在2014年全球聚氨酯總產(chǎn)銷量達(dá)到2150萬噸，其中彈性體約200萬噸，占總量的9.3%。2014年中國聚氨酯總消費(fèi)量960萬噸，其中彈性體消費(fèi)量82萬噸，占總消費(fèi)量的8.6%，而TPU消費(fèi)量為28萬噸。中國TPU的十三五規(guī)劃主要目標(biāo)即為醫(yī)療、汽車、薄膜高端TPU產(chǎn)品。
圖 TPU的消費(fèi)現(xiàn)狀
為什么TPU在與薄膜高端TPU的產(chǎn)品會逐漸被人所青睞？下面我們先從認(rèn)識TPU開始？
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一 TPU的結(jié)構(gòu)與性能 |
TPU是分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(tuán)（-NHCOO-)的聚合物，是一種含有硬段和軟段的嵌段共聚物，既具有塑料可塑性和力學(xué)強(qiáng)度，又具有橡膠的彈性。由于這種獨(dú)有的結(jié)構(gòu)，因此TPU可以廣泛應(yīng)用于：鞋材、防水透濕的薄膜、流延膜、擠出管材、耐水解流延膜、汽車、阻燃線纜等。
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二 TPU材料獨(dú)有的優(yōu)勢 |
相對于其他材料而言，TPU的力學(xué)性能具有可調(diào)節(jié)性，邵氏硬度在30A-80D之間，耐磨性、撕裂強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率高、耐曲撓、耐油污、耐老化、耐候、高防水、高透濕度、耐水解等性能優(yōu)異；并且環(huán)保污染，生物相容性好、無毒、無致癌等特點(diǎn)。
表 TPU材料與其他材料的性能對比
因此就目前而言，TPU是替代PVC最好的選擇。這主要不僅僅是拉伸強(qiáng)度大大優(yōu)于PVC，耐低溫性更是PVC不可比擬的；此外，可降解性、抗菌性、不含增塑劑等方面的性能，都比PVC優(yōu)異。對于在高端產(chǎn)品上，TPU取代PVC是不錯(cuò)的選擇。
表 TPU與PVC性能對比
目前，TPU材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鞋類、服裝、醫(yī)療用品、工業(yè)用品、嬰兒用品 等領(lǐng)域，特別是醫(yī)療領(lǐng)域。
表 TPU的應(yīng)用
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類別 |
用途 |
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鞋類 |
運(yùn)動鞋、登山鞋、雪鞋、高爾夫球鞋、野戰(zhàn)鞋、溜冰鞋之面料 及里襯材料
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服裝類 |
雪衣、雨衣、風(fēng)衣、防寒夾克、野戰(zhàn)服、紙尿褲、生理褲、內(nèi) 襯、T恤及運(yùn)動服等之面料及內(nèi)里材料
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醫(yī)療用品類 |
手術(shù)衣（帽、鞋）醫(yī)療用褥墊、冰袋、繃帶、血漿袋等面料及 內(nèi)里材料
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國防用品類 |
武器封存薄膜、野戰(zhàn)帳篷、備戰(zhàn)冰袋。救生衣。充氣艇等面料 及內(nèi)里材料
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運(yùn)動用品 |
空氣降落傘、充氣水袋、潛水衣、泳衣、氣囊、運(yùn)動衫、瘦身 衣等面料及內(nèi)里材料
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工業(yè)用品 |
防火材、隔熱板、隔音板、防水封條、絕緣板、油袋、管子、 清理下水道工程服裝等面料及內(nèi)里材料
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嬰兒用品 |
玩具等嬰兒用品面料及內(nèi)里材料
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三 薄膜高端TPU產(chǎn)品的特色及工藝特點(diǎn) |
TPU薄膜具有耐低溫、高韌性、高強(qiáng)度、環(huán)�？煞纸狻�“可呼吸性”等優(yōu)點(diǎn)，正在各個(gè)領(lǐng)域取代PVC、EVA、人造革等材料，在中國的消耗量也是持續(xù)增長。隨著全社會環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，TPU應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。2010年至2014年整體市場增長率平均在15%每年。
1.TPU薄膜的特點(diǎn)
TPU薄膜為TPU原料粒子熔融擠出成型而成，其薄膜具有耐低溫、高韌性、高強(qiáng)度、環(huán)保可分解，“可呼吸性”等優(yōu)點(diǎn)，目前正逐步取代PVC、EVA、人造革等材料，特別是在薄膜領(lǐng)域。比如：
鞋類由于所用TPU薄膜厚度比較厚（0.5~2毫米), 各類運(yùn)動鞋、戶外登山鞋的大量使用從而占據(jù)最大消耗量；
