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熱塑性聚氨酯彈性體的商業
點擊次數：695 發布時間：2014-1-23
熱塑性聚氨酯彈性體TPU
(熱塑性聚氨酯彈性體簡稱TPU),以其優異的性能和廣泛的應用,已成為重要的聚氨酯材料之一。近年來約以10%速度逐年增長,2000年TPU總產量約為14萬～15萬t。我國2000年TPU產量估計為0.4萬t左右。由于聚氨酯原料多元醇及異氰酸酯品種較多,不同相對分子質量及分子結構的軟、硬段結合,所得的TPU的種類及性能各不相同。TPU兼有塑料加工工藝性能和橡膠的物理機械性能,其耐磨、耐油、耐低溫、耐輻射性能尤為優良,使其應用廣泛。
1．TPU的合成TPU合成方法可分為一步法及預聚法，由于反應條件不同，聚合物的性能出現較大的差異。其中*的方法是一步法用雙螺桿擠出機生產TPU。對于一步法制得的TPU，基本上是屬于一種嵌段線型聚合物，基本反應式為：2nOCN-R-NCO+nHO-R'-OH+nHO-R"-OH→∈CONH-R-NHCOO-R'-O-CONH-R-NHCOO-R"-On采用雙螺桿擠出機連續合成TPU，其工藝步驟是由原料準備、計量輸送、混合反應、擠出造粒四個部分組成。該工藝具有原料配比計量、混合均勻、反應溫度均一及物料在機內停留時間均勻等特點。但工藝流程中，對原料水分的控制、計量的精度、輸送、溫度分布以及切粒技術都不可忽視<1>。根據需要，通過配方的調整，可設計出具有合適性能指標的TPU產品。TPU的合成是一個系統工程，掌握好各項要素，就可以取得滿意的效果。TPU合成工藝研究動向，應著重在改善其物理機械性能及耐熱性能。
2．TPU的應用開發TPU由于性能優異，深受人們的青瞇，它的應用幾乎滲透到各個工業領域，如建筑、汽車制造、防震緩沖材料、鋪裝材料、制革等領域，而且還有很多潛在領域有待開拓。
2.1．在紡織工業上的應用
TPU在紡織上的應用，主要是采用熔融法紡氨綸，國內也開展了這方面的工作<2~6>。目前，世界上氨綸生產大部分是以干法為主，美國杜邦公司的氨綸產量占世界氨綸產量的一半以上。采用干法紡絲生產的氨綸性能優良，但投資過高（年產500t的工廠約需投資2億元人民幣），投資回收期長，生產成本也較高，并且存在污染環境問題，危害人體健康。而熔紡法生產氨綸具有投資較少、成本低、對環境無污染等優勢，并可利用現有其它纖維的熔紡設備，并無需作大改動和更新設備就可生產中等品質的氨綸，具有較好的經濟效益。
2.2．汽車保險杠
TPU可應用于汽車車體的多種構件，如保險杠、儀表板、減震墊等零部件。汽車保險杠一般由面層和增強梁組成。國內外的保險杠多為聚丙烯（PP）與乙丙橡膠（EPDM）共混物材質。有報道<8>，使用TPU制成的保險杠，先后經歷了以40~80km/h的車速進行的撞車沖擊試驗，和用10kg大錘60余次的重砸，未發現明顯破裂，說明其安全性能很高，在事故中可降低車輛損傷程度和人員傷亡。該保險杠生產成本較低，值得開發。
2.3．鐵軌枕墊板
國內外鐵路使用的軌枕墊板，其綜合性能尚不足之處，使用壽命短，影響了列車的提速和綜合設施配套。報道<10>，在TPU中添加廉價填料制成的軌枕墊板，性能優于橡膠墊板，可較大限度地吸收行駛的列車對鋼軌和路基的沖擊壓力，從而在不增加列車牽引動力、不改造路基、不減少停站點的情況下，使列車達到提速目的，行車速度可提高到250km/h以上。測試結果表明，新型軌枕墊板對鐵路通訊的指揮系統無任何干擾，其磨耗指標比橡膠墊板低10倍，使用壽命大為提高，從而減少墊板更換次數，降低更換費用，綜合性能優良。
