TPU的基本特性和特殊品级

TPU(Thermo Plastic Urethane):热塑性聚氨酯橡胶，是一类由多异氰酸酯和多羟基物，借助链延伸剂加聚反应生成的线型或轻度交联结构的聚合物，分为聚脂类和聚醚类。

1．基本特性：

TPU是分子中含有-NH-COO-基团的材料，长链的二元醇和异氰酸酯成分构成了软段，短键的二元醇和异氰酸酯成分构成了硬段，TPU很多特性取决于长链二元醇的种类，其硬度用硬段做比例来调节，它的光老化性可加光稳定剂来加以改善，同时也取决于异氰酸酯是芳香族还是脂肪族。它不同于其他热塑性弹性的优异性能如下：

（1）优异的耐磨性能、它的Taber磨耗值为0.5-0.35mg，是塑料中最小的，若加入MoS2、硅油石墨等可降低摩擦系数，提高耐磨程度。

（2）拉伸强度和伸长率：

TPU的拉伸强度是天然橡胶的2-3倍，聚酯型的TPU拉伸强度近60MPa，伸长率近410%，聚醚型TPU的拉伸强度为50MPa，伸长率为>30%。

（3）耐油、耐汽油性能：

TPU的耐油性能优于丁腈橡胶，具有极好的耐油寿命。

（4）耐低温性、耐候性、耐臭氧性能

TPU的耐气候老化性能优于天然橡胶。它的耐臭氧，耐射线的特点在航天工业有特殊的用途。

（5）医疗卫生性

TPU具有生物相容性和抗血凝性，医用TPU应用越来越广泛，如人造心脏、人工肾、输血管、血浆袋、输尿管、外科技术用固定材料等。

（6）硬度范围

TPU的硬度范围为邵氏70A～邵氏72D，在邵氏硬度90A以上时TPU仍保持弹性。这是其他弹性体所没有的特性。所以TPU具有高负载支撑能力和良好的吸振效应。

2．特殊品级：

（1）美国BF Goodrich公司生产的TPU（商品名ESTANE®）

（2）德国Bayer公司TPU品级（商品名Desmopan）

（3）日本“ミラヮラソ株式会社的TPU品级（Miractran. 品级）

该品级由于二元醇羟基的当量和异氰酸酯当量的比率不同，分为E型和P型两系列。E型由于过剩的异氰酸酯形成一部分多联结构，因此具有优异机械强度、压缩永久变形、永久伸展率。P型由于两组分比例相等，而成线型结构，它的粘度对温度的依存性小，流动性好，而有好的加工性能，且易溶剂。

最近该公司又开发了对于人体防静电的电子部件；衣料及住房的快适应性透湿材料；对医疗和食品等有安全要求的抗菌性材料；鞋底用耐磨耗材料等，尤其是消光材料；发泡材料；蓄光材料；抗血栓性导尿管用等新功能材料。

成型加工技术

1、TPU代表性的成型加工方法是挤出成型和注射成型。这些成型方法需注意以下几点：

（1）由于TPU吸湿性强，加工前必须充分干燥；

（2）由于粘度对温度的依存性较慢，要提高温度控制精度；

（3）要从材料的特性考虑螺杆的结构和长径比（如：压缩比、螺槽深度、L/D等）；

（4）根据材料的流动性考虑模具结构（不会引起滞留的喷咀、流道、浇口等）；

（5）成型机的功率设定要稍大点（是通用树脂的1.5~2倍）；

（6）成型生退火处理，恢复原有特性（尤其是未完全塑化的材料）。

（7）TPU的耐水解性较差，在高温或潮湿条件下容易水解，尤其是低硬度TPU。故TPU都有一定的存放有效期。

2、成型加工技术及应用

TPU的加工与通用塑料及其他热塑性弹性体（TPE）相比，难点并不少，然而最近由于成型机及加工技术的改进，已可采用多样的成型法以制得各类制品。

（1）管材，薄膜，片材领域：

TPU管材，由于具有柔软，良好的抗拉伸强度，冲击强度，耐高低温性，管内充1.5MPa而不膨胀。爆破压力可“达2-5MPa及良好的耐油性，为此是气管和油管的理想材料，广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等的输气、输油软管。TPU管材主要用挤出成型加工。但由于TPU易吸水而降低制品的强度，因此在加工前原料应于100~120℃下干燥4小时、使TPU中水份含量在0.05%以下，挤出时要注意温度的调整，在纯TPU中添加1-4PHR的润滑剂有助于料流的稳定挤出，有利于管材表面光洁度的提高。Desmopan的786、385、392品级，ESTANE的58311、58092、58409等品级均可用于挤出管材。

TPU薄膜和片材由于具有强韧、薄壁化、独特的手感及良好的环保性等而有较大的应用领域。该制品采用T型挤出法，吹塑成型法及压延成型等方法、成型时必须选择适合于各成型法的合适品级。

Miractran品级中的标准品级如E100、E300 ESTANE的58206、58887、58315品级都能使用T型挤出成型，能生产出几十um的薄膜。

吹塑成型法可用Miractran品级中的E885PFAA和E390PFAA品级，ESTANE的58277、58409、58630、58315能生产出不粘的、柔软的、非常薄且润幅的薄膜。

压延成型法可用Miractran品级中的E585MSOH、E660MSOH、E380MSNT品级、硬度从60A到95A都能加工。

（2）热熔薄膜、涂层领域：

该领域的用途是利用TUP的粘接性、伸缩性及良好的表观特性，它不仅简单地作为粘接材料，而且还广泛应用作为T恤衫等服装图案热转印拷贝用薄膜，这些薄膜可用T型挤压法和吹塑成型法生产。厚度为10μm左右可用Miractran品级中的不变黄型和热熔型品级。近来用同样原料制成“无纺布”，控制在25~100g/m2，此“无纺布”除了有上述特性外还因具有空隙结构而有透湿机能，作为新颖的衣料而引人注目。

另外球状的粉末热熔材料，还可用于汽车部件的涂装领域。

（3）低压缩永久变形，耐热变形性领域：

Miractran低压缩永久变形/耐热型H品级是在原来的基础上进行了大的改造。这主要是通过材料的配备技术、加工技术、适当的退火处理而成。主要应用于工业受压受热部件。

（4）电子束交联领域：

在有耐热性、耐药品性、耐摩擦性等较高要求的领域，标准品级的TPU不能满足其性能要求，改进的方法是用电子来进行交联，在表面形成交联层这样可满足上述要求，可制成垫圈、膜片、护套、软管等。

总之TPU汽车、工业部件、软管、垫圈、密封件、电线电缆、医用等方面得到了广泛的应用。