влияют переплетение, качество волокна, покрытие и соединение слоёв.

Чем отличаются D, г/м² и миллиметры

Например, ТПУ-ткань 270 г/м² означает, что квадратный метр готового материала весит около 270 граммов. Это не толщина и не обозначение нитей.

Таким образом, 420D и 420 г/м² — совершенно разные характеристики. По значению D нельзя самостоятельно вычислить толщину ткани или массу лодки.

Что это означает при выборе лодки

Лёгкую тканевую основу можно использовать там, где особенно важны масса и компактность. Более массивную — там, где конструкция требует других характеристик прочности. Поэтому баллоны и дно одной лодки могут быть изготовлены из разных материалов.

Выбирать лодку только по числу D не стоит. Оценивайте назначение модели, материалы баллонов и дна, усиления и массу комплекта. Большая цифра сама по себе не делает лодку лучше: важно, насколько вся конструкция соответствует вашему маршруту.

Где применяется TPU

Термопластичный полиуретан востребован там, где требуется сочетание гибкости, износостойкости и технологичности.

Для каждой области выбирают подходящую марку или многослойный материал. Требования к обувной детали, оболочке кабеля и ткани для пакрафта различаются.

Почему ТПУ применяют в пакрафтах и надувных лодках

Для переносимой лодки важны масса, упаковочный объём, удобство эксплуатации и соответствие материала условиям маршрута. Ткани с ТПУ-покрытием дают конструктору возможность работать над сочетанием этих характеристик.

Особенно заметна роль материала в пакрафтинге: лодку перевозят или несут вместе с остальным снаряжением. При этом её конструкция должна учитывать массу гребца, размещение багажа и характер водной части путешествия.

Разные материалы в одной лодке

Баллоны и дно выполняют разные функции, поэтому для них могут использоваться разные ткани.

Например, у пакрафта ТаймТриал «Спутник EZ» баллоны выполнены из ТПУ-ткани, а дно — из ПВХ-ткани. Это комбинированная конструкция с материалами, подобранными для отдельных элементов. Однако есть комплектация и с ТПУ дном, в таком случае вес уменьшается практически на 1 кг, а рулон в который сворачивается лодка уменьшается в полтора раза!

У спортивного пакрафта «Кайман» применяется дно из ТПУ 420D. Пример показывает, почему при выборе нужно смотреть характеристики всей лодки, включая её отдельные части.

Технология соединения элементов

Подходящие ткани с ТПУ-покрытием можно соединять сваркой, в том числе горячим воздухом и токами высокой частоты. Конкретную технологию выбирают с учётом материала и конструкции узла.

На качество соединения влияют подготовка поверхностей, режим обработки и контроль производства. Поэтому возможности полимера реализуются совместно с технологией изготовления изделия.

Чем ТПУ отличается от ПВХ и текстильной основы

ТПУ и ПВХ — разные полимеры, которые могут использоваться для покрытия технических тканей. Нейлон и полиэстер при этом часто служат основой таких материалов.

При выборе лодки сравнивают готовые конструкции: массу, размеры, назначение, материалы отдельных элементов и оснащение. Общее название покрытия помогает понять состав, но не заменяет техническое описание.

Для лёгкого походного пакрафта и оборудования, которое постоянно работает на одной площадке, приоритеты могут различаться. Именно задача использования определяет требования к материалу.

Как оценивать изделие из ТПУ перед покупкой

Начать стоит с условий будущей эксплуатации. Затем проверить, насколько им соответствует конкретная модель.

1. Уточните состав. Важно понимать, где используется ТПУ: в плёнке, покрытии ткани или отдельных деталях.

2. Посмотрите характеристики конструкции. Для лодки это материалы баллонов и дна, размеры, грузоподъёмность и оснащение.

3. Разделяйте массу лодки и комплекта. При переноске учитываются также сиденье, упаковка и необходимые принадлежности.

4. Проверьте условия эксплуатации. Температурные ограничения, уход и хранение определяются документацией изделия.

5. Уточните обслуживание. Ремонтные материалы и способы восстановления должны подходить к конкретному покрытию и конструкции.

Срок службы также зависит от сочетания факторов: выбранного материала, изготовления, нагрузок, ухода и хранения. Название TPU само по себе не устанавливает одинаковый ресурс для всех изделий.

Производство изделий из ТПУ в ТаймТриале

ТаймТриал — российский разработчик и производитель надувных изделий с собственным конструкторским бюро. Компания использует материалы с ТПУ-покрытием при создании лодок и другого оборудования, подбирая конструкцию под назначение изделия.

Инженерная работа начинается с задачи: что предстоит перевозить, какие нагрузки воспринимает оболочка, насколько важны масса и компактность. После этого определяются материалы отдельных элементов, геометрия и способы соединения.

Широкий выбор материалов позволяет ТаймТриалу разрабатывать серийные модели и индивидуальные конструкции. Для заказчика это возможность обратиться к производителю с описанием условий использования и подобрать решение с подходящими характеристиками.

Ознакомиться с готовыми моделями можно в каталоге пакрафтов ТаймТриала. Для специальной задачи доступна разработка надувного изделия на заказ.