高分子材料之TPU

一、简介

TPU（Thermo plastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体）是一种新兴的高分子材料，其硬度介于橡胶和塑料之间，且具有良好的弹性、强度、加工、耐油、环保等特性，TPU制品的承载能力、抗冲击性能以及减震性能突出，被广泛应用于鞋材、管材、薄膜、滚轮、电缆电线、消费电子等相关行业。

TPU原料

TPU属于塑胶类，一般采用注射成型工艺，即将原料（一粒粒的塑料米）加温融化以后，用炮筒射入塑胶模具而制成产品。

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二、材料性能

TPU的刚性

TPU作为弹性体是介于橡胶和塑料之间的一种材料，这从它的刚性看出来，TPU的刚性可由弹性模量来度量。橡胶的弹性模量通常在1~10MPa，TPU在10~1000MPa，塑料（尼龙，ABS，PC，POM）在1000~10000MPa，如下图。

TPU与其他材料的弹性模量比较

TPU的硬度

硬度是材料抵抗变形、刻痕和划伤的能力的一种指标。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。一般情况下，TPU的硬度范围从60A~74D。

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。硬度上升后，TPU的其他性能也会发生改变，拉伸模量和撕裂强度增加，刚性和压缩应力（负荷能力）增加，伸长率降低，密度和动态生热增加，耐环境性能增加。

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。两种测试方法原理其实是一样的，都是在标准条件下将标准的压针压入标准试样的表面，考察压入的深度来衡量试样的硬度。区别在于压针的形状不同，Shore A用的是圆台形的，而Shore D则用的是圆锥形的。所以A用来测试软塑料、弹性体和橡胶材料，D用来硬塑料和高硬度的弹性体与橡胶材料；只是当A的测量值大于90时，改为D型的，而当D型的读数小于20时就用A型的。Shore A和Shore D的关系曲线如下图所示。

TPU的强度

TPU具有优异的拉伸性能，拉伸强度高达70MPa ，断裂伸长率可高达1000%。TPU中加入玻纤可以进一步提高TPU的抗拉强度，但应力增加迅速、升长率会下降。

TPU的蠕变

蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。TPU的蠕变与材料的应力水平、温度、时间等有关。