2.4．TPU在航空業上的應用開發
攔阻網用于阻止飛機起飛或著陸滑跑時發生意外沖出跑道，而保證飛行人員和飛機的安全，避免重大事故發生。國外的機場攔阻網大多由尼龍編織制成。我國用TPU為原料采用擠出方法制成的攔阻網，具有強度大、重量輕、彈性好、不易霉爛、耐撕裂、耐低溫、耐油性能好等優良性能。在TPU原料中加入熒光物質制成的網體能晚上發光。其各種性能均優于上用尼龍編織的網體。例如尼龍編織的豎帶，其拉伸強度為139.2MPa，用TPU制成的豎帶拉伸強度為186.3MPa。因而TPU可應用于機場攔阻網。該攔阻網亦可用作在高速公路或盤山公路危險地段的護攔。用TPU制成的飛機薄壁油箱，不但工藝簡單，且壁薄，重量輕，使用壽命長。TPU又具有較高的抗輻射性，適用于制作宇宙飛行人員、X射線和原子能工作人員的保護衣。隨著航空事業不斷發展，對飛機維護技術需求也相應增加，同時對復原技術的要求也更加嚴格，采用壓縮空氣充氣的由TPU制成的氣囊抬高技術，可滿足以上的要求。
2.5．電纜外套
用于海底等的浮電纜、光纜、地震電纜、飛機電纜的護套一般可用TPU加工而成，由于其體積電阻率≥1012Ω·cm，同時具有耐水解、耐候、耐磨、耐曲撓、高硬度等優點，TPU制造電纜、電線外套，不僅電絕緣性能好，而且對導體有很好保護性能，使用安全，不易引起意外火災事故
2.6．在醫療、衛生方面的應用開發
TPU具有良好的生物相容性、抗凝血性和優良的物理性能，在醫學和生物領域中用量雖少，卻占有重要的地位。TPU可用來制造人工喉、人造腦殼、人造*、血管、人工腎、人造皮、人造尿道、人造假肢等以及醫療用品如輸液管、導液（尿）管、冰敷袋等。目前TPU在醫療衛生中的開發，正向生物工程、細胞工程和免疫工程等方面迅速發展。估計目前世界上醫用TPU用量可達1.5萬t/a。山西省化工研究所和山西醫學院開發的聚氨酯*，比金屬套管用起來方便適應、柔軟、不斷裂、可減輕病人痛苦，無不良反應。
2.7．在油田及礦山中的應用
全國油田每年要耗資數千元購買200多萬件的橡膠易損件，如泥漿泵活塞、旋流器、凡爾膠皮、高壓密封圈等，在油田中，多泥沙河流中的水力機械設備，會受到泥沙磨損和氣蝕破壞的聯合作用，其損壞速度相當驚人。TPU在這些領域的使用效果很好，可節約大量資金。
*力學研究所在這方面做了大量的開發工作，其機械設備配合TPU配件在油田應用，效果不錯。礦用篩有金屬篩網及彈性篩板等幾類。與金屬篩相比，由TPU制成的PU彈性篩板噪音小、篩分質量高、使用壽命長，耐磨性是鋼的6~12倍。TPU的優良性能礦山機械上用途十分廣闊。煤礦每年需1000多萬件高壓密封圈和相當數量的礦用電機聯軸節，需要寬800~1100mm、長78mm的煤礦用阻燃抗靜電輸送帶1700萬m。開采礦石和輸送條件的惡劣，橡膠帶很難滿足使用要求，TPU取代橡膠制作礦用運輸帶是一種發展趨勢。其阻燃、抗靜電的TPU運輸帶還可用作其它工業的多種運輸帶。
3．建議
（1）我國TPU合成工藝尚屬起步階段，與*國家相比，還有一定差距。TPU的質量好壞又是熔融紡絲的關鍵，因此要加強基礎性研究，改進工藝、優選出適合于熔紡的TPU設計配方，為熔融法紡氨綸領域作出貢獻。
