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热塑性聚氨酯弹性体(英文名称ThermoplasticPolyurethaneE1astomer),简称

TPU,是一类由多异氰酸酯和多羟基物,借助链延伸剂加聚反应生成的线型或轻度交

联结构的聚合物。TPU是一种介于一般橡胶与塑料之间的弹性材料,具有独特的综

合性能:强度高、硬度高、模量高和伸长率高,并且还有很好的耐油、耐低温、耐臭

氧老化等特性,其耐磨性更是首屈一指。因此,TPU的应用领域非常广泛,已成为国

民经济和人民生活中不可缺少的一种宝贵材料。

1TPU的结构与性质

热塑性聚氨酯弹性体简称TPU，是一种由低聚物多元醇软段与二异氰酸酯硬段

构成的线性嵌段共聚物。根据结构特点可分为全热塑型和半热塑型，前者分子之间

不存在化学交联键，仅有以氢键为主的物理交联键，可溶于二甲基甲酰胺等溶剂；

后者分子之间含有少量脲基甲酸酯化学交联键，这些化学交联键在热力学上是不稳定

的，在150℃以上的加工温度下会断裂，成型冷却后又会再生[8]。少量化学交联

键的存在对改善制品的压缩永久变形和扯断永久变形性能起重要

作用[9]。

聚氨酯大分子中的聚醚或聚酯链段非常柔顺，呈无规卷曲状态，通常称之

为柔性链段；而有的链段是由小的烃基、芳香基、氨基甲酸酯基或取代脲基组成，

在常温下伸展成棒状，不宜改变其构形构象，这种链段比较僵硬，一般称之为刚

性链段。所有聚氨酯分子均可以看作是柔性链段和刚性链段交替连接而成的

(AB)n型嵌段共聚物。在聚氨酯弹性体聚集态结构中，分子中的刚性链段由于内

聚能很大，彼此缔合在一起，形成许多被称之为微区的小单元，这些小单元的玻

璃化温度远高于室温，在常温下它们呈玻璃态、次晶或微晶，因此把它们称之为

塑料相。聚氨酯弹性体分子链中的柔性链段也聚集在一起，构成聚氨酯橡胶的基

体，由于其玻璃化温度低于室温，故称之为橡胶相。在聚氨酯弹性体的聚集态结

构中，塑料相不溶于橡胶相，而是均匀分布在橡胶相中，常温下起到弹性交联点

的作用，此现象称之为微相分离[10]。正是因为能发生微相分离，所以聚氨酯

弹性体具有高强度、高硬度、高弹性和很好的低温性能相结合的优点。

热塑性聚氨酯不同于其它热塑性弹性体的优异性能如下：

(1)硬度范围广(邵氏硬度65~80)；

(2)机械性能优越(拉伸强度为30~60MPa，断裂伸长率为300%~700%)；

(3)耐屈挠性优越；

(4)耐寒性好(低温脆化温度在-60℃以下)；

(5)在所有热塑性弹性体中，TPU的耐磨性最高；

(6)为耐油性橡胶，具有优越的耐矿物油和耐动物油性能；

(7)注压和挤出成型时可使用通用的塑料成型机。

(3)TPU合成方法

TPU的合成主要有以下两种方法[14]：

一步法：

将计量好的聚醚或聚酯多元醇和小分子二醇扩链剂加入到反应容器中，加热升温

至100~120℃，真空脱水2h左右，解除真空，冷却到80℃左右，快速加入二异

氰酸酯并搅拌，然后抽真空脱气，反应数分钟，这时体系反应放热自升温至

90~120℃，物料已混合均匀，粘度增加，停止搅拌，倒入聚四氟乙烯盘中，在

100~120℃熟化2~4h。

反应方程式如下：

预聚体法：

在反应容器中加入计量的预干燥的聚醚或聚酯二醇和二异氰酸酯，在不断搅拌下升

温至80℃，抽真空反应1h，解除真空，加入计量好的二醇扩链剂，快速搅拌，抽

真空脱气，物料温度逐渐上升到120℃，粘度明显增加，停止搅拌，解除真空，倒

入聚四氟乙烯盘中，在110~130℃熟化2~3h。反应方程式如下：

表1.4所示为一步法和预聚体法合成的聚氨酯弹性体的综合力学性能对比[15]。

由表可知预聚体法比一步法制得的聚氨酯弹性体性能要好，这是因为一步法反应

硬度/ShoreA拉伸强度/MP