運(yùn)動器材主要集中在水上沖鋒艇、充氣艇、水上風(fēng)箏，主要使用聚醚類TPU薄膜；
用于家紡、沖鋒衣、戶外用品、醫(yī)療用品（手術(shù)衣）的防水透濕TPU薄膜。
圖 TPU應(yīng)用于戶外服裝
2.TPU薄膜的加工工藝及特點(diǎn)
TPU可以通過吹塑、流延等成型方式，生產(chǎn)TPU薄膜。
吹塑法：原料經(jīng)熱擠出機(jī)熔融塑化，從機(jī)頭進(jìn)入模頭，經(jīng)過壓縮空氣吹漲、牽引，然后卷曲和分切；
流延法：原料經(jīng)過熱擠出機(jī)熔融塑化，從機(jī)頭通過狹縫式模口擠出，澆注到冷卻輥筒上，使原料急劇冷卻，然后拉伸、分切、卷取。
表 TPU擠出工藝：吹塑、流延對比
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吹塑法 |
流延法 |
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厚度范圍 |
10~100μm |
50~2000μm |
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力學(xué)性能 |
縱，橫向強(qiáng)度差異少 |
縱，橫向強(qiáng)度差異大 |
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不熔物控制 |
不熔物含量低 |
不熔物含量較高 |
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產(chǎn)量 |
小 |
大 |
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表面特性 |
雙面光或雙面霧 |
可實(shí)現(xiàn)單面光/霧 |
圖 顯微鏡下薄膜的晶點(diǎn)
結(jié)晶性對于薄膜的影響
合適的結(jié)晶，薄膜外觀好，并且力學(xué)性能優(yōu)異。
圖 TPU薄膜結(jié)晶性適中
如果結(jié)晶性過強(qiáng)，會導(dǎo)致熔體破裂，導(dǎo)致擠出的時(shí)候產(chǎn)生團(tuán)聚，如圖所示，薄膜團(tuán)聚部位多，并且薄膜外觀粗糙，力學(xué)性能不好。
圖 TPU薄膜結(jié)晶性過強(qiáng)
3.TPU薄膜擠出速率對于薄膜的影響
TPU薄膜在擠出速率增大至臨界速率后，樣品都會發(fā)生擠出畸變�；冎饕憩F(xiàn)可分為：表面畸變與整體畸變。因此，在保證薄膜外觀性能良好的條件下，選取適當(dāng)?shù)臄D出速率，對于提高生產(chǎn)有一定的幫助。
4.高透濕性能TPU薄膜的特點(diǎn)
微孔膜：一般是以聚四氟乙烯為原料，經(jīng)過膨化拉伸后形成一種具有微孔性的薄膜本身具有多孔結(jié)構(gòu)，孔徑0.2~10um，僅能透過水蒸氣，這樣人體內(nèi)散發(fā)出的水蒸氣就能有效地通過孔徑向外擴(kuò)散，而水滴無法滲透，從而達(dá)到防水透視效果；
親水性無孔膜：以聚氨基甲酸酯（TPU）為主要材料，導(dǎo)入親水基，表面及本體均勻致密的結(jié)構(gòu)，表面含有一定親水性基團(tuán)，以氫鍵形式“捕獲”人體散失的水蒸氣分子，通過分子鏈段以及膜內(nèi)外壓差水蒸氣“傳遞”出去，從而達(dá)到優(yōu)異的防水透濕性能。
分子透濕膜與微孔透濕膜的比較
TPU分子透濕膜相對于傳統(tǒng)的微孔膜而言，就具有耐表面活性劑、擁有較高的水滲透壓、可選擇性滲透、有較強(qiáng)的抗撕裂性能、完全隔絕細(xì)菌與氣味、較低成本等有點(diǎn)
表 分子透濕膜與微孔透濕膜的比較
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分子透濕膜與微孔透濕膜比較 |
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分子透濕 |
微孔透濕 |
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耐表面活性劑 |
表面活性劑會滲漏 |
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較高水滲透壓 |
較低水滲透壓 |
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可選擇性滲透 |
無選擇性滲透 |
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水膨脹為變值 |
水膨脹較小 |
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較強(qiáng)抗撕裂性能 |
較低抗撕裂性能 |
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完全隔絕細(xì)菌與氣味 |
氣味隔絕性較差 |
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較低成本 |
較高成本 |
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防風(fēng)，防水 |
防風(fēng)，防水 |
表 高透濕性能TPU性能
TPU防水透濕膜目前主要應(yīng)用于賽車服、機(jī)車裝、高爾夫裝、防水服、登山鞋、浴簾、桌布、雨衣、嬰兒圍嘴、 航海服、釣魚褲、雪褸、風(fēng)衣、防寒夾克、 滑雪服、滑雪手套、登山服、打獵服、沖浪服、馬衣、 沖鋒衣、戰(zhàn)斗服、燈飾配件、手機(jī)防水配件等。
