聚氨酯弹性体的特性及应用

聚氨酯弹性体的制备及性能研究在现代材料科学中，高分子材料的制备技术一直是研究的重点。

其中，聚氨酯弹性体是一种具有优良力学性能和化学稳定性的高分子材料，具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍聚氨酯弹性体的制备及性能研究。

一、聚氨酯弹性体的制备聚氨酯弹性体的制备有多种方法，常用的方法有溶液聚合法、弱酸催化法和溶胶-凝胶法等。

下面介绍其中的两种方法。

1. 溶液聚合法溶液聚合法是最简单和实用的制备聚氨酯弹性体的方法之一。

将聚酯多元醇、聚醚多元醇和异氰酸酯按一定比例混合，溶于有机溶剂中，然后加入催化剂和其他助剂后，在高温下进行聚合反应，最终得到聚氨酯弹性体。

这种方法可根据需要选择不同的聚酯多元醇和聚醚多元醇，以调节聚氨酯弹性体的力学性能。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备高分子材料的传统方法，适用于制备物质的纯度较高。

该方法首先将有机溶液中的低分子物质聚合成固体凝胶，然后通过热处理、烧结等方法将凝胶转化为无定形或晶体高分子。

聚氨酯弹性体的制备通过选择不同的溶剂、催化剂和反应条件，可以得到不同形态、组织和性质的聚氨酯弹性体。

二、聚氨酯弹性体的性能研究聚氨酯弹性体具有许多独特的力学和物理性质，因此在各种领域都有广泛的应用。

下面介绍其中的一些性能。

1. 强度和韧性聚氨酯弹性体具有优异的强度和韧性，可以根据不同的应用需要来调节。

通常的方法包括调节聚酯多元醇和聚醚多元醇的比例和分子量，以及控制反应温度、时间和催化剂浓度等。

聚氨酯弹性体的强度和韧性对其对撞、振动、冲击负载等应力下的表现至关重要。

2. 耐磨性和耐老化性聚氨酯弹性体具有良好的耐磨性和耐老化性能，这种性能可以通过添加耐磨、耐氧化和抗紫外线等助剂来改善。

在涵盖了耐磨性具有重要意义的应用领域中，比如鞋底、轮胎内层、导管、密封件、涡轮叶片等，涂层具有好的附着性和磨损耐用性。

3. 去极化性和导电性聚氨酯弹性体在水、盐等极性溶剂中易发生质子化，导致其导电性能受到一定影响。

TPU的塑料特性及注塑工艺要求TPU性能简介用途：1、各种机械专用（PU）：耐腐蚀、耐水解、耐磨的PU聚醚密封件、膜片、油封王等；2、通用聚氨酯板、棒、管、带；3、印刷机、复印机、纺织机械专用耐各种溶剂胶辊、轮等，硬度在邵氏A60至邵氏A98；4、工业专用（PU）；轮、铲车轮、滑板轮、造烟机轮、承载轮、驱动轮等；5、泵阀专用（PU）；耐腐蚀性、耐磨、耐水性、耐甲乙醇型阀门内衬、密封件、联轴器、膜片、消声层、浮球等产品，可以做耐低温（-40℃）产品；6、鞋机专用（PU）：轮、模具、压冲垫、跟帮机手，在50T-100T耐压、耐冲、压缩永不变形；7、矿机专用（PU）：耐水、耐碱、高耐磨输送带轮、筛网、板等；8、汽车业专用（PU）：方向盘、扶手、仪表盘、坐垫、天窗、保险杠、浮球及工艺类内饰件、相框等；9、液压机专用（PU）配件：各种规格USH、UNS、DHS、YX型YA型、J型、聚氨酯密封圈、油封王；10、电器专用（PU）：消声层、密封件、气动浮球等。

产品特性：1、耐磨性是一般橡胶的3～5倍2、硬度范围广、邵氏A60～邵氏D753、耐油、耐腐蚀、耐溶剂、耐高温、耐老化特种材料4、抗张强度、抗撕裂强度高5、弹性高，压缩永久性变形率低热塑性聚氨酯弹性体（TPU）介于橡胶和塑料之间，具有很多优良的特性：1、优异的耐磨性能：它的Taber磨耗值为0.35-0.5mg，是塑料中最小的。

