苑会林 李娟
北京化工大学材料科学与工程学院
由于其独特的性能、多种产品形态、产品性能可调节范围大和可热塑加工成型，聚氨酯弹性体（TPU）已引起人们的广泛关注，得到了很大的发展，是国防、汽车、能源、交通、建筑、医疗及其他工业不可缺少的重要材料。
Thermoplastic polyurethane elastomers (TPU) has been developing in amazing speed and it is now an important element in national defence, automotive, energy, transportation, construction and medical industries. This article introduces the various forms and applications of TPU products.
聚氨酯弹性体是大分子主链上含有较多氨基甲酸酯基官能团（-NH-CO-O-）的一类弹性体聚合物，是典型的多嵌段共聚物，一般由聚酯、聚醚、聚烯烃等端羟基低聚物与异氰酸酯及低分子醇类或胺类逐步聚合而成。聚氨酯弹性体既具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度，可采用塑料热成型方式加工，因此又称为热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。此外，TPU还具有硬度范围广（可调节）、耐磨、耐油、可回收利用等优异性能，已引起人们广泛关注，得到了很大发展，已成为国防、汽车、能源、交通、建筑、医疗及其他工业不可缺少的重要材料。
TPU薄膜
TPU薄膜是一种功能性薄膜，具有其他塑胶材料无法比拟的强度高、韧性好、耐寒、耐油、耐老化、耐气候、环保无毒、可分解等特性，同时具有高防水透湿性、防风、防寒、抗菌、保暖、抗紫外线及能量释放等许多优异功能，广泛应用于各种领域。
采用特殊工艺制造的厚度在0.015-0.025mm之间的TPU薄膜具有非常优秀的防水透湿性能，将这种TPU薄膜与莱卡、棉等面料贴合在一起，可制作出防水透湿性极佳的功能性面料，广泛应用于雪衣、雨衣、风衣、防寒服、野战服等。这种TPU薄膜可分为高、中、低透湿三种，防水性可达到10,000mm水柱，透湿性可达到10,000g/m2/24h。
TPU薄膜主要应用领域及用途。
随着TPU上游原料的发展，特别是新型脂肪族异氰酸酯的发展和加工工艺的成熟，TPU薄膜在飞机、汽车、信息技术、新能源、高端装备等领域也将得到更多的应用。
美国3M公司开发了一系列的TPU飞机表面保护膜，取代传统的油漆防护，大大简短了维修周期。该TPU膜具有耐磨损、耐刺穿、耐冲击等特点，成功的保护飞机外表面免受风、雨、雪、沙砾、微尘、冰雹的侵蚀，目前，3M聚氨酯保护胶带已经通过波音公司、空中客车等航空公司的认可，在波音747、F-16、阿帕奇AH64等多种型号的飞机中得到广泛使用。
同样，3M公司在汽车的表面防护也开发了一系列产品，如汽车表面保护膜“犀牛皮”。3M犀牛皮漆面保护膜透明的金罩涂覆层坚韧耐磨，特有的耐穿刺性能，可有效的防石击、抗异物刮擦，并且有优异的抗热、抗老化能力。3M犀牛皮TPU保护膜还可以将您的爱车漆面完全保护。漆面保护膜超长的五年质保更能保证在正常使用情况下不会产生裂纹、剥落或起泡、不会变色或发黄、和车身完美贴合，不会脱落。
拜耳公司近年来成功开发了一种商品名为VISTASOLAR 的耐光型TPU薄膜，以取代传统的EVA薄膜，不仅使太阳能电池的生产更为方便快捷，还大大提高了太阳能电池效率和太阳能发电功率。
TPU复合材料
TPU复合材料具有优良的综合性能，主要包括TPU塑料合金、TPU橡胶复合材料以及TPU与无机材料的复合。
