什么是TPU材料

2025-04-19 09:27:08 TPU材料
在材料科学的广阔领域中,热塑性聚氨酯(TPU)以其独特的性能和广泛的应用潜力,成为备受瞩目的高性能弹性体材料。从日常用品到高端工业制品,TPU 都展现出了不可替代的价值。

一、 结构与合成

1 分子结构

TPU 即热塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane ),是由软段和硬段组成的嵌段共聚物。软段一般由多元醇构成,赋予材料弹性和柔韧性;硬段由异氰酸酯与扩链剂反应生成,提供强度和刚性。不同软段、硬段的种类和比例,使 TPU 呈现多样性能。

2 合成工艺

主要有本体聚合和溶液聚合。本体聚合又分预聚法,即二异氰酸酯与大分子二醇先反应,再加入扩链剂生成 TPU;一步法是大分子二醇、二异氰酸酯和扩链剂同时混合反应。溶液聚合是二异氰酸酯先溶于溶剂,加入大分子二醇反应后,再加扩链剂生成 TPU 。

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二 、性能特点

1 力学性能

硬度范围广,邵尔硬度在 Shore A 60 - Shore D 80 ,可通过调整软硬链段比例改变硬度,且硬度变化时仍保持良好弹性和耐磨性。机械强度高,承载、抗冲击、减震性能突出,拉伸强度可达 35 - 50MPa ,断裂伸长率超 600% ,回弹性优异,压缩永久变形率低(<30% ) 。耐磨性能佳,阿克隆磨耗量<40mm³ ,比普通橡胶耐磨约 5 倍以上 。耐屈折性好,在不同环境下重复周期性应力作用,仍能保持极佳耐屈折特性 。

2 物理性能

宽温域适应性,工作温度 - 40℃至 120℃ ,短期可耐 150℃ ,低温下柔韧性好,不易脆裂 。气密性好,易通过高周波或热压熔接,用于充气制品 ,聚酯系列制品气密性比聚醚系列更优 。

3 化学性能

耐油与耐化学性,TPU 是强极性高分子材料,与非极性矿物油亲和性小,在多种油中几乎不受侵蚀,聚酯系列耐油性更佳 ;对许多化学物质有抵抗能力 。耐水解性,浑浊下耐水性能良好,聚醚系列 1 - 2 年不会明显水解 ;聚酯系列在特定温度和时长的水中浸泡会分解 。抗高温与抗氧化性,抗氧化能力良好,耐温性可达 120℃ ,相比一些塑胶原料,在高温下更稳定 。生物医学性能,生物相容性佳,无毒、无过敏等反应,无局部刺激性和致热源性 。

4 加工与环保性能

加工性能好,可采用注塑、挤出、压延、吹塑等热塑性材料加工方法 ,还能与某些高分子材料制成性能互补的聚合物合金 。环保可回收,无需硫化,生产周期短;废弃物料可回收利用,符合欧盟 REACH、RoHS 等环保标准 。

三 、材料分类

1 按软段结构

分为聚酯型、聚醚型和丁二烯型,分别含酯基、醚基或丁烯基 。

2 按硬段结构

分为氨酯型和氨酯脲型,由二醇或二胺扩链剂获得 。

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3 按有无交联

分为纯热塑性(纯线性结构,无交联键 )和半热塑性(含少量脲基甲酸酯等交联键 ) 。

4 按制成品用途

分为异型件(机械零件 )、管材(护套、棒型材 )、薄膜(薄片、薄板 )以及胶粘剂、涂料和纤维等 。

四 、应用领域

1 鞋服与运动装备

用于鞋底、鞋面,提供弹性、耐磨性和舒适度 ;制作防水透气薄膜、运动护具等 。比如 Adidas Boost 技术的运动鞋中底用 TPU 实现能量回馈 。

2 电子领域

制造手机保护壳、智能手表表带,抗冲击、耐刮擦 ;耳机线材高回弹、抗缠绕 。

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3 汽车工业

汽车线束护套耐油、耐老化 ;内饰表皮、空气导管触感柔软、耐候性强 。

4 医疗行业

医用导管、止血带等,满足生物相容性要求 。

5 工业领域

密封圈、液压软管等,耐高压、抗化学腐蚀 。

6 3D 打印

高流动性 TPU 线材用于定制化鞋垫、柔性机器人部件等 。


TPU 以其独特的分子结构、优异的性能特点、多样的分类方式和广泛的应用领域,在现代材料应用中占据了重要地位。随着科技的不断进步,TPU 材料有望在更多新兴领域得到拓展和应用,持续为人们的生活和工业生产带来新的惊喜与变革。

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