加入润滑剂可降低磨擦，从而进一步提高耐磨程度；2、拉伸强度和拉伸率：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〉60Mpa，伸长率410%,聚醚型TPU的拉伸强度为50Mpa,伸长率550%；3、耐油：TPU的耐油性能优异于丁腈橡胶，具有极好的耐油寿命；4、耐低温、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它合成橡胶，它的耐臭氧、耐射线的特点在航天工业有特殊的用途；5、食品医疗卫生：TPU具有生物相容性和抗血凝性，医用TPU应用越来越广泛。

3D打印TPU耗材有哪些特性？90%以上用户都不知道3D打印耗材TPU（Thermoplastic Urethane热塑性聚氨酯弹性体），是介于橡胶和塑料之间的一种成熟的环保材料，其制品目前广泛应用于鞋业制造、医疗卫生、电子电器、工业及体育等方面。

那么，TPU材料究竟具有哪些其它塑料材料所无法比拟特性呢？接下来，笔者就好好跟大家掰扯掰扯。

1、柔韧性强：TPU弹性模量通常在10~1000Mpa，其制品具有很好柔韧性及回弹能力，可以随意弯折、变形；2、机械强度高：TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出。

3、硬度范围广：TPU在Shore A 60~Shore D 80的硬度范围内具有高弹性。

通常改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品。

补充说明：TPU硬度通常用邵尔A(Shore A)和邵尔D(shore D)硬度计测定，邵尔A用于比较软的TPU，邵尔D用于较硬的TPU。

硬度主要由TPU结构中的硬段含量来决定，硬段含量越高，TPU的硬度就会随之上升。

而随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性和耐磨性。

需要注意的是，硬度越低，对3D打印机的要求越高。

4、温度范围广：TPU在很宽的温度范围内-40~120℃，具有柔性，而不需要增塑剂。

5、耐寒性突出：TPU的玻璃态转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。

6、耐油性、耐天候性：TPU对油类(矿物油，动植物油脂和润滑油)和许多溶剂有良好的抵抗能力。

此外，TPU还有良好的耐天候性，极优的耐高能射线性能。

注意事项1、耗材存储：每次使用完后，插入料盘的两个孔里面，避免线材缠线、打结；再采用塑料袋密封，存放在阴凉干燥的地方，避免受潮，影响打印质量；2、模型限制：TPU耗材不适合打印过高的模型，顶部容易摇摆；3、风扇控制：打印过程中切忌用风扇直接吹模型散热；4、适用机型：耗材本身有弹性，对机器送线结构要求较高。

通常1.75mm的TPU耗材，建议选用近程挤出的FDM机型。

热塑性聚氨酯弹性体 ( 英文名称 T hermoplastic Poly urethane E1astomer) , 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。

