在2014年全球聚氨酯总产销量达到2150万吨，其中弹性体约200万吨，占总量的9.3%。2014年中国聚氨酯总消费量960万吨，其中弹性体消费量82万吨，占总消费量的8.6%，而TPU消费量为28万吨。中国TPU的十三五规划主要目标即为医疗、汽车、薄膜高端TPU产品。
图 TPU的消费现状
为什么TPU在与薄膜高端TPU的产品会逐渐被人所青睐？下面我们先从认识TPU开始？
一 TPU的结构与性能 |
TPU是分子链中含有氨基甲酸酯基团（-NHCOO-)的聚合物，是一种含有硬段和软段的嵌段共聚物，既具有塑料可塑性和力学强度，又具有橡胶的弹性。由于这种独有的结构，因此TPU可以广泛应用于：鞋材、防水透湿的薄膜、流延膜、挤出管材、耐水解流延膜、汽车、阻燃线缆等。
二 TPU材料独有的优势 |
相对于其他材料而言，TPU的力学性能具有可调节性，邵氏硬度在30A-80D之间，耐磨性、撕裂强度、抗拉强度、断裂伸长率高、耐曲挠、耐油污、耐老化、耐候、高防水、高透湿度、耐水解等性能优异；并且环保污染，生物相容性好、无毒、无致癌等特点。
表 TPU材料与其他材料的性能对比
因此就目前而言，TPU是替代PVC最好的选择。这主要不仅仅是拉伸强度大大优于PVC，耐低温性更是PVC不可比拟的；此外，可降解性、抗菌性、不含增塑剂等方面的性能，都比PVC优异。对于在高端产品上，TPU取代PVC是不错的选择。
表 TPU与PVC性能对比
目前，TPU材料已经广泛应用于鞋类、服装、医疗用品、工业用品、婴儿用品 等领域，特别是医疗领域。
表 TPU的应用
类别 | 用途 |
鞋类 | 运动鞋、登山鞋、雪鞋、高尔夫球鞋、野战鞋、溜冰鞋之面料 及里衬材料
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服装类 | 雪衣、雨衣、风衣、防寒夹克、野战服、纸尿裤、生理裤、内 衬、T恤及运动服等之面料及内里材料
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医疗用品类 | 手术衣（帽、鞋）医疗用褥垫、冰袋、绷带、血浆袋等面料及 内里材料
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国防用品类 | 武器封存薄膜、野战帐篷、备战冰袋。救生衣。充气艇等面料 及内里材料
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运动用品 | 空气降落伞、充气水袋、潜水衣、泳衣、气囊、运动衫、瘦身 衣等面料及内里材料
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工业用品 |
防火材、隔热板、隔音板、防水封条、绝缘板、油袋、管子、 清理下水道工程服装等面料及内里材料
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婴儿用品 | 玩具等婴儿用品面料及内里材料
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三 薄膜高端TPU产品的特色及工艺特点 |
TPU薄膜具有耐低温、高韧性、高强度、环保可分解、“可呼吸性”等优点，正在各个领域取代PVC、EVA、人造革等材料，在中国的消耗量也是持续增长。随着全社会环保意识的不断增强，同时随着技术的进一步开发，TPU应用范围不断扩大。2010年至2014年整体市场增长率平均在15%每年。
1.TPU薄膜的特点
TPU薄膜为TPU原料粒子熔融挤出成型而成，其薄膜具有耐低温、高韧性、高强度、环保可分解，“可呼吸性”等优点，目前正逐步取代PVC、EVA、人造革等材料，特别是在薄膜领域。比如：
