一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。

二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。

图 生成氨酯基的反应

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，最后加入扩链剂生成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。

三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最终的制品，主要采用熔融法和溶液法进行TPU的加工。

图 TPU包胶在电动工具外壳的应用

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制成最终产品，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。

四TPU的性能

一个材料被大量应用，肯定是因为其有着非常好的性能，TPU也不例外。像浇注型聚氨酯（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。

图 可发泡TPU

下面将主要从拉伸强度和伸长率、回弹性、硬度等方面阐述一下TPU的力学性能。

1拉伸强度高、伸长率大TPU的拉伸强度和伸长率都非常优异。从下图的数据我们可以看到，聚醚型TPU的拉伸强度和伸长率远优于聚氯乙烯塑料和橡胶。

图 TPU与其他材料拉伸强度的比较

此外TPU在加工过程不加或加入很少助剂，能满足食品工业要求，这也是其他材料如PVC、橡胶等难以办到的。

2.回弹性对温度非常敏感TPU的回弹性是指形变应力解除后迅速恢复其原状的程度，用恢复能表示，即形变回缩功与产生形变所需要的功之比。它是弹性体动态模量和内摩擦的函数，并对温度非常敏感。

图 TPU回弹性与室温以下温度的关系

TPU软段为PTMG、PCL、PBA，相对分子质量分别为1000和2000；硬段为MDI-BDO，硬段含量分别为48.2%（PCL-1250为42.7%）和31.7%，r0=1.05预聚法合成。正如所预期的那样，回弹随温度的下降而降低，直到某一温度，弹性又迅速增加。这个温度是软段结晶温度，决定于大分子二醇的结构，聚醚型TPU较聚酯型TPU低。在结晶温度以下的温度，弹性体变得很硬且失去了它的弹性，因此，回弹性是类似于离开硬金属表面的反弹。

3.硬度范围为邵尔A60~D80硬度是材料抵抗变形、刻痕和划伤能力的一种指标。TPU硬度通常用邵尔A型和邵尔D型硬度计测定，邵尔A用于较软的TPU，邵尔D用于较硬的TPU。

图  邵尔A与邵尔D之间的关系

由于可以通过调整软硬链段的比例，来调整TPU的硬度高低，因此TPU有着比较宽的硬度范围，其硬度从邵尔A60~D80，跨越了橡胶和塑料的硬度，并且在整个硬度范围内具有高弹性。随硬度的变化，TPU的一些性能会发生变化。比如，提高TPU的硬度，会出现拉伸模量和撕裂强度增加、刚性和压缩应力(负荷能力)增加、伸长率降低、密度和动态生热增加、耐环境性能增加的性能变化。

五TPU的应用