熱塑性聚氨酯彈性體（簡(jiǎn)稱(chēng)TPU），以其優(yōu)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(lái)約以10%速度逐年增長(cháng)，2000年全球TPU總產(chǎn)量約為14萬(wàn)~15萬(wàn)t。我國2000年TPU產(chǎn)量估計為0.4萬(wàn)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(zhì)量及分子結構的軟、硬段結合，所得的TPU的種類(lèi)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(yōu)良，使其應用廣泛。我國由沈陽(yáng)化工學(xué)院設計的年產(chǎn)1000t的TPU生產(chǎn)線(xiàn)在遼寧省錦州天工實(shí)業(yè)公司已試車(chē)成功，并即將投入生產(chǎn)，產(chǎn)品性能經(jīng)過(guò)測試已達國際水平。山東煙臺華大公司和天津堯舜聚氨酯制品有限公司從國外引進(jìn)的TPU生產(chǎn)裝置，目前按各自的銷(xiāo)售渠道在正常運轉。近年來(lái)，由于原料生產(chǎn)裝置和設備的大量引進(jìn)，更會(huì )促使我國TPU生產(chǎn)的發(fā)展。
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。其中最佳的方法是一步法用雙螺桿擠出機生產(chǎn)TPU。對于一步法制得的TPU，基本上是屬于一種嵌段線(xiàn)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預備、計量輸送、混合反應、擠出造粒四個(gè)部分組成。該工藝具有原料配比計量精確、混合均勻、反應溫度均一及物料在機內停留時(shí)間均勻等特點(diǎn)。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(shù)都不可忽視[1]。根據需要，通過(guò)配方的調整，可設計出具有合適性能指標的TPU產(chǎn)品。TPU的合成是一個(gè)系統工程，把握好各項要素，就可以取得滿(mǎn)足的效果。TPU合成工藝研究動(dòng)向，應著(zhù)重在改善其物理機械性能及耐熱性能。
2．TPU的應用開(kāi)發(fā)
TPU由于性能優(yōu)異，深受人們的青瞇，它的應用幾乎滲透到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，如建筑、汽車(chē)制造、防震緩沖材料、鋪裝材料、制革等領(lǐng)域，而且還有很多潛在領(lǐng)域有待開(kāi)拓。
2.1．在紡織工業(yè)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(kāi)展了這方面的工作[2~6]。目前，世界上氨綸生產(chǎn)大部分是以干法為主，美國杜邦公司的氨綸產(chǎn)量占世界氨綸產(chǎn)量的一半以上。采用干法紡絲生產(chǎn)的氨綸性能優(yōu)良，但投資過(guò)高（年產(chǎn)500 t的工廠(chǎng)約需投資2億元人民幣），投資回收期長(cháng)，生產(chǎn)成本也較高，并且存在污染環(huán)境問(wèn)題，危害人體健康。而熔紡法生產(chǎn)氨綸具有投資較少、成本低、對環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)勢，并可利用現有其它纖維的熔紡設備，并無(wú)需作大改動(dòng)和更新設備就可生產(chǎn)中等品質(zhì)的氨綸，具有較好的經(jīng)濟效益。我國在此領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與研究均有報道，工業(yè)性氨綸試紡亦取得很好的效果。熔紡氨綸與干法氨綸性能差異正在縮小。熔紡法將成為氨綸的主要生產(chǎn)方法之一。目前，熔紡氨綸的伸長(cháng)率已達干法水平，其拉伸強度則明顯高于干法氨綸，由于干法氨綸比熔紡氨綸有較好的微相分離程度和硬段區穩定性，決定了熔紡氨綸在彈性恢復率上存在差距。因此，假如經(jīng)化學(xué)交聯(lián)處理后，纖維的回彈性可以得到明顯的改善。熔紡氨綸工藝大致在一步法、二步法、封端法和直接法四個(gè)方面有報道[2,3,7]。有人曾用熔紡一步法，優(yōu)化配方，在未加任何添加劑的情況下，制得的氨綸纖維拉伸強度1.3 cN/dtex，斷裂伸長(cháng)率729.1%。我國深圳新綸公司采用二步法制成的氨綸纖維拉伸強度1.6 cN/dtex、斷裂伸長(cháng)率600%，300%定伸恢復率97%。盡管如此，我國對熔紡法氨綸的研究，還很不夠系統和深入。隨著(zhù)對紡絲過(guò)程中，微相分離結構的形成機理、動(dòng)力學(xué)及紡絲成型性能方面的深入研究，會(huì )進(jìn)一步完善熔紡工藝，從而制造出性能優(yōu)異的氨綸，這對于我國熔紡氨綸工業(yè)的發(fā)展將起到很大的促進(jìn)作用。氨綸新品種開(kāi)發(fā)領(lǐng)域著(zhù)重在原絲新品種上，例如在耐氯、耐水解、耐熱、耐潮、耐霉菌以及阻燃方面。在加工方面，氨綸可與尼龍等纖維進(jìn)行包復或包纏，其染色性、機械強度及耐磨性均優(yōu)良。用氨綸作芯絲，外面用蠶絲進(jìn)行螺旋式包纏，可以提高真絲產(chǎn)品檔次，增加我國絲綢產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的競爭力。采用純棉紗和氨綸加工成包芯紗，經(jīng)過(guò)整染加工后，布面經(jīng)向具有彈性，所開(kāi)發(fā)的高彈牛仔布及燈芯絨也深受消費者喜愛(ài)。
2.2．汽車(chē)保險杠 注：TPU保險杠由沈陽(yáng)化工學(xué)院開(kāi)發(fā)制造；PP-EPDM保險杠為國內外使用的現有產(chǎn)品。
