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熱塑性聚氨酯彈性體的性質(zhì)及應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：11/26/2022   來(lái)源：重慶博誠(chéng)塑膠制品有限公司  閱讀：572次
   熱塑性聚氨酯彈性體橡膠，簡(jiǎn)稱(chēng)TPU，與傳統(tǒng)塑料、橡膠，甚至金屬相比，TPU具有低溫柔順性好、高強(qiáng)度、耐油耐酸耐化學(xué)性好、環(huán)保、易加工等諸多性能優(yōu)勢(shì)。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和消費(fèi)升級(jí)，TPU用量逐年遞增。在汽車(chē)、服裝、鞋材、戶(hù)外運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療、電子、工業(yè)等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。
TPU有許多分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，最常見(jiàn)的是按軟段結(jié)構(gòu)分為聚酯型、聚醚型和丁二烯型，它們分別含有酯基、醚基和丁烯基;
聚醚型與聚酯型TPU的差別
1）聚醚型與聚酯型TPU的優(yōu)點(diǎn)
聚醚型(Ether)：高強(qiáng)度、耐水解和高回彈性，低溫性能好。
聚酯型(Ester)：較好的拉伸性能、撓曲性能、耐摩損性以及耐溶劑性能和耐較高溫度。
2）性能對(duì)比
抗拉強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨性、耐藥品性、透明性：聚酯系 > 聚醚系
耐菌性、低溫沖擊性：聚酯系 < 聚醚系
3）原料對(duì)比
聚醚型原料：MDI（40%）、PTMEG（40%）、BDO（20%）
聚酯型原料：MDI（40%）、AA（35%）、BDO（25%）

 熱塑性聚氨酯彈性體是一類(lèi)性能優(yōu)越、用途廣泛的高分子合成材料。本文在簡(jiǎn)要介紹熱塑性聚氨酯彈性體在國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程、結(jié)構(gòu)與分類(lèi)、主要原材料及合成工藝基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了其在醫(yī)學(xué)、輪胎、汽車(chē)、膠布與充氣囊體、微發(fā)泡材料等方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 熱塑性聚氨酯彈性體，結(jié)構(gòu)，合成工藝，應(yīng)用
熱塑性聚氨酯彈性體(thermoplastic polyurethane elastomer，簡(jiǎn)稱(chēng)TPU) 是一類(lèi)加熱可熔融、溶劑可溶解、綜合性能優(yōu)良的高分子合成材料。TPU的高強(qiáng)度、高彈性、耐磨、耐油、耐低溫和耐老化等特性，使其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
    自1960年Goodrich公司首次實(shí)現(xiàn)TPU工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，TPU的發(fā)展一直呈上升趨勢(shì)。1960年，Goodrich公司開(kāi)發(fā)出商品牌號(hào)為Ethane的TPU；1961年，Mobay公司實(shí)現(xiàn)了半熱塑性聚氨酯彈性體的商品化，其牌號(hào)為T(mén)exin；之后，Dow化學(xué)公司的Pellethane、Bayer公司的Desmopan、BASF公司的Elastollan以及大日本油墨公司的Pandex等商業(yè)化TPU相繼問(wèn)世。
