TPU的特性和注塑

TPU的基本特性和特殊品级

1〃基本特性：

TPU是分子中含有-NH-COO-基团的材料，长链的二元醇和异氰酸酯成分构成了软段，短键的二元醇和异氰酸酯成分构成了硬段，TPU很多特性取决于长链二元醇的种类，其硬度用硬段做比例来调节，它的光老化性可加光稳定剂来加以改善，同时也取决于异氰酸酯是芳香族还是脂肪族。它不同于其他热塑性弹性的优异性能如下：

（1）优异的耐磨性能、它的Taber磨耗值为0.5-0.35mg，是塑料中最小的，若加入MoS2、硅油石墨等可降低摩擦系数，提高耐磨程度。

（2）拉伸强度和伸长率：

TPU的拉伸强度是天然橡胶和合成橡胶的2-3倍，聚酯型的TPU拉伸强度近60MPa，伸长率近410%，聚醚型TPU的拉伸强度为50MPa，伸长率为>30%。

（3）耐油、耐汽油性能：

TPU的耐油性能优于丁腈橡胶，具有极好的耐油寿命。

（4）耐低温性、耐候性、耐臭氧性能

TPU的耐气候老化性能优于天然橡胶和其他合成橡胶。它的耐臭氧，耐射线的特点在航天工业有特殊的用途。

（5）医疗卫生性

TPU具有生物相容性和抗血凝性，医用TPU应用越来越广泛，如人造心脏、人工肾、输血管、血浆袋、输尿管、外科技术用固定材料等。

（6）硬度范围

TPU硬段的为邵氏A10-邵氏D80，而普通的橡胶硬度范围一般在邵氏

A60~100，TPU在邵氏硬度A15以下的所有弹性体，都有相似的压缩变形特性。

在邵氏硬度A85到85以上时TPU仍保持弹性。这是其他弹性体所没有的特性。所以TPU具有高负载支撑能力和良好的吸振效应。

2〃特殊品级：

（1）美国BF Goodrich公司生产的TPU（商品名ESTANE®）

（2）德国Bayer公司TPU品级（商品名Desmopan）

（3）日本“ミラヮラソ株式会社的TPU品级（Miractran. 品级）

该品级由于二元醇羟基的当量和异氰酸酯当量的比率不同，分为E型和P

型两系列。E型由于过剩的异氰酸酯形成一部分多联结构，因此具有优异机械强度、压缩永久变形、永久伸展率。P型由于两组分比例相等，而成线型结构，它的粘度对温度的依存性小，流动性好，而有好的加工性能，且易溶剂。

最近该公司又开发了对于人体防静电的电子部件；衣料及住房的快适应性透湿材料；对医疗和食品等有安全要求的抗菌性材料；鞋底用耐磨耗材料等，尤其是消光材料；发泡材料；蓄光材料；抗血栓性导尿管用等新功能材料。

成型加工技术

1、TPU代表性的成型加工方法是挤出成型和注射成型。这些成型方法需注意以

下几点：

（1）由于TPU吸湿性强，加工前必须充分干燥；]

（2）由于粘度对温度的依存性较慢，要提高温度控制精度；

（3）要从材料的特性考虑螺杆的结构和长径比（如：压缩比、螺槽深度、L/D 等）；

（4）根据材料的流动性考虑模具结构（不会引起滞留的喷咀、流道、浇口等）；（5）成型机的功率设定要稍大点（是通用树脂的1.5~2倍）；

（6）成型生退火处理，恢复原有特性（尤其是未完全塑化的材料）。

2、成型加工技术及应用

TPU的加工与通用塑料及其他热塑性弹性体（TPE）相比，难点并不少，然而最近由于成型机及加工技术的改进，已可采用多样的成型法以制得各类制品。（1）管材，薄膜，片材领域：

TPU管材，由于具有柔软，良好的抗拉伸强度，冲击强度，耐高低温性，管内充1.5MPa而不膨胀。爆破压力可“达2-5MPa及良好的耐油性，为此是气管和油管的理想材料，广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等的输气、输油软管。TPU管材主要用挤出成型加工。但由于TPU易吸水而降低制品的强度，因此在加工前原料应于100~120℃下干燥4小时、使TPU中水份含量在0.05%以下，挤出时要注意温度的调整，在纯TPU中添加1-4PHR的润滑剂有助于料流的稳定挤出，有利于管材表面光洁度的提高。Desmopan的786、385、392品级，ESTANE的58311、58092、58409等品级均可用于挤出管材。本所有99年开始开展了TPU软管性能如表5。