TPU可應用于汽車(chē)車(chē)體的多種構件，如保險杠、儀表板、減震墊等零部件。汽車(chē)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(zhì)。有專(zhuān)利報道[8]，使用TPU制成的保險杠，先后經(jīng)歷了以40~80 km/h的車(chē)速進(jìn)行的撞車(chē)沖擊試驗，和用10 kg大錘60余次的重砸，未發(fā)現明顯破裂，說(shuō)明其安全性能很高，在事故中可降低車(chē)輛損傷程度和人員傷亡。該保險杠生產(chǎn)成本較低，值得開(kāi)發(fā)。TPU彈性體材料與PP-EPDM共混材料的性能見(jiàn)表1。我國即將進(jìn)入WTO，汽車(chē)行業(yè)必須有新的特色方可立于不敗之地。因此開(kāi)發(fā)具有安全性能高的保險杠，應引起有關(guān)方面的注重。
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(chē)的提速和綜合設施配套。專(zhuān)利報道[10]，在TPU中添加廉價(jià)填料制成的軌枕墊板，性能優(yōu)于橡膠墊板，可較大限度地吸收行駛的列車(chē)對鋼軌和路基的沖擊壓力，從而在不增加列車(chē)牽引動(dòng)力、不改造路基、不減少停站點(diǎn)的情況下，使列車(chē)達到提速目的，行車(chē)速度可提高到250 km/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(wú)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(yōu)良。
2.4．TPU在航空業(yè)上的應用開(kāi)發(fā)
攔阻網(wǎng)用于阻止飛機起飛或著(zhù)陸滑跑時(shí)發(fā)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(fā)生。國外的機場(chǎng)攔阻網(wǎng)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(wǎng)，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(yōu)良性能。在TPU原料中加入熒光物質(zhì)制成的網(wǎng)體能晚上發(fā)光。其各種性能均優(yōu)于國際上用尼龍編織的網(wǎng)體。例如尼龍編織的豎帶，其拉伸強度為139.2 MPa，用TPU制成的豎帶拉伸強度為186.3 MPa。因而TPU可應用于機場(chǎng)攔阻網(wǎng)。該攔阻網(wǎng)亦可用作在高速公路或盤(pán)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(jiǎn)單，且壁薄，重量輕，使用壽命長(cháng)。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(xiàn)和原子能工作人員的保護衣。隨著(zhù)航空事業(yè)不斷發(fā)展，對飛機維護技術(shù)需求也相應增加，同時(shí)對復原技術(shù)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(shù)，可滿(mǎn)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(shí)具有耐水解、耐候、耐磨、耐曲撓、高硬度等優(yōu)點(diǎn)，TPU制造電纜、電線(xiàn)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(kāi)發(fā)
TPU具有良好的生物相容性、抗凝血性和優(yōu)良的物理性能，在醫學(xué)和生物領(lǐng)域中用量雖少，卻占有重要的地位。TPU可用來(lái)制造人工喉、人造腦殼、人造心臟瓣膜、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(kāi)發(fā)，正向生物工程、細胞工程和免疫工程等方面迅速發(fā)展。估計目前世界上醫用TPU用量可達1.5萬(wàn)t/a。山西省化工研究所和山西醫學(xué)院開(kāi)發(fā)的聚氨酯氣管套管，比金屬套管用起來(lái)方便適應、柔軟、不斷裂、可減輕病人痛苦，無(wú)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(mǎi)200多萬(wàn)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(huì )受到泥沙磨損和氣蝕破壞的聯(lián)合作用，其損壞速度相當驚人。在這些領(lǐng)域的使用效果很好，可節約大量資金。中國科學(xué)院力學(xué)研究所在這方面做了大量的開(kāi)發(fā)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(wǎng)及彈性篩板等幾類(lèi)。與金屬篩相比，由TPU制成的PU彈性篩板噪音小、篩分質(zhì)量高、使用壽命長(cháng)，耐磨性是鋼的6~12倍。TPU的優(yōu)良性能礦山機械上用途十分廣闊。煤礦每年需1000多萬(wàn)件高壓密封圈和相當數量的礦用電機聯(lián)軸節，需要寬800~1100 mm、長(cháng)78 mm的煤礦用阻燃抗靜電輸送帶1700萬(wàn)m。開(kāi)采礦石和輸送條件的惡劣，橡膠帶很難滿(mǎn)足使用要求，TPU取代橡膠制作礦用運輸帶是一種發(fā)展趨勢。其阻燃、抗靜電的TPU運輸帶還可用作其它工業(yè)的多種運輸帶。
3．建議
（1）我國TPU合成工藝尚屬起步階段，與世界先進(jìn)國家相比，還有一定差距。TPU的質(zhì)量好壞又是熔融紡絲的要害，因此要加強基礎性研究，改進(jìn)工藝、優(yōu)選出適合于熔紡的TPU設計配方，為熔融法紡氨綸領(lǐng)域做出貢獻。
（2）我國TPU正處于發(fā)展時(shí)期，還有許多新技術(shù)、新產(chǎn)品需要我們去開(kāi)發(fā)，其中重點(diǎn)是加強TPU的改性和應用開(kāi)發(fā)，盡快開(kāi)拓新市場(chǎng)。TPU的應用領(lǐng)域相當廣泛，上述文中僅在一些應用領(lǐng)域舉了數例作拋磚引玉。 | 
