應(yīng)用領(lǐng)域
行業(yè)動(dòng)態(tài)未來新材料——無處不在的TPU
東莞市戈塑新材料有限公司
什么是TPU?
ThermoPlastic Urethane 熱塑性聚氨酯彈性體 TPU是一種綠色環(huán)保的新型高性能彈性體材料，屬于聚氨酯下屬熱塑性彈性體的一個(gè)分支材料。由二異氰酸酯、大分子多元醇、擴(kuò)鏈劑（低分子二元醇）三類基礎(chǔ)原料聚合而成的高分子材料。 兼具橡膠與塑料的性能，與其它類型橡膠及塑料相比具有能耗低、污染小等顯著優(yōu)點(diǎn)，能有效替代PVC、橡膠、EVA、硅膠等傳統(tǒng)材料；可以采用多種常規(guī)的塑料加工方法成型，如注塑、擠出、流延、壓延、吹塑等，廢棄后可重復(fù)加工利用，且在堆肥狀態(tài)下能夠自動(dòng)降解，對環(huán)境不造成任何污染。符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的要求，是未來新材料的主要發(fā)展方向之一，市場容量巨大。 通過獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特殊物理/化學(xué)共混改性等手段、以及材料的形貌控制技術(shù)，賦予TPU以高強(qiáng)度、高耐寒、高耐磨、環(huán)保阻燃、耐水、耐油、耐霉菌等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于國防軍工、電子電器、石油化工、資源勘探、醫(yī)療衛(wèi)生、運(yùn)動(dòng)裝備等高端制造領(lǐng)域，是相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵材料。 TPU的發(fā)展歷程 圖片來源：美瑞新材招股說明書 TPU最早由德國拜耳公司于1958年研制成功。隨后，德國巴斯夫、美國諾譽(yù)、陶氏化學(xué)等化工企業(yè)也相繼研制成功。20世紀(jì)70年代，日本引進(jìn)德國TPU生產(chǎn)設(shè)備。隨后，TPU生產(chǎn)技術(shù)從日本傳入臺灣。中國大陸從20世紀(jì)80年代開始接觸TPU生產(chǎn)技術(shù)，但一直未實(shí)現(xiàn)研發(fā)與工藝上的突破。90年代以后，隨著市場對TPU材料的需求增長，在歐美、臺資企業(yè)進(jìn)入大陸后，大陸一些企業(yè)開始進(jìn)行TPU的生產(chǎn)及銷售。 生產(chǎn)原材料 TPU屬于是石油化工的下游產(chǎn)品：生產(chǎn)TPU需要多元醇、MD、BDO、己二酸、乙二醇等原材料，這些原材料都是石油衍生品或副產(chǎn)品，其價(jià)格會受到宏觀經(jīng)濟(jì)因素及石油價(jià)格波動(dòng)的影響。 結(jié)構(gòu)類型 TPU是由軟鏈段與硬鏈段交互嵌段共聚形成的線型聚合物。軟段是柔性鏈段，主要影響TPU材料的彈性和耐低溫性能；硬段是剛性鏈段，主要影響TPU的硬度、耐熱性能、機(jī)械性能等。軟段和硬段交替排列，可以賦予TPU優(yōu)良的性能。根據(jù)軟段與硬段的不同可以分為以下的類型： 資料來源：CNKI,華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)，華安證券研究所 TPU的生產(chǎn)工藝 近年來，我國TPU行業(yè)技術(shù)水平在自主創(chuàng)新能力方面有了明顯提高，雙螺桿反應(yīng)擠出等部分技術(shù)水平已接近國際先進(jìn)水平，但行業(yè)整體技術(shù)水平仍有較大的提升空間。原料配方是TPU的技術(shù)核心，聚酯二元醇中二元酸和二元醇的種類以及比例等都對TPU性能產(chǎn)生影響，TPU中異氰酸酯種類、以及與多元醇的匹配以及助劑的選擇等也會對TPU性能產(chǎn)生影響。 資料來源： 《中國聚氯酯工業(yè)協(xié)會彈性體專業(yè)委員會2005年年會論文集》、 華安證券研究所 TPU材料的優(yōu)點(diǎn) （1） 硬度范圍廣：通過改變TPU各反應(yīng)組分的配比，可以得到不同硬度的產(chǎn)品，從邵氏A50～D85，跨越了橡膠和塑料的硬度，并且在整個(gè)硬度范圍內(nèi)具有高彈性和耐磨性。 （2） 機(jī)械性能突出：TPU制品具有熱塑性彈性體中較高的抗張強(qiáng)度、良好的彈性和抗沖擊性能，以及優(yōu)異的耐磨性能，綜合機(jī)械性能在熱塑性彈性體中較為突出，優(yōu)勢明顯。 （3） 耐高/低溫：TPU的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，特別是聚醚型TPU的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)-60oC以下，可以在低至-40oC環(huán)境中依然保持良好的柔順性和其他物理性能；常規(guī)聚酯型TPU可在-25o環(huán)境中長期使用。同時(shí)，TPU具有非常好的耐熱穩(wěn)定性，常規(guī)TPU可在80oC以下環(huán)境中長期使用，部分產(chǎn)品可在120oC環(huán)境中長期使用。 （4） 加工性能好：TPU可采用常規(guī)的熱塑性材料的加工方法進(jìn)行加工，如注塑、擠出、壓延、流延、吹塑、粉末燒結(jié)等。 （5） 環(huán)保性能突出：TPU從化學(xué)構(gòu)成角度主要分為聚酯、聚醚兩種類型。聚醚型TPU具有較強(qiáng)的抗水解性和抗微生物性，而聚酯型TPU因有較強(qiáng)的水解性和微生物降解性，其自然降解性和環(huán)保特征較為明顯，在特定條件下可在數(shù)月內(nèi)完全分解。 （6） 可塑性強(qiáng)：TPU與某些高分子材料如TPE、PA、POM、PC、PVC等共混改性，能夠得到性能互補(bǔ)的聚合物合金，改善其他材料的彈性、耐磨性、抗沖擊性能等；同時(shí)可通過添加阻燃劑、抗靜電劑、導(dǎo)電劑等，賦予材料阻燃、抗靜電、導(dǎo)電等特殊性能，從而拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。 （7） 可設(shè)計(jì)性強(qiáng)：由于TPU的原材料多元醇、擴(kuò)鏈劑、異氰酸酯的多樣性，以及非常寬的配方可調(diào)節(jié)性，TPU產(chǎn)品的差異化和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可根據(jù)客戶的具體需要而定制開發(fā)。 （8） 高透明：在所有熱塑性彈性體材料中，熱塑性聚氨酯彈性體在透明度方面性能優(yōu)異，這一透明度特性賦予了TPU材料更多的可設(shè)計(jì)特色，用于制備透明的玩具、裝飾品、鞋服等個(gè)人消費(fèi)品以及管材、薄膜等工業(yè)透明品等領(lǐng)域，透明性優(yōu)勢明顯。 （9） 耐油/耐水性能：相比傳統(tǒng)的丁腈橡膠和其它彈性體材料，TPU具有優(yōu)異的耐油性能，可應(yīng)用于對耐油性有高要求的汽車、工業(yè)輸送、液壓、傳動(dòng)、密封等領(lǐng)域，具有極好的耐油壽命；同時(shí)，聚醚型TPU具有優(yōu)異的耐水、耐菌性能，可以用于輸送或者儲運(yùn)等有水的工作環(huán)境中，以及戶外用品等高濕度工作環(huán)境中。 （10） 耐候性能：TPU材料良好的耐高、低溫性能和耐水、耐菌、抗老化和抗UV性能，統(tǒng)稱為耐候性能，可用于眾多戶外消費(fèi)品和工業(yè)品的生產(chǎn)。 TPU的行業(yè)分析 產(chǎn)業(yè)鏈 TPU行業(yè)上游原材料主要來自石油、煤衍生品或副產(chǎn)品，包括MDI、多元醇、BDO、己二酸、EDO等主要原材料。中游為聚氨酯，TPU屬于聚氨酯彈性體的一種，處于石油化工的下游產(chǎn)品，更為接近終端的消費(fèi)市場。在日用消費(fèi)品、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康、國防軍工等多個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域需求持續(xù)增加，下游覆蓋領(lǐng)域非常廣闊，擁有龐大的消費(fèi)市場。