1 TPU 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] 。

聚氨酯的主要原料-添加剂
2.扩链剂及交联剂 扩链剂用于改善PUR软、硬度，常用的有伯胺、仲胺、乙醇
等；交联剂为产生交联点的反应物，常用的有甘油、季戊四醇 等。 3.发泡剂 用于生产PUR泡沫塑料。一种为水或液态CO2，用于生产开孔 软质泡沫塑料；另一种为一氟三氯甲烷，主要用于生产闭孔硬 质泡沫塑料。但由于其分解物会破坏臭氧生态环境，世界各国 多致力于研究其代用品。
书》后，有关氟氯烃(CFC)发泡剂的替代问题，经10多年的研 究，已取得显著进展。
概述-聚氨酯的主要原料 脂肪族
异氰酸酯 脂环族
芳香族
聚酯多元醇 环氧丙烷聚醚多元醇
低聚物多元醇 聚醚多元醇 四氢呋喃聚醚多元醇
聚氨酯原料
其它聚醚多元醇 其它多元醇
扩链（交联）剂 胺类扩链剂 醇类扩链（交联）剂
催化 剂
软质PU泡沫塑料-应用 1、座椅、沙发、头枕、床垫等
软质PU泡沫塑料-应用
2、各种服装衬里
3、各种减震、包装垫材 4、密封条
5、其它：
各种玩具、超柔软泡沫、网化泡沫、高吸水泡沫、 吸音泡沫等。
硬质PU泡沫塑料
硬质PUR泡沫塑料为高度交联结构，基本为闭孔结构， 在一定负荷作用下不发生明显变形，当负荷过大时发生 变形不能恢复到原来形状。已成为一类重要的合成树脂 绝热材料，用量仅次于聚氨酯软泡。
顶发泡法及立式发泡法3种。
①圆顶发泡法：泡沫利用率只有85％左右，边角废料多。
②卧式平顶发泡法 ：泡沫利用率提高到90％～92％，其中发 泡技术又分为：溢流槽式、溢流板式、低压压顶式和高压压顶 式4种。
③立式发泡：泡沫利用率进一步提高到95％～98％，边角废料 少，而且设 备占地面积小，异氰酸酯扩散少，色泽、形状与品 种易变更。

热塑性聚氨酯弹性体( 英文名称T hermoplastic Poly urethane E1astomer) , 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。

1 TPU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]。

Glass fibre reinforced
玻璃纤维增强
Elastollan ®
1100 (耐水解, 耐微生物) (低温柔韧) 1200 (超透聚醚型）
Elastollan® • S (通用级) • C (机械性能级) • B (耐低温级) • 600 (透明级)
Elastollan® •R grades
典型应用： 需要 • 高透明度， • 低温曲折性, • 耐水解和微生物 的鞋材配件。 如：透明高尔夫球鞋大底等．
Elastollan TPU seminar 9
Elastollan® TPU各系列介绍：
Elastollan® 600 系列 该类型特性： 1. 透明 2. 全部内加抗紫外线剂 典型鞋材应用：
1/14/2013
Elastollan TPU seminar
20
TPU的加工
合适的熔体温度：
过高－气泡，毛边，材料降解。 过低－流动差，充模困难，熔体温度不均匀。
•Table 1 给出了各种硬度范围内所建议的料筒温度：
Recommend barrel temperatures in C Shore Hardness Heating zone Temp. Nozzle Temp. 60A~80A 170~200 190~200 85A~95A 180~210 200~215 98A~74D 200~220 210~230 Table 1
KONZ V2881 耐磨添加剂 (加入量0.5~2%)
KONZ V2888 抗静电剂 (加入量0.5~2%) KONZ V2880 淡蓝荧光色母（加入量0.1~0.5%)
1/14/2013 Elastollan TPU seminar 15

热塑性聚氨酯（TPU）在涂层中的应用分析TPU的特性TPU名称为热塑性弹性体橡胶,这种材料能在一定热度下变软,而在常温下可以保持不变.用在鞋上多起稳定支撑的作用.TPU(Thermoplastic polyurethanes):热塑性弹性体橡胶.一种能够在一定热度下反复变软或改变的塑胶材料，而在常温下它却可以保持形状不变.能起个支撑、保护的作用. 位于鞋中底(也不一定,很多地方都会用到)TPU的主要特性有：硬度范围广：通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性和耐磨性。

机械强度高：TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出。

耐寒性突出：TPU的玻璃态转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。

加工性能好：TPU可采用常见的热塑性材料的加工方法进行加工，如注塑、挤出、压延等等。

同时，TPU与某些高分子材料共同加工能够得到性能互补的聚合物合金。

耐油、耐水、耐霉菌。

再生利用性好。

与其它热塑性弹性体相类似，TPU的分子结构决定了其性质。

由于TPU 分子中含有软链和硬链，使得TPU既具有柔性、又具有刚性。

在加工过程中，其硬链软化，使得TPU可以被塑造成任何形状;而在冷却过程中，又能恢复其原有的刚性。

TPU的大部分硬链是由异氰酸酯类化合物组成的;而软链则是由各类羟基化合物组成的，范围比较广。

因此，TPU的主要区别就在于软链的不同:是聚酯类，还是聚醚类?其中:聚醚类TPU具有很好的耐水解性和耐微生物侵蚀性，根据我们的实验，在70℃的热水中浸泡4周后，其弹性基本上没有变化，断裂强度也下降得很小；而聚酯类则具有极好的抗撕裂性和耐化学试剂(如耐各种酸碱、汽油等)的性能。

