热塑性聚氨酯 (TPU) 是一种可熔融加工的热塑性弹性体，具有高耐久性和柔韧性。它兼具塑料和橡胶的特性，因此具有耐用性、柔韧性和出色的拉伸强度等特性。它满足许多苛刻应用的需求，例如汽车、电线和电缆、运动和纺织涂料。了解有关热塑性聚氨酯的更多信息，这是一种具有高耐用性和柔韧性的多功能热塑性弹性体。了解它是如何生产的，它的主要特性和优势，使各个行业能够生产出先进的产品。此外，还可以获取有关热塑性聚氨酯流行应用的详细信息，从汽车到农业等等。
一、概述
01.TPU 代表什么？
热塑性聚氨酯 (TPU) 是一种可熔融加工的热塑性弹性体，具有高耐久性和柔韧性。TPU 为最苛刻的应用提供了大量的物理和化学性能组合，例如汽车、电线和电缆、休闲透气薄膜、运动和纺织涂料、耐候性、不黄变薄膜等。它具有介于塑料和橡胶之间的特性。由于其热塑性，它具有其他弹性体无法比拟的多项优势，例如：
优异的抗拉强度，
断裂伸长率高，并且
承重能力好
热塑性聚氨酯 (TPU) 于 1937 年由 Otto Bayer 及其同事在 I.G. 实验室发现。
02.TPU是如何生产的？
它是在二异氰酸酯与一种或多种二醇以特定方式发生加聚反应时产生的。生产 TPU 所需的三种基本原材料是：
多元醇或长链二醇
扩链剂或短链二醇
二异氰酸酯
它是由硬链段和软链段组成的线性嵌段嵌段共聚物。
软段（聚醚或聚酯）：它由多元醇和异氰酸酯制成，可提供 TPU 的柔韧性和弹性特性。
硬链段（芳香族或脂肪族）：它由扩链剂和异氰酸酯构成，赋予 TPU 韧性和物理性能
芳香族 TPU - 基于异氰酸酯，例如 MDI
脂肪族 TPU——基于 H12 MDI、HDI 和 IPDI 等异氰酸酯
热塑性聚氨酯的分子结构
03.热塑性聚氨酯的主要性能
TPU 使行业主要受益于以下特性组合：耐磨/耐刮擦高耐磨性和耐刮擦性确保耐用性和美观性
当耐磨性和耐刮擦性对于汽车内饰部件、运动和休闲应用或技术部件以及特种电缆等应用至关重要时，与其他热塑性材料相比，TPU 具有出色的效果。材料的耐磨性通常通过在标准化磨损试验中测量试样的重量损失来确定，如下图所示：
如上图所示，这种测试的比较结果清楚地表明，与其他材料（如 PVC 和橡胶）相比，TPU 具有出色的耐磨性。
触感柔软/使用舒适度高，适合人体工学应用最近的发展使得生产硬度范围为 55 至 80 Shore A 的不含增塑剂的 TPU 成为可能。这些解决方案提供高质量的表面光洁度、对 ABS 和尼龙等工程塑料的出色附着力，以及无与伦比的耐刮擦性和耐磨性。
抗紫外线脂肪族 TPU 可确保您的美观部件的色牢度。它们对紫外线辐射具有出色的稳定性，因此具有出色的颜色稳定性，同时保持良好的机械性能。脂肪族 TPU 具有完全正确的特性和多功能性，使其成为电子应用的首选材料。对于浅色和深色零件，OEM 可以依赖 TPU 的高耐刮擦性和抗紫外线性能。
高度透气的 TPU 确保最佳的舒适度无论您的设计是用于运动服、鞋类还是建筑和建筑产品，都可以使用高透气性 TPU 来确保最佳舒适度。
与蒸汽透过率通常低于 1500 克/平方米/天的传统 TPU 不同，高透气等级的值高达 10000 克/平方米/天 (+560%)。传统的 TPU 可以与透气的 TPU 混合，以根据您的应用要求微调透气性。
高透明度与耐磨性的结合晶莹剔透的 TPU 具有非常好的硬度。这一特性允许在透明薄膜、管材和软管的挤出中使用 TPU，或在技术、美学部件的注塑成型中使用，其中可以实现高达 6 毫米厚度的透明度。
TPU 的其他优点
在整个硬度范围内具有高弹性
出色的低温和冲击强度
对油、油脂和多种溶剂具有弹性
在很宽的温度范围内具有良好的柔韧性
耐候性强，抗高能辐射
热塑性聚氨酯具有弹性且可熔融加工。添加剂可以提高尺寸稳定性和耐热性，减少摩擦，提高阻燃性、抗真菌性和耐候性。芳香族 TPU 是坚固的通用树脂，可抵抗微生物的侵袭，经得起化学品的侵蚀。然而，美学缺陷是芳烃通过暴露于热或紫外光诱导的自由基途径降解的趋势。这种降解导致产品变色和物理性能损失。抗氧化剂、紫外线吸收剂、受阻胺稳定剂等添加剂用于保护聚氨酯免受紫外线引起的氧化，从而使热塑性聚氨酯适用于可能需要热稳定性和/或光稳定性的广泛应用。另一方面，脂肪族 TPU 本质上是光稳定的，并且可以抵抗紫外线照射引起的变色。它们还具有光学透明性，这使得它们适合用于封装玻璃和安全玻璃的层压板。
其他专业等级包括：
增强型 TPU——当与玻璃或矿物填料/纤维混合时，它成为一种结构工程聚合物，具有耐磨、高冲击强度、良好的耐燃料性和高流动特性等理想特性
