热塑性聚氨酯

热塑性聚氨酯（TPU）简介

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热塑性聚氨酯（TPU）简介

TPU的合成原料

TPU是线性聚合物，由三种基本原料反应生成:

原料（1）二异氰酸酯 ( NCO—R—NCO)

原料（2）小分子二元醇(OH—R′—OH)

原料（3）大分子二元醇 (OH--------- OH)

这三种原料的选择和配比决定着聚合物链的结构，从而直接影响它的物理性质。其他材料还有稳定剂、润滑、填料和颜料等

二异氰酸酯: 分为脂肪族 (HMDI, IPDI) 或芳香族 (MDI,TDI)。其中脂肪族的TPU具有较好的光稳定性，在温和的溶剂中就可以溶解，并且耐候性和耐磨性好。而芳香族的TPU具有低成本和耐溶剂性好的优点，拉伸强度和回弹性高。而耐水解性主要是由于大分子二元醇决定的。

大分子二元醇:与二异氰酸酯反应形成了材料的软段。大分子二元醇的链段越长，TPU就表现的柔软性越好。选择聚醚、聚酯还是聚己内酯的大分子二元醇对于TPU的化学性质的耐水解性有决定性的影响。对于聚酯型的，TPU具有较好的抗UV，氧化性和耐化学性。而聚醚型的则具有很好的耐低温和水解性。聚己内酯型的是这些性质的组合，但是其价格更高。

扩链剂:扩链剂与二异氰酸酯反应形成氨酯基团或者尿。一般的扩链剂就是小分子的二元醇，与二异氰酸酯反应形成氨酯基团。从而形成聚合物的硬段部分。较多的使用扩链剂可以提高聚合物的结晶度，从而提高了材料的硬度和模量。

结构与性能

TPU是不同类型链段相间的线型聚合物。这些链段包括：

1.硬段：由二异氰酸酯和小分子二元醇反应形成，含有高密度的-NHCOO-官能团。由于大量的氢键作用，因此在室温下表现出刚性（硬度大）。

2. 软段：二异氰酸酯和长链多元醇反应形成。 -NHCOO-官能团密度低，极性小，因此在室温下比较柔软（硬度低）

TPU大分子链的典型结构:

由于TPU可以有很多的软段和硬段的组合，以及相应分子量的变化，因此它表出了很宽的性质范围。从很软的橡胶到很硬的塑料。TPU的硬度范围图解（介于塑料橡胶之间的桥梁）：

氢键的作用

硬段中的氢键作用有利于大分子之间集中，并形成了一种有序的结构-结晶。这些结晶区与柔软的软段区就容易产生相分离。这种相分离的效果取决于分子链的极性和分子量以及生产加工条件等等。结晶区在非晶区的就作为物理交联点，这就是TPU高弹性的原因，而柔性卷曲的长链则赋予聚合物较好的伸长性质。

聚氨酯嵌段共聚物的链段微结构示意图解：

在热的作用下，这些物理交联点就会消失，从而使用传统的加工方法（注塑、挤出和压延）进行加工。因此TPU材料可以重复利用，有利于降低成本和环境保护。当温度将下来时，“假交联点”可以再次形成，使得成型的材料具有弹性。

在溶剂中，这些“伪交联点”也可以被打开。因此也可以使用传统的涂层方法进行加工。当溶剂被蒸发后，“假交联点”再次形成。

当施加一应力时，柔软的软段可以使得材料被拉长；而刚性的硬段则储存了所施加的能量，从而使得应力消失时，材料可以返回原点。这种橡胶状的弹性可以解释材料的优良的耐磨性和耐撕裂性质。

TPU具有较低的 Tg –与其他相同硬度的聚合物材料相比–也就是在低温下仍然能保持弹性的原因。

对于在 Shore 98 A的TPU ,结晶区域的尺寸范围小于可见光的波长，因此这些TPU是透明的。这在TPE这个大家族中是唯一的。而TPU的极性和非极性微区相平衡的这种结构，使得TPU具有良好的耐化学性能，特别是油和油脂。

TPU性能小结：

TPU所具有的这种特殊结构使得它表现出了一些特殊的性能:

高弹性

良好的耐磨性

良好的耐磨性

良好的耐撕裂性质

良好的耐油和油脂性质

良好的机械性质和橡胶弹性的结合体

优异的低温性质

高的透明性质

挤出加工

TPU流延挤出薄膜生产线简图（含复合）：

TPU挤出机螺杆示意图：

挤出机螺杆示意图：

流延模头：应用