7.5.2TPU（热可塑性聚氨酯）塑料的卓越功能和应用范围TPU （热可塑性聚氨酯）因其优越的性能和环保概念日益受到人们的欢迎。

目前，凡是使用PVC的地方，TPU均能成为PVC之替代品。

聚氨酯材料分子量与用途聚氨酯（Polyurethane，简称PU）是由多元醇与多异氰酸酯通过反应合成的一类具有韧性、耐磨、耐腐蚀等特性的高分子材料。

聚氨酯分子量不同对其性能和用途也有影响。

下面将分别介绍聚氨酯材料的分子量范围及其主要用途。

聚氨酯材料的分子量通常可以分为两个范围：低分子量聚氨酯和高分子量聚氨酯。

1. 低分子量聚氨酯：低分子量聚氨酯通常是指分子量小于10,000的材料，其分子量较小，分子链短，因此常呈液体或溶液状态。

低分子量聚氨酯具有良好的可溶性和可加工性，广泛用于以下领域：- 透明质酸（玻尿酸）填充剂：低分子量聚氨酯常被用于制备透明质酸注射液，透明质酸是一种在人体组织中具有广泛分布的物质，用于隆鼻、填充皱纹等医美服务。

- 涂料和胶粘剂：低分子量聚氨酯可制备成涂料和胶粘剂，在家具制造、汽车维修等领域中广泛应用。

- 皮革涂层剂：低分子量聚氨酯具有优异的耐磨性和防水性能，常用于制备皮革涂层剂，提高皮革的耐磨性和防水性能。

- 弹性体：低分子量聚氨酯可用于合成弹性体，如弹簧胶、橡胶等，具有优良的弹性和耐久性。

- 纤维：低分子量聚氨酯常用于合成纤维，如涤纶、腈纶等，具有优秀的抗拉强度和耐磨性。

2. 高分子量聚氨酯：高分子量聚氨酯通常是指分子量在10,000到100,000之间的材料。

高分子量聚氨酯具有较长的分子链和更高的粘度，常呈固态或高粘度液态。

其主要用途包括：- 结构材料：高分子量聚氨酯具有良好的强度和耐腐蚀性能，可用于制备结构材料，如建筑材料、土木工程材料等。

- 胶粘剂：高分子量聚氨酯常用于制备胶粘剂，可用于黏合金属、塑料、木材、陶瓷等材料。

- 高强度弹性体：高分子量聚氨酯可用于合成高强度弹性体，如合成橡胶、合成皮革等，具有较好的拉伸性能和耐磨性。

- 海绵和泡沫材料：高分子量聚氨酯可用于制备海绵和泡沫材料，如海绵垫、座垫、背垫等，常用于家具和汽车座椅制造。

- 包装材料：高分子量聚氨酯具有良好的耐磨性和耐腐蚀性能，可用于制备包装材料，如保护膜、缓冲材料等。

般弹 性聚 合物 复 杂 ，除 反复 出现 的氨 基 甲酸 酯
基 团外 ，分 子链 中往 往 还含 有 酯基 、醚 基 、芳 香 基 等基 团 。 ＵＲ分子 主链 由柔性链 段 和刚性 链段 镶 嵌 组成 。柔 性链 段 又称 软链 段 ， 由低聚 物 多元 醇 （ 如聚 酯 、聚 醚 、聚丁 二烯 等 ）构成 ；刚 性链 段 又 称硬链 段 ， 由二 异氰 酸酯 （ Ｔ Ｉ 如 Ｄ 、ＭＤＩ ） 等
升 ，约 ６ ℃达 到最大 值 。 ０
除 了 上述 性 能之 外 ，聚 氨 酯弹 性体 的 电绝缘 性 能在 一 般 工作 温度 下 是 比较 好 的 ，大体 相 当 于 氯 丁橡 胶 和酚 醛 树脂 的水 平 。 由于它 既可 以浇 注 成 型 ，又 可 热塑 成 型 ，故 常用 作 电器 元件 灌封 和 电缆护 套 等 材料 。聚 氨 酯 弹性 体 由于 其分 子 极性 比较大 ，对 水有 亲和 性 ，所 以其 电性 能 随环 境温 度 变化 比较 大 ， 同时也 不适 用 于 高频 电器 材 料使 用 。此 外 ， 聚氨 酯 弹性 体 的 电性 能随温 度 的上升 而 下 降 ，随 材料 的硬 度 上 升而 提 高 。在合 成 高 分 子 材料 中 ，聚氨 酯 弹性 体 的耐 高 能射 线 的性 能很 好 。但 对 于 浅色 或 者透 明的弹 性 体在 射线 的作用 下 会 出现 变 色现 象 。聚氨 酯材 料 具有 极好 的生物 相 容 性 ，急 慢 性毒 理试 验 和动 物 试验 证 实 ，医用