    國(guó)內(nèi)最早由山西省化工研究所于1973年開(kāi)展TPU研發(fā)，其后TPU在國(guó)內(nèi)得到快速的發(fā)展。1985年，天津聚氨酯塑料制品廠在國(guó)內(nèi)首次生產(chǎn)出TPU 彈性體供應(yīng)市場(chǎng)，而黎明化工研究院同期承擔(dān)了TPU 磁帶膠和鞋用膠的研發(fā)；為滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)TPU的需求，吉明公司于1993年利用國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行TPU生產(chǎn)；此后，國(guó)內(nèi)從事TPU生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量在不斷增多，如煙臺(tái)華大( 現(xiàn)萬(wàn)華超纖股份有限公司) 、天津大邱莊堯舜集團(tuán)、濟(jì)南五三所、廣東臺(tái)資企業(yè)、福建臺(tái)資企業(yè)[1]；從2000年起，TPU在國(guó)內(nèi)更是呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的局面。2005年，國(guó)內(nèi)TPU的產(chǎn)量約為4萬(wàn)噸，產(chǎn)能10余萬(wàn)噸[2]。2006年，國(guó)內(nèi)TPU的產(chǎn)能約為12.3萬(wàn)噸[3]。
1  結(jié)構(gòu)與分類(lèi)
TPU是一種（AB）n型嵌段線性聚合物，A代表高分子量的聚合物多元醇（聚酯或聚醚，分子量為1000～6000），俗稱(chēng)長(zhǎng)鏈；B代表含2～12個(gè)碳原子的直鏈二醇，俗稱(chēng)短鏈。AB鏈間由二異氰酸酯與羥基反應(yīng)得到的氨基甲酸酯鍵相連接，依此獲得線性聚氨酯大分子，
在TPU結(jié)構(gòu)中，A鏈段具有柔韌特性，構(gòu)成TPU的軟段；B與異氰酸酯反應(yīng)生成剛性的氨酯鏈，構(gòu)成TPU的硬段。調(diào)整軟硬鏈段的比例，可制備具有不同機(jī)械性能的TPU制品[4]。因此，影響TPU機(jī)械性能的參數(shù)包括：軟段分子量、軟段含量、硬段分子量、硬段含量、異氰酸酯指數(shù)以及TPU的聚合度[5] 。
TPU產(chǎn)品一般為顆粒狀，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)以美國(guó)Goodrich公司Estane為代表，此類(lèi)TPU為完全熱塑性的聚合物，分子間不存在交聯(lián)，顆粒貯存穩(wěn)定性好，成型時(shí)十分穩(wěn)定，制品的機(jī)械性能十分優(yōu)異，但因不存在一級(jí)交聯(lián)鍵，制品的壓縮永久變形比較大，耐化學(xué)藥品性也稍差些；另外一類(lèi)以美國(guó)Mobay公司Texin為代表，TPU顆粒中存在少量異氰酸基，成型后分子間會(huì)產(chǎn)生少量交聯(lián)，使樹(shù)脂呈現(xiàn)出一定的熱固性，加熱可提高其制品性能，此類(lèi)彈性體的壓縮永久變形小、耐化學(xué)藥品性佳。
2  合成TPU的基本原料
合成TPU的原料主要有三大類(lèi)，即低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑。除此之外，有時(shí)為提高反應(yīng)速度，改善加工性能及制品性能，降低成本等目的，還需加入某些助劑[6]。
低聚物多元醇為分子質(zhì)量500～4000(通常1000～2000)的大分子二元醇，包括聚酯多元醇和聚醚多元醇，常用的聚酯多元醇有聚己二酸乙二醇酯(PBA)、聚己內(nèi)酯二醇(PCL)、聚碳酸酯二醇(PCD)、聚六亞甲基碳酸酯二醇(PHC)等，常用的聚醚多元醇有聚四氫呋喃二醇(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇 (PEG)等。在TPU 彈性體中低聚物多元醇約占50%～80%，構(gòu)成了TPU彈性體的軟段。如果低聚物多元醇鏈結(jié)構(gòu)均一且無(wú)取代基團(tuán)，則有利于TPU中軟段的聚集，使TPU表現(xiàn)出較高的物理性能。 
