什么是热塑性聚氨酯弹性体？

什么是热塑性聚氨酯弹性体？

聚氨酯弹性体是聚氨酯合成材料的一种（其他品种是指聚氨酯泡沫、聚氨酯粘合剂、聚氨酯涂料和聚氨酯纤维），而热塑性聚氨酯弹性体是聚氨酯弹性体三类之一，人们通常将其称为TPU（聚氨酯弹性体）。另外两大类聚氨酯弹性体是浇铸型聚氨酯弹性体，简称CPU，和混合型聚氨酯弹性体，简称MPU）。

TPU是一种可通过加热塑化并被溶剂溶解的聚氨酯弹性体。与CPU和MPU相比，TPU的化学结构中很少或没有化学交联。其分子链基本呈线性，但存在一定量的物理交联。这是结构上非常有特点的热塑性聚氨酯弹性体。

TPU的结构及分类

热塑性聚氨酯弹性体是一种（AB）嵌段线性聚合物。A代表高分子量的聚合物多元醇（酯或聚醚，分子量1000~6000），称为长链；B代表含有2-12个碳原子的直链二醇，称为短链。

热塑性聚氨酯弹性体结构中，A链段称为软链段，具有柔韧、柔软的特点，使TPU具有延伸性；B段与异氰酸酯反应生成的氨基甲酸酯链称为硬段，兼具刚性和硬性。通过调整A、B段的比例，制成不同物理机械性能的TPU制品。

按软链段结构可分为聚酯型、聚醚型、丁二烯型，分别含有酯基、醚基或丁烯基。按硬段结构可分为氨基甲酸酯型和氨基甲酸酯脲型，分别由乙二醇扩链剂或二胺扩链剂得到。常见分类分为聚酯型和聚醚型。

TPU合成原料有哪些？

(1) 聚合物二醇

分子量为500～4000、双官能团的大分子二醇，在TPU弹性体中含量为50%～80%，对TPU的物理、化学性能起着决定性作用。

适用于TPU弹性体的聚合物二醇可分为聚酯和聚醚：聚酯包括聚四亚甲基己二酸二醇（PBA）εPCL、PHC；聚醚包括聚氧丙烯醚二醇(PPG)、四氢呋喃聚醚二醇(PTMG)等。

(2)二异氰酸酯

分子量虽小但功能突出，不仅起到连接软段和硬段的作用，而且赋予TPU各种良好的物理机械性能。适用于TPU的二异氰酸酯有：亚甲基二苯基二异氰酸酯（MDI）、亚甲基双（-4-环己基异氰酸酯）（HMDI）、对苯基二异氰酸酯（PPDI）、1,5-萘二异氰酸酯（NDI）、对苯基二甲基二异氰酸酯（ PXDI）等

(3) 扩链剂

分子量为100~350的扩链剂，属于小分子二醇，分子量小，开链结构，无取代基，有利于获得高硬度和高标量的TPU。适用于TPU的扩链剂包括1,4-丁二醇（BDO）、1,4-双（2-羟基乙氧基）苯（HQEE）、1,4-环己烷二甲醇（CHDM）、对苯基二甲基乙二醇（PXG）等。

TPU增韧剂的改性应用

为了降低产品成本并获得附加性能，聚氨酯热塑性弹性体可作为常用的增韧剂，对各种热塑性和改性橡胶材料进行增韧。

由于其高极性，聚氨酯可以与极性树脂或橡胶相容，例如氯化聚乙烯（CPE），可用于制造医疗产品；与ABS共混可替代工程热塑性塑料使用；与聚碳酸酯（PC）配合使用，具有耐油、耐燃料、耐冲击等性能，可用于制造汽车车身；与聚酯复合时，可提高其韧性；此外，与PVC、聚甲醛或PVDC具有良好的相容性；聚酯型聚氨酯与15%丁腈橡胶或40%丁腈橡胶/PVC共混物具有良好的相容性；聚醚型聚氨酯还可以与40%丁腈橡胶/聚氯乙烯共混胶有很好的相容性；还可与丙烯腈苯乙烯（SAN）共聚物共相容；它可以与反应性聚硅氧烷形成互穿网络（IPN）结构。上述混合胶绝大多数已正式生产。

近年来，国内对TPU增韧POM的研究日益增多。TPU与POM共混不仅提高了TPU的耐高温性能和机械性能，而且还显着增韧了POM。有研究人员表明，在拉伸断裂试验中，与POM基体相比，含有TPU的POM合金已从脆性断裂转变为韧性断裂。TPU的加入还赋予了POM形状记忆性能。POM的结晶区作为形状记忆合金的固定相，而非晶TPU和POM的非晶区作为可逆相。当回复响应温度为165℃、回复时间为120秒时，合金的回复率达到95%以上，回复效果最好。

TPU很难与聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、顺丁橡胶、异戊二烯橡胶或废胶粉等非极性高分子材料相容，不能用来生产性能良好的复合材料。因此，后者常采用等离子、电晕、湿化学、底漆、火焰或反应气体等表面处理方法。例如，美国空气化工产品公司对分子量3-500万的超高分子量聚乙烯细粉进行F2/O2活性气体表面处理，并以10的比例添加到聚氨酯弹性体中。 %，可显着提高其弯曲模量、拉伸强度和耐磨性。并且F2/O2活性气体表面处理还可以应用于长度为6-35mm的定向伸长短纤维，可以提高复合材料的刚度和撕裂韧性。

TPU的应用领域有哪些？

1958年，古德里奇化学公司（现更名为路博润）首次注册了TPU品牌Estane。40年来，全球出现了20多个品牌，每个品牌都有多个系列的产品。目前，全球主要的TPU原材料生产商有：巴斯夫、科思创、路博润、亨斯曼公司、麦肯锡、戈尔丁等。

TPU作为优良的弹性体，下游产品种类繁多，广泛应用于日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域。下面是一些例子。

① 鞋材

TPU因其优异的弹性和耐磨性而主要用于鞋材。含有TPU的鞋类产品比普通鞋类产品穿着舒适得多，因此更广泛地应用于高端鞋类产品，特别是一些运动鞋和休闲鞋。

② 软管

由于TPU软管具有柔软性、良好的拉伸强度、冲击强度、耐高低温等特点，在国内被广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等机械设备的输气、输油软管。

③ 电缆

TPU提供抗撕裂、耐磨和弯曲特性，其中耐高低温是电缆性能的关键。因此在中国市场，控制电缆、电力电缆等先进电缆均采用TPU来保护复杂电缆设计的涂层材料，其应用也日益广泛。

④ 医疗器械

TPU是一种安全、稳定、优质的PVC替代材料，不会含有邻苯二甲酸盐等化学有害物质，不会迁移到医用导管或医用袋内的血液或其他液体中而产生副作用。而且，专门开发的挤出级和注射级TPU只需在现有的PVC设备上进行少量调试即可轻松使用。

⑤ 车辆及其他运输工具

通过在尼龙织物的两面挤出涂敷聚氨酯热塑性弹性体，可制成承载3-15人的充气战斗攻击筏和侦察筏，其性能比硫化橡胶充气筏好得多；玻璃纤维增​​强聚氨酯热塑性弹性体可用于制造汽车本身两侧模压件、门皮、保险杠、减摩条、格栅等车身部件。