实验室 测定 结果表 明， 的耐磨性 是天 然橡胶 的 ＵＲ
３ ～５倍 ， 际应用 中往往 高达 ｌ 实 ０倍左 右 ； 在邵 尔 Ａ６ ０至 邵尔 Ａ７ ０硬度 范 围 内强度 高 、弹 性好 ；缓

稳定的NDI型预聚体在聚氨酯弹性体上的应用摘要：随着经济和科技水平的提高，聚氨酯（Polyurethane，PU）弹性体具有优异的弹性、耐磨性能和较高的撕裂强度，其伸长率大、硬度范围宽、减振效果好、负载容量大且耐有机溶剂性能优异，广泛应用于工业、医疗卫生、体育用品、生活用品和军用物资等行业。

聚氨酯弹性体的合成原料主要包括低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链交联剂。

其中，低聚物多元醇分为聚酯多元醇和聚醚多元醇两类，聚醚多元醇（如聚四氢呋喃醚）分子中的醚键易旋转，赋予聚氨酯优异的柔韧性、低温性和耐候性等综合性能。

低不饱和度聚氧化丙烯多元醇（PPG）分子中的侧甲基有利于提高聚氨酯的回弹性，且价格低廉，在聚氨酯工业（如聚氨酯泡沫、水性聚氨酯和粘合剂）中用量最大。

然而，将PPG用于合成聚氨酯弹性体的报道很少，主要是因为在PPG的合成过程中会形成单羟基聚醚，导致不饱和度提高，所得聚氨酯弹性体的力学性能及耐热性能较差。

例如，采用聚氧化丙烯二醇（PPG-1000）合成聚氨酯弹性体的拉伸强度最高为4.78MPa。

因此，PPG型聚氨酯弹性体相关应用研究有待进一步深入。

高性能聚氨酯弹性体的制备方法主要包括共聚和共混改性。

本工作在PPG型聚氨酯弹性体合成过程中引入少量四官能度聚醚多元醇，以制备具有优异力学性能和热性能的微交联PPG型聚氨酯弹性体。

关键词：NDI；预聚体；稳定性；聚氨酯弹性体引言采用预聚体法合成聚丁二醇（PTMG）、聚己内酯（PCL）与二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）体系的聚氨酯弹性体。

研究了纯PTMG体系和PCL体系、扩链剂并用及PTMG/PCL并用体系之间的性能差异。

结果发现PCL体系的力学强度好于PT-MG体系，压缩永久变形小，但耐低温性能和耐磨性不如PTMG体系。

扩链剂BDO/E300并用的体系拉伸强度、撕裂强度、耐磨性好于纯BDO体系，但是压缩永久变形较大，耐低温性差。

PTMG/PCL并用后体系力学强度、耐磨性和耐低温性均变差，压缩永久变形大。

三分钟看懂医用聚氨酯弹性体© 2015什么是聚氨酯弹性体2聚氨酯弹性体(TPU)是由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有许多—NHCOO—基团的极性高聚物，通过选择适当的软、硬链段结构及其比例，就可以合成出来既具有良好的物理机械性能，又具有血液相溶性和生物相溶性的医用高分子材料。