多異氰酸酯通常為二異氰酸酯，分子質(zhì)量在150～250之間，常用的有4,4'—二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯（H12MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、萘二異氰酸酯等（NDI）。二異氰酸酯與羥基反應(yīng)生成的氨基甲酸酯基屬剛性基團(tuán)，賦予TPU高的強(qiáng)度和硬度。
擴(kuò)鏈劑為相對(duì)分子質(zhì)量100～350的低分子二元醇，常用的有1，4-丁二醇(BDO)、1，4-環(huán)己烷二甲醇(CHDM)、亞苯基二甲基二醇(PXG)、1，4-雙（2-羥乙氧基）苯(HQEE)等。擴(kuò)聯(lián)劑與異氰酸酯反應(yīng)生成TPU的硬段，低分子量、無(wú)取代基擴(kuò)鏈劑有利于TPU硬段聚集，可獲得高模量TPU。
生產(chǎn)TPU的助劑主要包括有機(jī)錫類(lèi)催化劑、紫外線吸收劑、熱氧穩(wěn)定劑、抗水解劑、防霉菌劑等，根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)要求的不同，加入相應(yīng)的助劑，以提高TPU產(chǎn)品的綜合性能。
3  TPU的生產(chǎn)方法
TPU的生產(chǎn)方法按有無(wú)溶劑可分成兩種，即無(wú)溶劑的本體聚合法和有溶劑的溶液聚合法。本體聚合法按是否進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，又分為預(yù)聚法和一步法。預(yù)聚法系先將大分子二醇與二異氰酸酯反應(yīng)生成端異氰酸酯基預(yù)聚體，再與擴(kuò)鏈劑反應(yīng)生成TPU；一步法直接將大分子二醇、擴(kuò)鏈劑和二異氰酸酯混合，聚合反應(yīng)生成TPU；兩種方法在工業(yè)生產(chǎn)均采用。溶液聚合法同樣分預(yù)聚法和一步法，與本體聚合法不同之處在于使用溶劑。而按生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性，TPU合成工藝又可分為間歇合成工藝和連續(xù)合成工藝[7]。
TPU本體聚合法是合成TPU彈性體的主要方法。采用間歇合成工藝時(shí)，設(shè)備投資少、工藝操作簡(jiǎn)單，即可小批量生產(chǎn)又可大批量生成，但小批量產(chǎn)品的加工特性和力學(xué)性能低于大批量產(chǎn)品。采用連續(xù)合成工藝時(shí)，將原料的計(jì)算、混合、反應(yīng)、造粒依次在澆注機(jī)、雙螺桿反應(yīng)擠出機(jī)和切粒機(jī)中連續(xù)進(jìn)行，一次性得到TPU產(chǎn)品。連續(xù)合成工藝適于大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、計(jì)量精確、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，TPU的加工特性和力學(xué)性能高于間歇法，但設(shè)備投資高、工藝操作復(fù)雜。
溶液聚合法生產(chǎn)TPU時(shí)，聚合反應(yīng)在溶劑中進(jìn)行，因此反應(yīng)易于控制，副產(chǎn)物少，可獲得高質(zhì)量線型結(jié)構(gòu)TPU產(chǎn)品，并且產(chǎn)品的加工特性、力學(xué)性能、溶解性能高于本體聚合法。但溶液聚合法需增設(shè)溶劑處理及回收裝置，相應(yīng)增加了設(shè)備的投資，同時(shí)溶劑易揮發(fā)，會(huì)造成環(huán)境污染。溶液聚合法所用溶劑通常為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜、甲基異丁酮、甲苯等。
4  TPU的性能
TPU 硬段的內(nèi)聚力強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的多樣化，決定著其具有下列性能:
① 硬度范圍寬，在65A～ 80D (JIS) 之間；
② 機(jī)械性能優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度30～60MPa，斷裂伸長(zhǎng)率300～700%；
③ 耐彎曲性?xún)?yōu)異；
④ 耐寒性好，脆性溫度-60℃以下；
⑤ 耐摩耗性能在所有的熱塑性彈性體(TPE) 中最高；