鞋类由于所用TPU薄膜厚度比较厚（0.5~2毫米), 各类运动鞋、户外登山鞋的大量使用从而占据最大消耗量；
运动器材主要集中在水上冲锋艇、充气艇、水上风筝，主要使用聚醚类TPU薄膜；
用于家纺、冲锋衣、户外用品、医疗用品（手术衣）的防水透湿TPU薄膜。
图 TPU应用于户外服装
2.TPU薄膜的加工工艺及特点
TPU可以通过吹塑、流延等成型方式，生产TPU薄膜。
吹塑法：原料经热挤出机熔融塑化，从机头进入模头，经过压缩空气吹涨、牵引，然后卷曲和分切；
流延法：原料经过热挤出机熔融塑化，从机头通过狭缝式模口挤出，浇注到冷却辊筒上，使原料急剧冷却，然后拉伸、分切、卷取。
表 TPU挤出工艺：吹塑、流延对比
吹塑法 | 流延法 | |
厚度范围 | 10~100μm | 50~2000μm |
力学性能 | 纵，横向强度差异少 | 纵，横向强度差异大 |
不熔物控制 | 不熔物含量低 | 不熔物含量较高 |
产量 | 小 | 大 |
表面特性 | 双面光或双面雾 | 可实现单面光/雾 |
图 显微镜下薄膜的晶点
结晶性对于薄膜的影响
合适的结晶，薄膜外观好，并且力学性能优异。
图 TPU薄膜结晶性适中
如果结晶性过强，会导致熔体破裂，导致挤出的时候产生团聚，如图所示，薄膜团聚部位多，并且薄膜外观粗糙，力学性能不好。
图 TPU薄膜结晶性过强
3.TPU薄膜挤出速率对于薄膜的影响
TPU薄膜在挤出速率增大至临界速率后，样品都会发生挤出畸变。畸变主要表现可分为：表面畸变与整体畸变。因此，在保证薄膜外观性能良好的条件下，选取适当的挤出速率，对于提高生产有一定的帮助。
4.高透湿性能TPU薄膜的特点
微孔膜：一般是以聚四氟乙烯为原料，经过膨化拉伸后形成一种具有微孔性的薄膜本身具有多孔结构，孔径0.2~10um，仅能透过水蒸气，这样人体内散发出的水蒸气就能有效地通过孔径向外扩散，而水滴无法渗透，从而达到防水透视效果；
亲水性无孔膜：以聚氨基甲酸酯（TPU）为主要材料，导入亲水基，表面及本体均匀致密的结构，表面含有一定亲水性基团，以氢键形式“捕获”人体散失的水蒸气分子，通过分子链段以及膜内外压差水蒸气“传递”出去，从而达到优异的防水透湿性能。
分子透湿膜与微孔透湿膜的比较
TPU分子透湿膜相对于传统的微孔膜而言，就具有耐表面活性剂、拥有较高的水渗透压、可选择性渗透、有较强的抗撕裂性能、完全隔绝细菌与气味、较低成本等有点
表 分子透湿膜与微孔透湿膜的比较
分子透湿膜与微孔透湿膜比较 | |
分子透湿 | 微孔透湿 |
耐表面活性剂 | 表面活性剂会渗漏 |
较高水渗透压 | 较低水渗透压 |
可选择性渗透 | 无选择性渗透 |
水膨胀为变值 | 水膨胀较小 |
较强抗撕裂性能 | 较低抗撕裂性能 |
完全隔绝细菌与气味 | 气味隔绝性较差 |
较低成本 | 较高成本 |
防风，防水 | 防风，防水 |
表 高透湿性能TPU性能
TPU防水透湿膜目前主要应用于赛车服、机车装、高尔夫装、防水服、登山鞋、浴帘、桌布、雨衣、婴儿围嘴、 航海服、钓鱼裤、雪褛、风衣、防寒夹克、 滑雪服、滑雪手套、登山服、打猎服、冲浪服、马衣、 冲锋衣、战斗服、灯饰配件、手机防水配件等。
恒安聚氨酯股份有限公司
是上海恒安实业有限公司控股的子公司之一，坐落在上海市金山精细化工产业园区。 公司以制造高性能热塑性聚氨酯弹性体为主营业务， 是一家集生产、销售、研发为一体的科技型股份制企业，拥有自主研发的TPU生产技术并已获得多项专利；产能7000吨/年的聚氨酯弹性粒子，用户横跨多行业，休闲体育，工业设备，新能源开采，军事装备等。
文章源于恒安总经理兼研发总监朱勇博士，艾邦高分子整理编辑
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