其中，在医疗中使用的聚氨酯弹性体主要是热塑性聚氨酯(TPU)弹性体。

TPU是由软段(长链的低聚二醇)及(二异氰酸酯及扩链剂)所组成的线型嵌段聚合物，聚氨酯分子结构中的软硬段存在着极性的相溶性。

由于TPU加工方便，性能优异，已被广泛应用于制备多种医疗及保健产品。

聚氨酯弹性体主要性能3聚氨酯弹性体之所以能广泛应用于生物医学领域，与它所具备的优异性能是分不开的。

优良的抗凝血性能毒性试验结果符合医用要求临床应用中生物相容性好，无致畸变作用，无过敏反应具有优良的韧性和弹性，加工性能好，加工方式多样具有优异的耐磨性能、软触感、耐湿气性、耐多种化学药品性能能采用通常的方法灭菌，暴露在X 射线下性能不变425163医用聚氨酯弹性体的发展进程420世纪50年代20世纪70年代1958年聚氨酯首次用于骨折修复材料，而后又成功地应用于血管外科手术缝合用补充涂层。

聚氯酯弹性体作为一种医用材料已倍受重视！20世纪80年代用聚氨酯弹性体制造人工心脏移植手术获得成功，使聚氨酯材料在生物医学上的应用得到进一步的发展。

聚氨酯弹性体在医学上的用途日益厂泛。

21世纪2015年按材料分：医用聚氨酯产品可分为医用聚氨酯生物弹性体、医用聚氨酯泡沫、医用聚氨酯黏合剂、医用聚氨酯涂料以及医用聚氨酯水凝胶等。

按用途分：目前在医学上，特别是在制造植入人体的各种医疗用品方面有着广泛的用途，应用领域包括人工心脏瓣膜、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤与烧伤敷料、心脏起博器导线、缝线、各种夹板、导液管、人工血管、气管、插管、齿科材料、计划生育用品等。

人工心脏及心脏辅助装置目前在医学上，特别是在制造植入人体的各种医疗用品方面有着广泛的用途，应用领域包括人工心脏瓣膜、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤与烧伤敷料、心脏起博器导线、缝线、各种夹板、导液管、人工血管、气管、插管、齿科材料、计划生育用品等。

TPU(聚氨酯)基本特性及介绍基本介绍英文：Thermoplastic elastomers，热塑性聚酯弹性体，又名“海翠”，是一种高性能工程级弹性体，,含有PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段(结晶相)和脂肪族聚酯或聚醚(非晶相)软段的嵌段共聚物；其硬段比例增大可增强物理刚性和化学稳定性，软段比例增大可提高柔韧性和低温性能。

项目纯树脂颜色本色密度（kg/cm3） 1.05-1.28洛氏硬度（D）32D-80D平衡吸水率（%）0.20成型收缩率（%） 1.4-1.6断裂应力（MPa）22-45弯曲模量（MPa）55-200拉伸应变(断裂%)》300脆化温度（℃）-80~-98℃熔融温度（℃）145-205热变形温度（1.8MPa）生产厂家1972年由美国杜邦以商标Hytrel推向市场，目前全球主要的品牌有美国杜邦的Hytrel、美国泰科纳的Riteflex、韩国可隆的KOPEL、韩国LG的Keyflex以及中国台湾长春的LONGLIFE，由于技术及市场方面的原因，我国内地TPEE生产装置开工率较低，国内TPEE消费在很大程度上依赖于进口。