⑥ 作為耐油橡膠，對(duì)于礦物油、動(dòng)植物油均表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性；
⑦ 能使用普通的塑料成形機(jī)械進(jìn)行注塑、擠出加工[8]。
5  TPU的應(yīng)用領(lǐng)域
5.1 在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用
TPU在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用始于20 世紀(jì)50 年代末。20 世紀(jì)80年代初，由TPU制作的人工心臟在心臟移植手術(shù)獲得成功，使TPU在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用得到了快速發(fā)展[9]。此后，人工器官、醫(yī)用防護(hù)、醫(yī)用導(dǎo)管、水凝膠、彈性繃帶等醫(yī)用TPU材料不斷涌現(xiàn)[10]。目前，世界上醫(yī)用TPU量約為1.5萬(wàn)t/ a[11]。合成醫(yī)用TPU異氰酸酯主要是芳香族MDI和脂肪族H12MDI；多元醇有PTMG、PCL、PCD、PEG等；擴(kuò)鏈劑有BDO、二元胺等。
（1） 醫(yī)用聚氨酯水凝膠
聚氨酯水凝膠可用作藥物緩釋系統(tǒng)和創(chuàng)傷敷料的載體、接觸眼鏡、外科植入器械包覆物、生物傳感器、人工皮膚等醫(yī)學(xué)材料[12]。美國(guó)聚合物技術(shù)公司研發(fā)的非離子型聚氨酯水凝膠可用于接觸眼鏡，采用溶液聚合法或本體聚合法由PEG與H12MDI反應(yīng)制備預(yù)聚物，再經(jīng)乙二醇（EG）擴(kuò)鏈后，在特定的緩沖液內(nèi)溶脹至恒重，即得TPU水凝膠，而以PEG、H12MDI 及一縮二乙二醇（DEG）為原料合成出溫敏性水凝膠，在室溫下為固體，當(dāng)溫度升高到體溫及更高溫度時(shí)便成為液體，可用于活性細(xì)胞的載體或藥物緩釋等載體，如在水凝膠合成過(guò)程中加入抗癌藥物，將此固體水凝膠置于腫瘤處，在人體自身熱量或外部熱源作用下，水凝膠會(huì)融化并逐漸釋放出抗癌藥物。美國(guó)Cardio Tech公司于2003 年研制出親水性透明聚氨酯水凝膠創(chuàng)傷敷料，商品名為SpyroDerm，可直接敷在傷口上，能吸收5倍于自身質(zhì)量的傷口液體，且無(wú)需在檢查傷口時(shí)移去，克服了傳統(tǒng)敷料粘結(jié)傷口時(shí)吸液不高、揭除時(shí)給病人帶來(lái)痛苦和二次創(chuàng)傷等缺點(diǎn)。此外，聚氨酯水凝膠還可應(yīng)用于人體植入材料的包覆物，改善植入材料與人體血液的相容性[13]。
（2）醫(yī)用薄膜
聚氨酯薄膜具有防水透濕、阻隔細(xì)菌等功能，廣泛應(yīng)用于傷口敷料、外科手術(shù)等醫(yī)用防護(hù)方面。Bayer公司開(kāi)發(fā)的吹塑TPU薄膜。Dureflex PS2010S及PS2020S，濕氣透過(guò)率達(dá)2600 g/ (m2·d)，撕裂強(qiáng)度為42.2 N/mm。山東科特樂(lè)股份有限公司利用TPU本身所具備的無(wú)孔親水性透濕原理，研制出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的新型TPU生物防護(hù)服面料、一次性TPU生物防護(hù)服和多次性TPU生物防護(hù)服，并通過(guò)了一系列的抗病毒實(shí)驗(yàn)。臺(tái)灣鼎基公司生產(chǎn)的牌號(hào)MEDI-TAPE 067醫(yī)用TPU，可用于無(wú)菌外科敷料、各種粘性膠帶和粘性繃帶等。Artimplant發(fā)明了一種線型聚氨酯—脲嵌段共聚物醫(yī)用多孔薄膜，該薄膜中含有可水解的酯基，并在碳鏈上按一定的間隔相互隔開(kāi)，將該薄膜用于臨床手術(shù)體內(nèi)植入物，傷口愈合后此薄膜會(huì)自行水解成非常小的碎片，可從人體或哺乳動(dòng)物的體內(nèi)分泌出去。其生產(chǎn)工藝是采用溶液聚合法，先將MDI和PCL合成的預(yù)聚物溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，再用1,3- 二氨基丙烷和二丁胺擴(kuò)鏈，將聚合物溶液稀釋并涂于玻璃板上，使部分溶劑揮發(fā)，再用沉淀劑除去剩余的溶劑后可得到平均孔徑為2μm 的薄膜[14]。
