tpu
定义
tpu是主链含氨基甲酸酯基团（—NH—COO—）的线型嵌段共聚物，属于热塑性弹性体大类中的聚氨酯类[4]。它的分子结构由柔性软段和刚性硬段交替连接而成，因而性能介于橡胶与塑料之间[4]。
按所用低聚物二元醇的种类，tpu主要分为聚酯型与聚醚型两大类，前者耐油、耐热与耐磨性能较好，后者耐水解与耐低温性能更优[1]。加热时维系硬段聚集的物理交联消失，材料可像普通热塑性塑料一样流动成型，冷却后重新恢复弹性，因而具有可重复加工性[3]。
原理
tpu的合成原料包括二异氰酸酯、低聚物二元醇（大分子二醇）与低分子二元醇扩链剂三类[5]。常用的二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），扩链剂多用1,4-丁二醇，大分子二醇的相对分子质量通常为1000～2000[5]。大分子二醇与异氰酸酯反应生成较长的软段，扩链剂与异氰酸酯反应生成较短的硬段，两者通过共价键相连形成嵌段结构[6]。
软段极性低、玻璃化温度低于室温，赋予材料柔软性与弹性；硬段极性强，依靠氨基甲酸酯基之间的氢键聚集为硬微区，起物理交联点和增强填料的作用[7]。软段与硬段热力学上互不相容，在室温下发生微相分离，形成软相与硬相共存的两相结构[8]。硬段与软段的比例决定最终性能，比例升高一般带来硬度、模量与拉伸强度的提高[7]。
在加工温度下，硬微区有序结构解体，物理交联作用消失，材料进入可流动状态；冷却后硬段重新聚集，物理交联得到恢复，这就是tpu可以反复注塑、挤出而不必硫化交联的原因[3]。按照有无溶剂，tpu的合成可分为本体聚合法与溶液聚合法，本体法又分开步同时加料的「一步法」和先生成端异氰酸酯预聚体再扩链的「预聚体法」[1]。
发展历程
聚氨酯的化学基础可追溯到20世纪30年代异氰酸酯加成反应的工业应用，其后聚氨酯弹性体的早期专利由杜邦公司与英国帝国化学工业公司在1940年代先后取得[9]。1950年前后，B.F. Goodrich公司的Schollenberger等人开始研制可热塑加工的聚氨酯，1952年申请首个相关专利，1958年以Estane为商品牌号推出该材料[10]。1960年代，B.F. Goodrich、Mobay、拜耳等公司在美国与欧洲相继实现tpu的工业化与商品化生产[9]。
Estane最早的应用是工业织物涂层，1960年代中期进入服装领域，随后转向注塑件，用于小型保险杠面板等汽车柔性零件[11]。1970年代该材料又被用作磁带粘合树脂，并扩展到食品加工传送带、血管导管与运动鞋装饰件等[11]。
中国的tpu研制工作始于1970年代，山西省化工研究所在1973年开展相关研究；1980年代中期天津的聚氨酯制品厂开始向市场供应tpu弹性体[5]。1990年代起，外资tpu生产企业陆续在中国投资建厂，国内tpu工业随之起步[1]。进入21世纪，在替代聚氯乙烯与橡胶的需求、国产工艺与原料供应改善等因素推动下，中国tpu产销保持较快增长，鞋材、3C护套、管材和薄膜成为主要应用方向[1]。
应用
鞋材是tpu用量较大的领域之一，材料被用于鞋底、运动鞋装饰模塑件等部件[11]。在电线电缆领域，tpu因耐磨、柔韧而被用作护套料，数据通信线缆还使用无卤阻燃牌号[11]。挤出与压延工艺可制得软管、传送带、薄膜与片材，也可通过溶液涂覆用于人造革和织物涂层[12]。
汽车工业使用tpu制造软管、密封件、保险杠等部件，早期注塑件还利用其低温抗冲性能作减震元件[3]。医疗领域可见于静脉导管、伤口敷料等制品，这与tpu对皮肤、血液和组织的相容性有关[8]。此外，胶粘剂、磁性介质粘合树脂以及智能穿戴设备外壳等也是其用途[11]。
在加工方式上，tpu可采用注塑、挤出、吹塑、压延等常规热塑性塑料的成型设备，制品一般无需硫化，边角料与废料也可回收再用[1]。以玻璃纤维等填料增强的牌号可提高弹性模量并降低线膨胀系数，用于汽车与机械零件[5]。
局限
与热固性聚氨酯相比，tpu的耐热性和抗压缩永久变形能力偏弱，多数牌号的长期使用温度受到限制[13]。在静态条件下，许多聚氨酯材料的最高使用温度不超过80℃，温度升高时撕裂强度与拉伸强度明显下降[4]。
耐水解性是另一项短板，聚酯型tpu在潮湿和较高温度环境中易发生水解，导致分子量下降与力学性能衰减，加入聚碳化二亚胺等助剂可作一定改善[14]。部分牌号还存在耐紫外光性能有限的问题，户外使用需配合光稳定剂[8]。
tpu的极性使其对氯化烃和芳香族溶剂抵抗力较弱，这类溶剂会引起明显溶胀，极性溶剂甚至可部分或完全溶解tpu[8]。加工前必须充分干燥，因为粒料吸水会在挤出过程中引起水解、产生气泡甚至无法成型；有供应商也提示部分牌号贮存期较短[14][13]。此外，其硬度可选范围相对其他热塑性弹性体偏窄[13]。
参见
参考资料
- 图文详情——科普中国资源服务 [引用日期2026-10-29]
- 热塑性聚氨酯弹性体的设计制备及性能研究 [引用日期2026-10-29]
- 《智能穿戴设备用热塑性聚氨酯弹性体（TPU）技术要求》团体标准 [引用日期2026-10-29]
- 橡胶配合加工技术讲座 [引用日期2026-10-29]
- 环保型材料——热塑性聚氨酯 [引用日期2026-10-29]
- google.com 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- google.com 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- content [引用日期2026-10-29]
- Occident in the 18th century [引用日期2026-10-29]
- Charles S. Schollenberger [引用日期2026-10-29]
- Estane rolling on, from boots to car parts [引用日期2026-10-29]
- [00140958]聚酯型热塑性聚氨酯弹性体粒料 [引用日期2026-10-29]
- Thermoplastic Polyurethane (TPU) [引用日期2026-10-29]
- 耐水解型TPU片材 [引用日期2026-10-29]