（2）我國TPU正處于發展時期，還有許多新技術、新產品需要我們去開發，其中重點是加強TPU的改性和應用開發，盡快開拓新市場。TPU的應用領域相當廣泛，上述文中僅在一些應用領域舉了數例作拋磚引玉
(熱塑性聚氨酯彈性體簡稱TPU),以其優異的性能和廣泛的應用,已成為重要的聚氨酯材料之一。近年來約以10%速度逐年增長,2000年TPU總產量約為14萬～15萬t。我國2000年TPU產量估計為0.4萬t左右。由于聚氨酯原料多元醇及異氰酸酯品種較多,不同相對分子質量及分子結構的軟、硬段結合,所得的TPU的種類及性能各不相同。TPU兼有塑料加工工藝性能和橡膠的物理機械性能,其耐磨、耐油、耐低溫、耐輻射性能尤為優良,使其應用廣泛。
1．TPU的合成TPU合成方法可分為一步法及預聚法，由于反應條件不同，聚合物的性能出現較大的差異。其中*的方法是一步法用雙螺桿擠出機生產TPU。對于一步法制得的TPU，基本上是屬于一種嵌段線型聚合物，基本反應式為：2nOCN-R-NCO+nHO-R'-OH+nHO-R"-OH→∈CONH-R-NHCOO-R'-O-CONH-R-NHCOO-R"-On采用雙螺桿擠出機連續合成TPU，其工藝步驟是由原料準備、計量輸送、混合反應、擠出造粒四個部分組成。該工藝具有原料配比計量、混合均勻、反應溫度均一及物料在機內停留時間均勻等特點。但工藝流程中，對原料水分的控制、計量的精度、輸送、溫度分布以及切粒技術都不可忽視<1>。根據需要，通過配方的調整，可設計出具有合適性能指標的TPU產品。TPU的合成是一個系統工程，掌握好各項要素，就可以取得滿意的效果。TPU合成工藝研究動向，應著重在改善其物理機械性能及耐熱性能。
2．TPU的應用開發TPU由于性能優異，深受人們的青瞇，它的應用幾乎滲透到各個工業領域，如建筑、汽車制造、防震緩沖材料、鋪裝材料、制革等領域，而且還有很多潛在領域有待開拓。
2.1．在紡織工業上的應用
TPU在紡織上的應用，主要是采用熔融法紡氨綸，國內也開展了這方面的工作<2~6>。目前，世界上氨綸生產大部分是以干法為主，美國杜邦公司的氨綸產量占世界氨綸產量的一半以上。采用干法紡絲生產的氨綸性能優良，但投資過高（年產500t的工廠約需投資2億元人民幣），投資回收期長，生產成本也較高，并且存在污染環境問題，危害人體健康。而熔紡法生產氨綸具有投資較少、成本低、對環境無污染等優勢，并可利用現有其它纖維的熔紡設備，并無需作大改動和更新設備就可生產中等品質的氨綸，具有較好的經濟效益。
2.2．汽車保險杠
TPU可應用于汽車車體的多種構件，如保險杠、儀表板、減震墊等零部件。汽車保險杠一般由面層和增強梁組成。國內外的保險杠多為聚丙烯（PP）與乙丙橡膠（EPDM）共混物材質。有報道<8>，使用TPU制成的保險杠，先后經歷了以40~80km/h的車速進行的撞車沖擊試驗，和用10kg大錘60余次的重砸，未發現明顯破裂，說明其安全性能很高，在事故中可降低車輛損傷程度和人員傷亡。該保險杠生產成本較低，值得開發。
2.3．鐵軌枕墊板
國內外鐵路使用的軌枕墊板，其綜合性能尚不足之處，使用壽命短，影響了列車的提速和綜合設施配套。報道<10>，在TPU中添加廉價填料制成的軌枕墊板，性能優于橡膠墊板，可較大限度地吸收行駛的列車對鋼軌和路基的沖擊壓力，從而在不增加列車牽引動力、不改造路基、不減少停站點的情況下，使列車達到提速目的，行車速度可提高到250km/h以上。測試結果表明，新型軌枕墊板對鐵路通訊的指揮系統無任何干擾，其磨耗指標比橡膠墊板低10倍，使用壽命大為提高，從而減少墊板更換次數，降低更換費用，綜合性能優良。