（3）醫(yī)用導(dǎo)管
TPU具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、柔韌性、耐磨性以及生物相容性，可用作各種醫(yī)用導(dǎo)管材料，如輸液管、導(dǎo)液管[15]等。TPU醫(yī)用導(dǎo)管具有很好的耐化學(xué)藥品性和耐水解性，且對(duì)血液、大部分藥品及營(yíng)養(yǎng)成分無(wú)不良影響。北京市塑料研究所80年代初采用擠塑成型制造出TPU胃鏡軟管。目前，TPU胃鏡導(dǎo)管已國(guó)內(nèi)外醫(yī)療中普遍采用。Bayer公司開(kāi)發(fā)的牌號(hào)為T(mén)exin型TPU，已用于制造“T”形、“Y”形或直形醫(yī)用輸液管的連接管[16]。
5.2  在輪胎制造中的應(yīng)用
TPU以其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、耐油性和耐撓屈性，是制造高性能環(huán)保輪胎的理想材料。一些大公司如Zedron 公司、固特異公司、羅利茲車(chē)輪公司以及我國(guó)廣州華工百川自控科技有限公司等已對(duì)聚氨酯輪胎作了大量的研發(fā)工作，并已取得了良好的應(yīng)用效果。
1974 年～1975 年，美國(guó)空軍飛行動(dòng)力試驗(yàn)室曾與Zedron 公司合作，對(duì)澆注輪胎和活胎面澆注輪胎在美國(guó)空軍飛機(jī)上使用的可行性進(jìn)行研究。采用杜邦公司生產(chǎn)的熱塑性聚氨酯彈性體(牌號(hào)Hytrel)，胎體和胎圈均無(wú)補(bǔ)強(qiáng)層材料。飛機(jī)起降試驗(yàn)表明，在6100-6澆注輪胎、低斷面15×6100-6澆注輪胎和6100-6活胎面澆注輪胎3種試驗(yàn)輪胎中，6100-6活胎面澆注輪胎獲得較好的試驗(yàn)效果，成功地通過(guò)了89次滑行起飛試驗(yàn)。
1977 年～1979 年Zedron 公司又承包了美國(guó)飛行動(dòng)力試驗(yàn)室的一項(xiàng)研發(fā)合同，研究7100×8/16層級(jí)A-37飛機(jī)澆注輪胎的可行性。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改性的TPU(牌號(hào)Hytrel) 具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在額定負(fù)荷下成功地滑行了3 英里，最高爆破壓力達(dá)27138kPa。表明試驗(yàn)材料能為特殊設(shè)計(jì)的澆注輪胎提供足夠的靜態(tài)尺寸穩(wěn)定性、垂直和側(cè)向剛性、滯后的摩擦性能。
最近，艾美萊公司研制出一種特殊的TPU材料。固特異公司利用這種材料試制的聚氨酯輪胎，其安全性、均勻性和耐磨性均比橡膠輪胎好，而且不易產(chǎn)生胎面剝離和爆胎[17]。
美國(guó)羅利茲車(chē)輪公司采用拜耳公司生產(chǎn)的牌號(hào)Texin型TPU生產(chǎn)實(shí)心輪胎，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。這種以Texin TPU 為原材料、用排氣注塑法生產(chǎn)的實(shí)心輪胎，強(qiáng)度高，韌性好，耐磨，抗沖擊，不怕穿刺。目前，該公司正準(zhǔn)備將這種TPU 實(shí)心輪胎推薦給各種輪式運(yùn)輸車(chē)輛使用，包括手推車(chē)和沙灘車(chē)等。因?yàn)檫@種輪胎能夠適應(yīng)地球上的各種地形，所以羅利茲車(chē)輪公司把它命名為“Roleez 全地形輪胎” [18]。