TPU塑料合金包含TPU/PVC、TPU/ABS、TPU/聚甲醛、TPU/PA（尼龙）、TPU/PC（聚碳酸酯）等。TPU橡胶复合材料，如TPU与多种橡胶构成的合成材料。还有TPU与玻璃纤维、玻璃中空微球、碳纳米管的复合材料。
目前国内外正在开发针对汽车应用的TPU-PP玻纤增强橡塑复合材料和TPU基TPV动态硫化热塑性弹性体。此类TPU复合材料具有质轻、性价比优良、可回收等优点，可望广泛用做汽车内外饰件和结构件等。一旦开发成功，则TPU在汽车上的应用量将大幅增加。
利用TPU弹性体的高强度和高承载能力，美国固特里公司开发出第二代TPU，商品名为Estaloc。该产品保持了第一代TPU Estaloc的特性，并采用中空玻璃球作填料，使光泽度提高15%以上，可用于制造汽车边板和减震垫等。汽车用的液压橡胶件中有不少是使用TPU材料。
拜耳开发了碳纳米管/PU弹性体复合材料，代替环氧树脂复合材料，用于制造风力发电机扇叶片，该叶片具有质量更轻、强度更大、功率更强等优点，尤其适用于高功率、超高空和气候条件恶劣环境下作业的风能发电机组。
TPU涂覆织物制品
TPU涂覆织物制品是通过热熔方法将TPU涂覆于织物骨架材料上，经设计成型而做成的一种制品。
飞机软油箱是安装在飞机上的储存燃油容器。以TPU为主材制成的软油箱具有优良的耐磨、耐油、耐腐、耐老化、耐低温、防爆炸等性能，代表了当代飞机油箱的技术发展趋势。近年来国内已采用聚醚型TPU热压工艺制造了无人驾驶飞机上的软油箱，并正在开发直升飞机防坠毁软油箱。此种软油箱突出优点是可有效防止飞机坠毁时因油箱漏油起火爆炸。近年来中国生产油罐用的材料和工艺已有了新的突破。采用性能优异的TPU和高温挤出流涎工艺将TPU涂覆于织物上，再经压合冷却成卷，而制成软体油罐。国内现已开发成60~450L的空投油罐，此种油罐具有强度高、不怕摔等特点，美空军在越战中就应用了此种软体油罐，具有较大的军用价值。
随着中国造船业的高速发展以及对安全规范要求的提高，救生筏需求量也随之急增。目前国外采用TPU热压工艺生产救生筏。产品的性能、质量和外观优良。
汽车安全气囊在国内外高级轿车中已得到普遍应用，国内已有多家企业在研制生产由TPU作为涂覆材料的安全气囊。
耐高压TPU胶管
目前，中国已成为胶管生产和消费大国，2008年全国胶管生产总量达到5.6亿米以上，其中汽车胶管占到近一半、需求量超过2.5亿米，配套市场约有1.5亿米，维修市场0.5亿米。近年来国内已研制成高强度的耐高压输油、输气、输水TPU胶管，此种高性能胶管市场容量呈明显增大趋势。
无卤阻燃TPU电线电缆料
TPU具有耐撕裂、耐磨、耐高低温、易弯曲的优良性能，因此在高档电缆如控制电缆、电力电缆中得到了广泛应用。
随着人们对环保和防火安全意识的不断增强，许多多层建筑、高铁、隧道、核电站、船舶、矿山等现代化设备都要求采用低烟无卤阻燃电线电缆，因此，无卤阻燃TPU电线电缆市场需求量很大。
密封圈、垫
TPU有可注塑、挤出的特点，可以制备不同用途的密封材料，取代模压硫化式橡胶，大大提高使用范围，降低加工成本。直径较大的密封圈可采用挤出成型的密封条，利用热对接的方式可围成各种规格的密封圈。
随着TPU应用的拓展，对其要求也愈来愈高，特别是耐黄变、耐老化的性能要求，为此，合成新型聚氨酯材料才能满足日益增加的市场需求。以往的聚氨酯采用异氰酸酯类，由于有不饱和双键的存在，发黄和老化是聚氨酯的一大缺点，新型脂肪族异氰酸酯和脂环族异氰酸酯的发展可以解决这一问题，国内外已有该类聚氨酯弹性体，为将来在飞机、汽车、新能源、高端装备等领域的应用奠定了基础。无黄变的热塑性聚氨酯弹性体TPU薄膜和TPU复合材料将是TPU弹性体未来的重要发展方向。
文章发表于《CPRJ 中国塑料橡胶》- 2012年2月号
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