常用牌号台湾长春1163LL台湾长春1172LL美国杜邦3078美国杜邦4056美国杜邦4069美国杜邦5526美国杜邦5556美国杜邦6356美国杜邦7246美国杜邦G3548韩国LG BT-1063D韩国可隆KP3355韩国可隆KP3363产品系列主要特性1.物理性能：淡黄色或棕色颗粒2.力学性能：高模量；耐磨和TPU相当；优异的耐疲劳性能；高回弹性；高低温下也有良好的力学性能3.耐热性能：具有优异的耐热性能，脆化温度为-75℃，长期使用温度在-50-130℃，短期可耐150-160℃，工作温度范围非常宽，可在-70-200℃使用4.燃烧性能：可燃，有阻燃级5.化学稳定性：室温下能耐大多数极性液体化学介质(如酸、碱、胺及二醇类化合物)；对大多数有机溶剂、燃料及气体的抗溶胀性能和抗渗透性能较好；耐热水性较差6.电性能：7.耐候性能：在水雾、臭氧、室外大气等各种外界条件下化学稳定性优良；添加紫外线稳定剂可抗UV8.加工性：良好的加工性、熔融稳定性和充分的热塑性；熔体对温度十分敏感，在低剪切速率下，TPEE 熔体粘度对剪切速率不敏感，而在高剪切速率下，熔体粘度随剪切速率升高而下降；应用分类主要用于要求减震、耐冲击、耐曲挠、密封性和弹性，耐低温高温、耐油、耐化学品并要求足够强度的领域。

聚氨酯化学与工艺弹性体
目的和要求
聚氨酯弹性体的性能特点及其分类， 了解制备弹性体原料及原料对性能的影响， 熟悉浇注型聚氨酯弹性体（CPU）、热塑 型聚氨酯弹性体（TPU）、混炼型聚氨酯 弹性体（MPU）的合成及加工方法，了解 聚氨酯弹性体的应用
5.3.2.3 半预聚物法
1.概述
半预聚物法与预聚体法的区别是将部分聚酯多 元醇或聚醚多元醇跟扩链剂、催化剂等以混合物的 形式添加到预聚物中。也就是说，①配方中的低聚 物多元醇分两部分，一部分与过量二异氰酸酯反应 合成预聚体，另一部分与扩链剂混合，在浇注时加 入。 ②生成的预聚体中游离NCO质量分数较高，一 般为0.12～0.15 (12%～15%)，故常把这种预聚体 称作“半预聚体(quasi-prepolymer)”。
2.2 混合扩链时的计算
将上述半预聚物称为A组分，则补加的聚合多元醇、扩 链剂与各种助剂的混合物称为B组分。B组分中的计算又分为 补加聚合多元醇的计算和扩链体系的计算。
2.2.1 补加聚合多元醇的计算
由于补加的聚合多元醇是与扩链剂组成一个组分和半预 聚物混合后反应，这里需要作一个假定，即假定半预聚物是 与多元醇先反应，并将异氰酸根的含量降低至某一设定值X1 ％。这就有：
所谓扩链系数：是指扩链剂组分(包括混合扩链 剂)中氨基、羟基的量(单位：mo1)与预聚体中NCO 的量的比值，也就是活性氢基团与NCO的摩尔数 （当量数）比值。
大量实践表明MOCA的扩链系数以0.85～0.95范 围为宜，在此范围内，缩二脲所形成的一级交联与 分子间氢键形成的二级交联之间具有良好的平衡， 弹性体具有良好的综合性能。
480
永久变形/%
12.5
12.5
7.5
43.7
回弹率/%

聚氨酯弹性体的结构和性能特点聚氨酯英文缩写为PU，是由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物的总称，聚氨酯PU根据应用不同填料，有CPU、TPU、MPU等简称。

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。

其原材料可分为异氰酸酯类(如MDI和TDI)、多元醇类(如PO和PTMEG)和助剂类(如DMF)。

聚氨酯橡胶(UR)是由聚酯(或聚醚)与二异氰酸脂类化合物聚合而成的。

它的化学结构比一般弹性聚合物复杂，除反复出现的氨基甲酸酯基团外，分子链中往往还含有酯基、醚基、芳香基等基团。

UR分子主链由柔性链段和刚性链段镶嵌组成。

柔性链段又称软链段，由低聚物多元醇(如聚酯、聚醚、聚丁二烯等)构成；刚性链段又称硬链段，由二异氰酸酯(如TDI、MDI等)与小分子扩链剂(如二元胺an-元醇等)的反应产物构成。