華南理工大學(xué)研制成一種集子午線輪胎和澆注型聚氨酯輪胎優(yōu)點(diǎn)于一身的新型“綠色輪胎”，是一種由子午線胎體與聚氨酯胎面組成的新型復(fù)合輪胎。既具有子午線輪胎滾動(dòng)阻力小、安全性好、舒適性高的優(yōu)點(diǎn)，又具有聚氨酯彈性體高耐磨性等特點(diǎn)，并克服了聚氨酯彈性體內(nèi)生熱高的缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)輪胎相比，這種復(fù)合輪胎行駛里程可比普通輪胎提高一至五倍，且制造過(guò)程中不使用有致癌作用的芳烴油，因此凸現(xiàn)了新工藝、新材料、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。2006年七月，廣州華工百川自動(dòng)控制技術(shù)有限公司將此種輪胎投入生產(chǎn)。依據(jù)該技術(shù)，上海、浙江等企業(yè)擬于2007 年建成年產(chǎn)300 萬(wàn)條轎車(chē)輪胎、100 萬(wàn)條載重車(chē)輪胎生產(chǎn)線，此舉將對(duì)國(guó)內(nèi)外輪胎工業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[19,20]。
5.3 在輪胎翻新中的應(yīng)用
輪胎翻新是廢舊輪胎重復(fù)利用的最佳方式。通常，將廢舊輪胎的外層剝?nèi)�，粘貼膠料，硫化后即得翻新輪胎。在良好的使用和保養(yǎng)條件下，一條輪胎可以翻新多次。每翻新一次，可重新獲得相當(dāng)于新輪胎60%-90%的使用壽命，平均使用里程大約為5-7萬(wàn)公里[21]。通過(guò)多次翻新，至少可使輪胎的總壽命延長(zhǎng)1-2倍。翻新一條廢舊輪胎消耗的原材料只相當(dāng)于制造一條同規(guī)格新輪胎的15%-30%，價(jià)格僅為新輪胎的20%-50%。 
傳統(tǒng)的輪胎翻新工藝是熱硫化法，該方法目前仍是我國(guó)輪胎翻新行業(yè)的主導(dǎo)工藝，但在美、法、日等發(fā)達(dá)國(guó)家已逐漸被淘汰[22,23]。采用聚氨酯胎面輪胎實(shí)際行駛里程可比普通橡膠輪胎高1～2 倍，并消除芳烴油對(duì)環(huán)境的污染，是翻新輪胎的新途徑，因此采用TPU翻新廢舊輪胎已成為輪胎翻新行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。為提高翻新輪胎使用壽命，可采用納米技術(shù)提高聚氨酯彈性體的熱穩(wěn)定性；開(kāi)發(fā)成本低廉、使用方便、效果好的橡膠表面處理劑和粘合劑，提高聚氨酯胎面與普通橡膠間的粘接強(qiáng)度。
    據(jù)歐洲橡膠雜志報(bào)道，英國(guó)普雷斯頓市的聚氨酯專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家Compounding Ingredients Ltd9(簡(jiǎn)稱(chēng)CIL)花費(fèi)四年時(shí)間開(kāi)發(fā)出卡車(chē)輪胎的聚氨酯翻胎方案，并聲稱(chēng)該方案翻新的輪胎使用壽命是傳統(tǒng)的橡膠翻新輪胎的兩倍。CIL公司及其母公司Synair Corp宣布這個(gè)翻胎方案非常適用于輕型和重型卡車(chē)輪胎或工程車(chē)輛輪胎的翻新[24-26]。華南理工大學(xué)、廣州華工百川自控科技有限公司最近聯(lián)合攻克了聚氨酯翻新輪胎的關(guān)鍵技術(shù)，并取得商業(yè)化[20]。
5.4  在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用
1998年全球汽車(chē)產(chǎn)量為5200萬(wàn)輛，聚氨酯使用量達(dá)96萬(wàn)噸。2005年全球汽車(chē)產(chǎn)量為6600萬(wàn)輛，聚氨酯使用量達(dá)120萬(wàn)噸。根據(jù)英國(guó)IAL咨詢(xún)公司報(bào)道，2005年全球聚氨酯產(chǎn)量為1360.7萬(wàn)噸，汽車(chē)用聚氨酯約占8.8%[17]。表1為1992-2011年北美輕型汽車(chē)的TPU消耗量。Freedonia公司預(yù)測(cè)，2006年北美輕型汽車(chē)的TPU需求量將達(dá)2萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)率4.7%。
（1）車(chē)頂內(nèi)襯