阻燃性——阻燃 TPU 等级被广泛用于为电缆护套提供抗撕裂性和韧性
04.TPU薄膜的主要类型
聚酯、聚醚和聚己内酯是 TPU 薄膜的三个主要化学类别。
聚碳酸酯二醇（PCDs）用于热塑性聚氨酯生产的另一类有趣的多元醇是聚碳酸酯二醇，通常用于生产聚氨酯，其中结合了碳酸酯键以获得卓越的性能。聚碳酸酯基聚氨酯也可以通过使用基于聚碳酸酯的聚氨酯预聚物来生产。基于聚碳酸酯的聚氨酯预聚物是相应聚碳酸酯二醇的衍生物，其中所有多元醇羟基 (OH) 端基都与异氰酸酯反应，在末端留下异氰酸酯基 (NCO) 而不是羟基。与聚己内酯和 PTMEG 基聚氨酯相比，基于 PC-PU 预聚物的 PU 弹性体表现出：
极致耐用
更高的耐化学腐蚀性
提高水解稳定性
更高的耐热性
更好的耐磨性，以及
优越的机械性能
05.热塑性聚氨酯的局限性
一些牌号的 TPU 保质期相对较短
在加工开始之前需要干燥时间
不像其他替代品那样具有成本效益
硬度范围比其他热塑性弹性体窄
加工温度范围窄
特别是在聚酯基 TPU 的情况下，容易水解
06.流行的 TPU 加工方法
热塑性聚氨酯可以很容易地通过传统的加工方法进行加工，如注塑、挤出、吹塑和压缩成型等。它们很容易成型，以生产把手、垫圈、帽子、假肢和上面讨论的其他几种应用。它也可以复合以制造坚固的塑料模制品或使用有机溶剂加工以形成层压纺织品、保护涂层或功能性粘合剂。干燥是确保 TPU 工艺有效并在成型时获得良好零件的关键步骤。如果在加工前没有有效地从聚合物中去除水分，模塑部件的干燥将不会有效地导致性能损失和脆性。
推荐的残留水分含量
用于注塑成型 ≤0.05%
用于挤出成型 0.02%
07.TPU 安全环保效益
TPU 是可生物降解，可以回收利用的。TPU 相对于 PVC 提供的其他优势包括：
环境保护
TPU 具有耐磨性，而 PVC 会随着时间的推移而开裂
比 PVC 更有弹性和重量更轻
在医疗设备中，它被认为是 PVC 的安全替代品，因为 TPU 医疗保健等级不使用会导致皮肤刺激或皮炎的橡胶促进剂和增塑剂
用作绝缘体的聚氨酯有效地提高了建筑、交通和电器的能源效率，从而降低了碳排放。在车辆中，TPU 产品可提高燃油效率，因为它们比替代金属更轻。
二、主要应用
01.汽车
汽车内饰部件，如齿轮旋钮、仪表板或控制台部件，必须满足表面质量、老化、耐磨和耐刮擦方面的严格要求，同时又要经济：
TPU 独特的耐刮擦和耐老化性能组合使其成为汽车市场的绝佳选择。
其极快的循环性能使热塑性聚氨酯成为成型商更便宜的解决方案。
02.农业
农业市场要求所用材料的强度和耐用性。最苛刻的应用之一是用于牲畜的动物识别标签。
热塑性聚氨酯在各种气候条件下都具有出色的柔韧性、耐候性和抗撕裂性。
特殊颜色和添加剂包允许设计灵活、可激光制造或智能（带有微芯片）耳标。
03.PU 片材
基于 TPU 的薄膜为各种最终产品提供无与伦比的性能。热塑性聚氨酯薄膜最常见的适用领域包括：充气材料、纺织涂料、服装、粘合剂和阻隔薄膜。
可以使用不同的加工技术来获得自由或层压的薄膜和片材，包括 T 型模头和吹膜挤出以及压延。
04.密封件和垫片
已开发出特定的 TPU 材料，以满足对具有低压缩永久变形和出色耐磨性和耐油性密封件的高性能聚合物材料日益增长的需求：
提高工业高压液压密封的流动性能和高耐水解性。
高温下的低压缩。
05.纺织品涂层
TPU 可用于多种最终用途的纺织品涂料，例如传送带、充气物品或军事设备。
兼容压延、烧结或 T 型模具层压工艺。
优异的机械性能、耐化学性、可焊性和户外耐久性。
06.体育与休闲
由于其在低温下的极端柔韧性、良好的抗冲击性和耐环境性以及透明度的独特组合，TPU 是许多运动和休闲部件的首选材料。
优异的可涂性
晶莹剔透的透明度
07.皮带和型材行业
TPU 在皮带和型材行业中广为人知，用于制造优质产品，如同步带、传动带或传送带型材。
蠕变低，机械强度高
以高壁厚挤压成型，并显示出出色的焊接强度
08.管子和软管
高要求的应用，例如气动管或液压/焊丝软管，需要坚韧、耐用的材料，在挤出过程中具有出色的加工性能。
TPU 为固体处理软管等应用提供出色的耐用性和耐磨性。
热塑性聚氨酯除了具有耐化学性、机械性和抗扭结性外，还具有在广泛温度范围内的灵活性。
TPU 用于制造优质产品，如同步带、传动带或传送带型材
TPU 用于需要材料强度和耐用性的农业市场
TPU 是许多运动和休闲部件的首选材料，因为它独特地结合了低温下的极端柔韧性、良好的抗冲击性以及耐环境性和透明度
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