软链段所占比例比硬链段多。

软、硬链段的极性强弱不同，硬链段极性较强，容易聚集在一起，形成许多微区分布于软链段相中，称为微相分离结构，它的物理机械性能与微相分离程度有很大关系。

UR分子主链之间由于存在由氢键的作用力，因而具有高强度高弹性。

聚氨酯橡胶具有硬度高、强度好、高弹性、高耐磨性、耐撕裂、耐老化、耐臭氧、耐辐射、耐化学药品性好及良好的导电性等优点，是一般橡胶所不能比的；耐磨性能是所有橡胶中最高的，实验室测定结果表明，UR的耐磨性是天然橡胶的3～5倍，实际应用中往往高达l0倍左右；在邵尔A60至邵尔A70硬度范围内强度高、弹性好；缓冲减震性好，室温下，UR减震元件能吸收10 ～20 振动能量，振动频率越高，能量吸收越大；耐油性和耐药品性良好，UR与非极性矿物油的亲和性较小，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀，比通用橡胶好得多，可与丁腈橡胶媲美；耐低温、耐臭氧、抗辐射、电绝缘、粘接性能良好。

缺点是在醇、酯、酮类及芳烃中的溶胀性较大；摩擦系数较高，一般在0．5以上。

安全鞋鞋底材料剖析详解聚氨酯（PU）及热塑性聚氨酯(TPU)当前安全鞋市面上种类极多，其鞋底的分类也是相当复杂，应为安全鞋使用环境不同，需要的鞋底材质也就不同。

为了达到安全使用的性能，就不等不对鞋底材料进行加工混合，在达到安全鞋使用标准的同时，也需要考虑到鞋子的舒适性能。

因此只有材料组合得当，才能出来好品质安全鞋。

在这里就详解一下聚氨酯（PU）及热塑性聚氨酯（TPU）材料安全鞋的特点。

聚氨酯（PU）材料的安全鞋由于材料密度的特点（密度：0.8g/cm3），使得这样的安全鞋鞋底穿起来非常舒适，鞋底较为轻便。

但是这种安全鞋的安全功能如防滑性能就大打折扣。

所以常用来做商务休闲鞋类。

随着技术的发展，人们才有这种材料进行提炼。

使用可直接注射成型的机器，鞋类行业一直生产双密度的聚氨酯鞋子。

这样的安全鞋的具有更强的抗磨性能，良好的防滑和防油脂性能。

可以使用发泡聚氨酯系统来制作中底，这样鞋子穿起来就会更舒服，甚至更轻便。

通过良好的其他材料组合可以达到其安全鞋性能所要求的标准。

热塑性聚氨酯(TPU)这种材料的密度就比聚氨酯（PU）较高，其密度大约在1g/cm3左右。

导致穿起来没有聚氨酯鞋底穿起来那么舒适，材质较硬，走起来脚部声音就比较大。

由于这种材料在粘合方面也不尽人意，一般在安全鞋的外底不是经常使用。

随着组合材料的多样化，使得薄的热塑性聚氨酯外底和吹制的热塑性聚氨酯鞋中底将来将会变成一种新的材料组合。

由于热塑性聚氨酯(TPU)这种材料的耐磨及防滑性能比较好，一般采用了作为鞋最底层及易磨损层的首选，导致这种材料在安全鞋方面的使用越来越广泛。

TPU的特性耐候性TPU的耐侯性良好, 绝佳的耐低温特性使加工后的产品不受使用地区的限制。

而TPU受紫外线照射易变黄的问题, 可借着使用脂肪族二异氰酸酯解决。

耐油性TPU的耐油性良好, 可克服橡胶材料的缺点。

无论低至高硬度, 聚酯系TPU在70o C下浸渍120天后几乎无任何变化。