車(chē)頂內(nèi)襯是一種復(fù)合層壓材料，作為汽車(chē)內(nèi)飾件，除了起裝飾功能以外，還具有隔熱、隔音等特殊功能。車(chē)頂內(nèi)襯一般由飾面材料和抗沖擊芯材組成，飾面材料通常為聚氯乙烯革、針織面料、無(wú)紡滌綸布等，抗沖擊芯材為質(zhì)量輕、剛性高、尺寸穩(wěn)定、易成形的熱塑性硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料片材，有時(shí)為提高芯材的強(qiáng)度，在芯材中添加玻璃纖維。將芯材和飾面材料通過(guò)熱壓成型復(fù)合在一起，得到車(chē)頂內(nèi)襯材料。目前，此類(lèi)復(fù)合材料已廣泛用于桑塔納、帕薩特、通用別克、福特等高檔轎車(chē)內(nèi)飾頂棚。
（2） 轎車(chē)后窗
拜耳公司開(kāi)發(fā)的牌號(hào)Texin DP7-3041脂肪族TPU屬高結(jié)晶度材料，具有良好的透明性，曾用于生產(chǎn)寶馬Z8Roadster款轎車(chē)的淺色后窗[27,28]。這種透明的TPU材料的非結(jié)晶性部分與普通的TPU材料有所不同，使得其既具有高的蠕變性又具有自我修復(fù)能力。由此種TPU生產(chǎn)的轎車(chē)后窗與普通的玻璃后窗相比，抗刮傷能力和自動(dòng)洗車(chē)時(shí)抗沖擊能力顯著提高，并可減輕轎車(chē)自身重量。
（3） 汽車(chē)防滑鏈
汽車(chē)防滑鏈?zhǔn)菫榱嗽诒┞访嫔媳ＷC汽車(chē)安全行駛一個(gè)重要工具。與質(zhì)重、噪音大、易損壞輪胎和路面的鐵鏈相比，采用質(zhì)輕、耐低溫、耐磨損、高強(qiáng)度TPU非金屬防滑鏈，可明顯提高汽車(chē)在冰雪路面的行駛性能，并對(duì)路面不會(huì)起任何破壞作用[29]。通常，汽車(chē)防滑鏈設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使用此種防滑鏈可使汽車(chē)360°全方位防滑，剎車(chē)不跑偏，破冰不損壞路面，并具有抗震功能。
（4）汽車(chē)保險(xiǎn)杠
保險(xiǎn)杠作為汽車(chē)外飾件，在交通事故中可降低車(chē)輛損傷程度和避免人員傷亡[30]。保險(xiǎn)杠通常由聚合物材料和金屬骨架組成，加工時(shí)往往將金屬骨架預(yù)置于模腔中，澆注聚合物而得。目前，國(guó)內(nèi)外汽車(chē)保險(xiǎn)杠多為聚丙烯( PP)與乙丙橡膠(EPDM) 共混材質(zhì)，少數(shù)為聚氨酯微孔彈性體。據(jù)報(bào)道，沈陽(yáng)化工學(xué)院研發(fā)的TPU汽車(chē)保險(xiǎn)杠，在以40～80 km/ h的車(chē)速撞擊試驗(yàn)或用10 kg大錘砸60余次后，TPU保險(xiǎn)杠未發(fā)現(xiàn)明顯破裂，表明其具有很高的抗沖擊性能[31]。
TPU除在上述幾方面獲得應(yīng)用外，還可用于制作汽車(chē)安全氣囊、彈簧護(hù)套、彈性零件、板簧隔墊、齒條罩、車(chē)門(mén)部件、車(chē)窗件、裝飾護(hù)條、傳送皮帶、軟管、軸襯、軸瓦等 [17]。
5.5  TPU膠布及其在充氣囊體材料中的應(yīng)用
TPU膠布是一種新型的膠布材料，近年來(lái)發(fā)展十分迅速。是制作高強(qiáng)度、高氣密、高耐磨囊體的理想材料，在醫(yī)療保健、水上作業(yè)、起重及汽車(chē)安全等方面有著廣泛的應(yīng)用。
（1）充氣床墊和醫(yī)療抗褥瘡床墊
充氣床墊是戶(hù)外活動(dòng)常用裝備。充氣床墊的材料一般是以尼龍牛津布或尼絲紡為骨架材料，表面復(fù)合一定厚度的TPU薄膜，制成單面膠布。單面膠布通過(guò)復(fù)合制成充氣床墊。有時(shí)為保證床墊的膨脹特性，在TPU膠布之間夾一層泡棉，制成自動(dòng)膨脹充氣床墊。醫(yī)療抗褥瘡床墊是對(duì)充氣床墊的改進(jìn)，采用相互間隔的兩組氣囊，在電腦程序控制下，可定時(shí)對(duì)間隔氣囊輪換充氣、放氣，依此改變?nèi)梭w與床墊的接觸部位，使臥床患者身體的著床部位不斷變化，起到人工按摩和舒筋活血的作用，并可防止褥瘡的發(fā)生。
（2）按摩椅囊體材料