注：①采用鞋底的耐久性试验法、原理是以DIN磨耗试验为标准本所研制的φ2/4mm、φ4/6mmTPU软管、已成功地用于自动电梯输油管，φ3.5/4.5mmTPU软管已用于飞机另部件，φ3.5/4.5mm、φ3.5/6.2mmTPU软管已用于汽车另部件、目前本所已能生产不同规格的TPU软管，将替代进口产品进一步，拓展应用领域。

TPU薄膜和片材由于具有强韧、薄壁化、独特的手感及良好的环保性等而有较大的应用领域。该制品采用T型挤出法，吹塑成型法及压延成型等方法、成型时必须选择适合于各成型法的合适品级。

Miractran品级中的标准品级如E100、E300 ESTANE的58206、58887、58315品级都能使用T型挤出成型，能生产出几十um的薄膜。

吹塑成型法可用Miractran品级中的E885PFAA和E390PFAA品级，ESTANE 的58277、58409、58630、58315能生产出不粘的、柔软的、非常薄且润幅的薄膜。

压延成型法可用Miractran品级中的E585MSOH、E660MSOH、E380MSNT 品级、硬度从60A到95A都能加工。

（2）热熔薄膜、涂层领域：

该领域的用途是利用TUP的粘接性、伸缩性及良好的表观特性，它不仅简

单地作为粘接材料，而且还广泛应用作为T恤衫等服装图案热转印拷贝用薄膜，这些薄膜可用T型挤压法和吹塑成型法生产。厚度为10μm左右可用Miractran 品级中的不变黄型和热熔型品级。近来用同样原料制成“无纺布”，控制在

25~100g/m2，此“无纺布”除了有上述特性外还因具有空隙结构而有透湿机能，作为新颖的衣料而引人注目。

另外球状的粉末热熔材料，还可用于汽车部件的涂装领域。

（3）低压缩永久变形，耐热变形性领域：

表3的Miractran低压缩永久变形/耐热型H品级是在原来的基础上进行了大的改造。这主要是通过材料的配备技术、加工技术、适当的退火处理而成。主要应用于工业受压受热部件。

（4）电子束交联领域：

在有耐热性、耐药品性、耐摩擦性等较高要求的领域，标准品级的TPU不能满足其性能要求，改进的方法是用电子来进行交联，在表面形成交联层这样可满足上述要求，可制成垫圈、膜片、护套、软管等。

总之TPU汽车、工业部件、软管、垫圈、密封件、电线电缆、医用等方面得到了广泛的应用。

TPU模塑成型工艺有多种方法：包括有注塑、吹塑、压缩成型、挤出成型等，其中以注塑最为常用。注塑的功能是将TPU加工成所要求的制件，分成预塑、注射和机出三个阶段的不连续过程。注射击机分柱塞式和螺杆式两种，推荐使用螺杆式注射机，因为它有提供均匀的速度、塑化和熔融。

1、注射机的设计

注射机料筒衬以铜铝合金，螺杆镀铬防止磨损。螺杆长径比L/D=16~20为好，至少15；压缩比2.5/1~3.0/1。给料段长度0.5L，压缩段0.3L，计量段0.2L。应将止逆环装在靠近螺杆顶端的地方，防止反流并保持最大压力。

加工TPU宜用自流喷嘴，出口为倒锥形，喷嘴口径4mm以上，小于主流道套环入口0.68mm，喷嘴应装有可控加热带以防止材料凝固。

从经济角度考虑，注射量应为额定量的40%~80%。螺杆转速20~50r/min。

2、模具设计

模具设计就注意以下几点：

（1）模塑TPU制件的收缩率

收缩受原料的硬度、制件的厚度、形状、成型温度和模具温度等模塑条件的影响。通常收缩率范围为0.005~0.020cm/cm。例如，100×10×2mm的长方形试片，在长度方向浇口，流动方向上收缩，硬度75A比60D大2～3倍。TPU硬度、制作厚度对收缩率的影响见图1。可见TPU硬度在78A～90A之间时，制件收缩率随厚度增加而下降；硬度在95A～74D时制件收缩率随厚度增加而略有增加。

（2）流道和冷料穴

主流道是模具中连接注射机喷嘴至分流道或型腔的一段通道，直径应向内扩大，呈2o以上的角度，以便于流道赘物脱模。分流道是多槽模中连接主流道和各个