TPU材料的合成、加工、性能、以及应用

一、TPU是什么

       TPU就是热塑性聚氨酯，是一类加热可以塑化、溶剂可以溶解的聚氨酯。热塑性聚氨酯与混炼型和浇注型聚氨酯比较，化学结构上没有或很少有化学交联，其分子基本上是线性的，然而却存在一定量的物理交换。所谓物理交换的概念，在1958年由SchollenbergeC.S.首先提出，是指在线性聚氨酯分子链之间，存在着遇热或溶剂呈可逆性的“连接点”，它实际上不是化学交联，但起化学交联的作用。由于这种物理交联的作用，聚氨酯形成了多相形态结构理论，聚氨酯的氢键对其形态起了强化作用，并使其耐受更高的湿度。

二、TPU的分类

        既然知道了TPU是什么，那它有哪些分类呢？按划分标准的不同，TPU可以有很多不同的分类。比如，按软段结构可分为聚酯型、聚醚型和丁二烯型，它们分别含有酯基、醚基或丁烯基。按硬段结构分为氨酯型和氨酯脲型，它们分别由二醇扩链剂或二胺扩链剂获得。普遍常见的划分是分为聚酯型和聚醚型。

        按有无交联可分为纯热塑性和半热塑性。前者是纯线性结构，无交联键；后者是含有少量脲基甲酸酯等交联键。按制成品用途可分为异型件（各种机械零件）、管材（护套、棒型材）和薄膜（薄片、薄板）以及胶粘剂、涂料和纤维等。

三、TPU的合成

       TPU虽然有很多分类，但从分子结构上来说，都是属于聚氨酯。那么，它是怎么聚合而成的呢？按合成工艺的不同，主要分为本体聚合和溶液聚合。 

        在本体聚合中，又可按有无预反应分为预聚法和一步法：预聚法是将二异氰酸酯与大分子二醇先行反应一定时间，再加入扩链生产TPU；一步法是将大分子二醇、二异酸酯和扩链剂同时混合反应成TPU。溶液聚合是将二异氰酸酯先溶于溶剂中，再加入大分子二醇令其反应一定时间，*后加入扩链剂生成TPU。

       TPU的软段种类、分子量、硬段或软段含量以及TPU聚集态会影响TPU的密度，密度大约在1.10～1.25之间，与其他橡胶和塑料无显著差异。在同等硬度时聚醚型TPU密度比聚酯型TPU低。

四、TPU的加工

      合成出来的TPU粒子需要进行各种各样的加工才能形成*终的制品，主要采用熔融法和溶液法进行TPU的加工。熔融加工是用塑料工业常用的工艺：如混炼、压延、挤出、吹塑和模塑（包括注射、压缩、传递和离心等）；溶液加工是粒料溶于溶剂或直接在溶剂中聚合而制成溶液再进行涂覆、纺丝等。

       TPU制成*终产品，一般不需要进行硫化交联反应，可以缩短生产周期，废弃物料能够回收重新加以利用。

五、TPU的性能

      浇注型聚氨酯（液体）和混炼型聚氨酯（固体）一样，TPU具有高模量、高强度、高伸长和高弹性、优良的耐磨、耐油、耐低温、耐老化性能。其中拉伸强度高、伸长率大，长期压缩永久变形率低等都是TPU的显著优点。

六、TPU的用途

       1958年美国Goodrich化学公司（现在更名为路博润）**登记了TPU商品牌号Estane，之后40年来全世界有20余个商品牌号问世，每一个牌号有几个系列产品。目前有生产TPU原料厂家主要有巴斯夫、科思创、路博润、亨斯迈、万华化学、上海恒安、瑞华、旭川化学等等。作为性能优良的弹性体，TPU的下游产品方向非常广泛，在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用，下面举几个例子。

1、鞋材： TPU用于鞋材主要由于其优良的弹性和耐磨性。含TPU的鞋类产品穿着舒适度方面比普通鞋类产品优越得多，因此，在高档鞋类产品中较为广泛，尤其是一些运动鞋，休闲鞋。

2、软管：由于TPU软管具有柔软，良好的抗张强度、冲击强度 耐高低温性，所以在中国TPU软管被广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等机械设备等的输气、输油软管。

3、线缆：TPU提供了耐撕裂、耐磨与弯曲特征，耐高低温性更是电缆性能的关键。所以在中国市场上，高等电缆如控制电缆与电力电缆用TPU，用来保护设计复杂电缆的被覆材料，用途也日益广泛。

4、医疗器械：TPU是一种安全、稳固、优质的PVC替代材料，不会有邻苯二甲酸酯等化学有害物质，迁移到医疗导管或医疗袋内的血液或其他液体中产生副作用，并且专门开发的挤出级和注塑级TPU，只需在现有PVC设备稍作调试便可轻松使用。