2.4．TPU在航空業上的應用開發
攔阻網用于阻止飛機起飛或著陸滑跑時發生意外沖出跑道，而保證飛行人員和飛機的安全，避免重大事故發生。國外的機場攔阻網大多由尼龍編織制成。我國用TPU為原料采用擠出方法制成的攔阻網，具有強度大、重量輕、彈性好、不易霉爛、耐撕裂、耐低溫、耐油性能好等優良性能。在TPU原料中加入熒光物質制成的網體能晚上發光。其各種性能均優于上用尼龍編織的網體。例如尼龍編織的豎帶，其拉伸強度為139.2MPa，用TPU制成的豎帶拉伸強度為186.3MPa。因而TPU可應用于機場攔阻網。該攔阻網亦可用作在高速公路或盤山公路危險地段的護攔。用TPU制成的飛機薄壁油箱，不但工藝簡單，且壁薄，重量輕，使用壽命長。TPU又具有較高的抗輻射性，適用于制作宇宙飛行人員、X射線和原子能工作人員的保護衣。隨著航空事業不斷發展，對飛機維護技術需求也相應增加，同時對復原技術的要求也更加嚴格，采用壓縮空氣充氣的由TPU制成的氣囊抬高技術，可滿足以上的要求。
2.5．電纜外套
用于海底等的浮電纜、光纜、地震電纜、飛機電纜的護套一般可用TPU加工而成，由于其體積電阻率≥1012Ω·cm，同時具有耐水解、耐候、耐磨、耐曲撓、高硬度等優點，TPU制造電纜、電線外套，不僅電絕緣性能好，而且對導體有很好保護性能，使用安全，不易引起意外火災事故
2.6．在醫療、衛生方面的應用開發
TPU具有良好的生物相容性、抗凝血性和優良的物理性能，在醫學和生物領域中用量雖少，卻占有重要的地位。TPU可用來制造人工喉、人造腦殼、人造*、血管、人工腎、人造皮、人造尿道、人造假肢等以及醫療用品如輸液管、導液（尿）管、冰敷袋等。目前TPU在醫療衛生中的開發，正向生物工程、細胞工程和免疫工程等方面迅速發展。估計目前世界上醫用TPU用量可達1.5萬t/a。山西省化工研究所和山西醫學院開發的聚氨酯*，比金屬套管用起來方便適應、柔軟、不斷裂、可減輕病人痛苦，無不良反應。
2.7．在油田及礦山中的應用
全國油田每年要耗資數千元購買200多萬件的橡膠易損件，如泥漿泵活塞、旋流器、凡爾膠皮、高壓密封圈等，在油田中，多泥沙河流中的水力機械設備，會受到泥沙磨損和氣蝕破壞的聯合作用，其損壞速度相當驚人。TPU在這些領域的使用效果很好，可節約大量資金。
*力學研究所在這方面做了大量的開發工作，其機械設備配合TPU配件在油田應用，效果不錯。礦用篩有金屬篩網及彈性篩板等幾類。與金屬篩相比，由TPU制成的PU彈性篩板噪音小、篩分質量高、使用壽命長，耐磨性是鋼的6~12倍。TPU的優良性能礦山機械上用途十分廣闊。煤礦每年需1000多萬件高壓密封圈和相當數量的礦用電機聯軸節，需要寬800~1100mm、長78mm的煤礦用阻燃抗靜電輸送帶1700萬m。開采礦石和輸送條件的惡劣，橡膠帶很難滿足使用要求，TPU取代橡膠制作礦用運輸帶是一種發展趨勢。其阻燃、抗靜電的TPU運輸帶還可用作其它工業的多種運輸帶。
3．建議
（1）我國TPU合成工藝尚屬起步階段，與*國家相比，還有一定差距。TPU的質量好壞又是熔融紡絲的關鍵，因此要加強基礎性研究，改進工藝、優選出適合于熔紡的TPU設計配方，為熔融法紡氨綸領域作出貢獻。
（2）我國TPU正處于發展時期，還有許多新技術、新產品需要我們去開發，其中重點是加強TPU的改性和應用開發，盡快開拓新市場。TPU的應用領域相當廣泛，上述文中僅在一些應用領域舉了數例作拋磚引玉