按摩椅是近些年剛興起的高級(jí)保健設(shè)施，其關(guān)鍵部位之一是囊體部分，由于在使用過(guò)程中要經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的充、放氣考驗(yàn)，因此對(duì)囊體材料的機(jī)械性能要求很高，普通的橡膠膠布和PVC膠布無(wú)法滿(mǎn)足，而TPU復(fù)合材料則可滿(mǎn)足此要求。因此，按摩椅囊體材料幾乎完全被TPU膠布所壟斷。所用的TPU膠布往往以尼龍織物為骨架材料，在其單面或雙面復(fù)合TPU。
（3）水上作業(yè)橡皮船和氣艇囊體材料
橡皮船和氣艇在淺海石油資源勘探、水上巡邏、防汛救生等方面有著廣泛的應(yīng)用。作為橡皮船和氣艇的關(guān)鍵部件之一是充氣囊體。目前，低檔橡皮船和氣艇囊體多選用廉價(jià)PVC膠布，中高檔主要以氯丁橡膠和杜邦專(zhuān)利原料Hypalon涂覆聚酯織物制成。TPU膠布作為一種新發(fā)展的膠布材料，性能優(yōu)越，可焊接，大大簡(jiǎn)化了充氣囊體的制造工藝，因此是制作高檔橡皮船和氣艇囊體的理想材料。如，美國(guó)Maravia公司采用Kevlar229代替聚酯，TPU涂層代替乙烯基高聚物涂層，制造高檔救生船；法國(guó)PENNEL公司最近推出由尼龍織物雙面涂覆TPU制作的充氣船[32]。
（4）起重氣囊
起重氣囊適用于不規(guī)則重物起重及普通起重設(shè)備難以工作的場(chǎng)合，在遇到地震等自然災(zāi)害時(shí)，將柔性氣囊塞入坍塌的建筑物下，充氣后可產(chǎn)生數(shù)十噸的頂力將損壞的建筑體托起，是一種理想的救助工具。此外，在修理重型機(jī)械、移動(dòng)大型機(jī)器設(shè)備、升舉水下物體以及船舶下水等方面都可發(fā)揮重要的作用。利用TPU雙面復(fù)合膠布制備的起重氣囊，抗拉強(qiáng)度為一般橡膠材料的3倍左右，耐磨性是一般橡膠的3～10倍，可以承受更高的壓力，具有廣闊的應(yīng)用前景[33]。
（5）汽車(chē)安全氣囊
汽車(chē)上安裝安全氣囊對(duì)保護(hù)駕駛員的生命安全有著重大意義。要求安全氣囊材質(zhì)必須具備一定的強(qiáng)度、柔韌性，能夠承載高速的沖擊。使用TPU材料制作的安全氣囊完全可滿(mǎn)足此要求，有時(shí)為提高材料的耐熱性及加工性能，可將TPU與其它聚合物共混。如，日本Reken工業(yè)公司將TPU與熱塑性聚烯烴（TPO）共混，制備出牌號(hào)為Hyperalloy Actymer 的聚合物合金，該合金既保持了TPU 的耐擦劃性和耐油性，又克服了TPU 耐熱性及加工性能方面的不足。由此聚合物合金制成的汽車(chē)安全氣囊已在轎車(chē)上獲得應(yīng)用[34]。
5.6  微發(fā)泡TPU材料 
微發(fā)泡TPU材料與非發(fā)泡TPU相比，密度減輕20%-60%，抗沖擊性能可提高5-7倍，還具有耐磨、隔熱、隔音、減震等功能。
目前，我國(guó)的PU鞋底主要采用交鏈型PU發(fā)泡材料，此種材料不易回收；而發(fā)達(dá)國(guó)家采用TPU發(fā)泡材料制作PU鞋底，此種材料質(zhì)輕、加工簡(jiǎn)單、易回收。 Huntsman 聚氨酯公司開(kāi)發(fā)的發(fā)泡型TPU鞋底材料AVALON Lite，具有表觀清晰度、亞光表層、橡膠般觸感、設(shè)計(jì)多樣性特點(diǎn)，鞋底密度可在0. 6～0. 9 g/ cm3間任意調(diào)節(jié)，并可使鞋底和鞋跟一體成型[35]。與普通橡膠硫化鞋底相比，發(fā)泡型TPU鞋底重量可降低40%。發(fā)泡型TPU鞋底優(yōu)異的柔韌性、撓屈性、耐磨性、耐撕裂性，且在制鞋過(guò)程中可添加各種色料，因此發(fā)泡型TPU鞋底在鞋業(yè)市場(chǎng)非常流行。
此外，由發(fā)泡型TPU材料制備的減震材料在食品包裝、家電密封墊、鐵路枕木等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[36]。
6結(jié)束語(yǔ)
面對(duì)快速發(fā)展的TPU市場(chǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的拓寬，因此從原材料和制備工藝出發(fā)，研發(fā)滿(mǎn)足不同需求的TPU材料就成為聚氨酯界長(zhǎng)期努力的方向。
 
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