一、概况
热塑性聚氨酯弹性体（简称TPU）的生产，销售已有30多年了，属于最早开发的热塑性弹性体材料。TPU的杨氏模量介于橡胶和塑料之间，具有很多优良的特性，而得到广泛应用。最近由于新功能的TPU材料的开发和多种成型加工技术的发展，更拓宽了它的应用领域。
二、TPU的基本特性和特殊品级
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和合成橡胶的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和其他合成橡胶。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硬段的为邵氏A10-邵氏D80，而普通的橡胶硬度范围一般在邵氏A60~100，TPU在邵氏硬度A15以下的所有弹性体，都有相似的压缩变形特性。在邵氏硬度A85到85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用。
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。这些材料的部分特性列于表4。
表1 ESTANE TPU品级
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牌号 |
类型 |
应用 |
特性 |
|
58202 |
聚醚型 |
电线电缆护套 |
阻燃性 |
|
58300 |
聚醚型 |
电线电缆护套软管 |
低温柔软性 |
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58810 |
聚醚型 |
电线电缆护套软管 |
硬度较高 |
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58887 |
聚醚型 |
电线电缆护套 |
透明性优 |
|
片材、软管 |
|||
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58277 |
聚酯型 |
吹膜、熔涂 |
挤压性优 |
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58360 |
聚酯型 |
电线电缆护套 |
阻燃 |
|
吹膜、管类 |
|||
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58409 |
聚酯型 |
吹膜 |
耐油、抗化学剂 |
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58630 |
聚醚型 |
吹膜 |
剥离性好 |
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58315 |
聚醚型 |
吹膜 |
抗紫外线、透明 |
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58019 |
聚酯型 |
医用管 |
硬度刚度大达70D |
|
58092 |
聚酯型 |
管件护套、薄膜 |
剥离性好 |
|
58206 |
聚酯型 |
软管、片材、型材 |
着色性优 |
|
58315 |
聚醚型 |
软管、片材、吹膜 |
耐侯、透明 |
|
58271 |
聚酯型 |
医用软管 |
FDA批准 |
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58371 |
聚酯型 |
层用贴合 |
挤压性优 |
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58411 |
聚酯型 |
型材 |
阻燃 |
表2 Desmopan TPU品级
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牌号 |
邵氏硬度A/D |
应 用 |
特 性 |
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150D |
97/52 |
滑雪靴、实心轮胎、鞋跟 |
流动性优、易脱模 |
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385 |
85/33 |
垫圈、膜片、护套、软管 |
良好的冷弯性、耐磨 |
|
455 |
97/57 |
轴承、齿轮、联轴四元件 |
良好的冷变性高的动态负荷承载性 |
|
460 |
97/59 |
垫圈 |
特好的压缩永久变形，仅适用于壁厚达5m/m制品 |
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472 |
98/73 |
工程结构件 |
最硬品级、减震性 |
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487 |
87/43 |
汽车工作、防护文封垫减震件 |
高弹性变形、低压永久变形 |
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588 |
88/33 |
型材、电缆护套管 |
冷弯曲性优、耐生物性 |
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786 |
87/34 |
软管、型材、电缆护套 |
耐生物性 |
三、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吸湿性保，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）。
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。本所有99年开始开展了TPU软管性能如表5。
表3 miractran TPU品级
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品名 |
相对密度 |
硬度 JIS A JIS D |
100%拉伸应力（MPa） |
拉伸强度 （MPa） |
伸展率 （%） |
拉伸断裂强数（kN/m） |
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低压缩变形/耐热型 |
H885FNAT H890FNAT H895FNAT |
1.19 1.20 1.21 |
85A 90A 95A |
6.9 10.8 14.7 |
34.3 37.3 39.2 |
550 530 500 |
98.1 117.7 147.1 |
|
低硬度级 |
E370MSLN E660MZAA E665MZAA |
1.11 1.13 1.14 |
69A 60A 65A |
3.0 1.6 2.0 |
20.0 15.7 19.6 |
750 1200 1000 |
60.0 50.0 55.9 |
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不变黄型 |
E785PSDH |
1.16 |
89A |
8.2 |
29.4 |
680 |
117.7 |
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阻燃型 |
E585PUOO① E385P3OH② |
1.23 1.41 |
84A 83A |
7.8 6.9 |
34.3 24.5 |
550 650 |
107.9 107.9 |
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导电型③ |
K595PSJV K22MPSJW |
1.23 1.24 |
95A 90A |
7.8 6.9 |
29.4 19.6 |
530 600 |
98.1 88.3 |
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低摩擦型 |
F598FCOO |
1.24 |
98A |
26.5 |
39.2 |
400 |
196.1 |
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低磨耗型 |
F598PSNA④ |
— |
91A |
14.7 |
54.3 |
400 |
147.1 |
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热熔型 |
E705MSME⑤ E785MSOV⑥ |
1.15 1.15 |
85A 85A |
3.9 3.9 |
14.7 14.7 |
850 850 |
78.5 78.5 |
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压延成形用 |
E585MSOV E660MSOH E380MSNT |
1.17 1.13 1.11 |
85A 60A 80A |
7.4 1.8 3.9 |
41.2 19.6 21.6 |
550 900 550 |
117.7 45.0 67.7 |
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薄膜吹塑成型用 |
E885PFAA E390PFAA |
1.19 1.12 |
85A 90A |
5.4 上一个：TPU市场及应用的常见问题 下一个：封闭型聚氨酯加成物对熔纺聚氨酯热性能的影响 |
