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為你揭秘：TPU薄膜為何廣泛應用于充氣艇、水上
在2014年全球聚氨酯總產(chǎn)銷(xiāo)量達到2150萬(wàn)噸，其中彈性體約200萬(wàn)噸，占總量的9.3%。2014年中國聚氨酯總消費量960萬(wàn)噸，其中彈性體消費量82萬(wàn)噸，占總消費量的8.6%，而TPU消費量為28萬(wàn)噸。中國TPU的十三五規劃主要目標即為醫療、汽車(chē)、薄膜高端TPU產(chǎn)品。
圖 TPU的消費現狀
為什么TPU在與薄膜高端TPU的產(chǎn)品會(huì )逐漸被人所青睞？下面我們先從認識TPU開(kāi)始？
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一 TPU的結構與性能 |
TPU是分子鏈中含有氨基甲酸酯基團（-NHCOO-)的聚合物，是一種含有硬段和軟段的嵌段共聚物，既具有塑料可塑性和力學(xué)強度，又具有橡膠的彈性。由于這種獨有的結構，因此TPU可以廣泛應用于：鞋材、防水透濕的薄膜、流延膜、擠出管材、耐水解流延膜、汽車(chē)、阻燃線(xiàn)纜等。
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二 TPU材料獨有的優(yōu)勢 |
相對于其他材料而言，TPU的力學(xué)性能具有可調節性，邵氏硬度在30A-80D之間，耐磨性、撕裂強度、抗拉強度、斷裂伸長(cháng)率高、耐曲撓、耐油污、耐老化、耐候、高防水、高透濕度、耐水解等性能優(yōu)異；并且環(huán)保污染，生物相容性好、無(wú)毒、無(wú)致癌等特點(diǎn)。
表 TPU材料與其他材料的性能對比
因此就目前而言，TPU是替代PVC最好的選擇。這主要不僅僅是拉伸強度大大優(yōu)于PVC，耐低溫性更是PVC不可比擬的；此外，可降解性、抗菌性、不含增塑劑等方面的性能，都比PVC優(yōu)異。對于在高端產(chǎn)品上，TPU取代PVC是不錯的選擇。
表 TPU與PVC性能對比
目前，TPU材料已經(jīng)廣泛應用于鞋類(lèi)、服裝、醫療用品、工業(yè)用品、嬰兒用品 等領(lǐng)域，特別是醫療領(lǐng)域。
表 TPU的應用
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類(lèi)別 |
用途 |
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鞋類(lèi) |
運動(dòng)鞋、登山鞋、雪鞋、高爾夫球鞋、野戰鞋、溜冰鞋之面料 及里襯材料
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服裝類(lèi) |
雪衣、雨衣、風(fēng)衣、防寒夾克、野戰服、紙尿褲、生理褲、內 襯、T恤及運動(dòng)服等之面料及內里材料
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醫療用品類(lèi) |
手術(shù)衣（帽、鞋）醫療用褥墊、冰袋、繃帶、血漿袋等面料及 內里材料
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國防用品類(lèi) |
武器封存薄膜、野戰帳篷、備戰冰袋。救生衣。充氣艇等面料 及內里材料
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運動(dòng)用品 |
空氣降落傘、充氣水袋、潛水衣、泳衣、氣囊、運動(dòng)衫、瘦身 衣等面料及內里材料
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工業(yè)用品 |
防火材、隔熱板、隔音板、防水封條、絕緣板、油袋、管子、 清理下水道工程服裝等面料及內里材料
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嬰兒用品 |
玩具等嬰兒用品面料及內里材料
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三 薄膜高端TPU產(chǎn)品的特色及工藝特點(diǎn) |
TPU薄膜具有耐低溫、高韌性、高強度、環(huán)?？煞纸?、“可呼吸性”等優(yōu)點(diǎn)，正在各個(gè)領(lǐng)域取代PVC、EVA、人造革等材料，在中國的消耗量也是持續增長(cháng)。隨著(zhù)全社會(huì )環(huán)保意識的不斷增強，同時(shí)隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，TPU應用范圍不斷擴大。2010年至2014年整體市場(chǎng)增長(cháng)率平均在15%每年。
1.TPU薄膜的特點(diǎn)
TPU薄膜為T(mén)PU原料粒子熔融擠出成型而成，其薄膜具有耐低溫、高韌性、高強度、環(huán)?？煞纸?，“可呼吸性”等優(yōu)點(diǎn)，目前正逐步取代PVC、EVA、人造革等材料，特別是在薄膜領(lǐng)域。比如：
鞋類(lèi)由于所用TPU薄膜厚度比較厚（0.5~2毫米), 各類(lèi)運動(dòng)鞋、戶(hù)外登山鞋的大量使用從而占據最大消耗量；
運動(dòng)器材主要集中在水上沖鋒艇、充氣艇、水上風(fēng)箏，主要使用聚醚類(lèi)TPU薄膜；
用于家紡、沖鋒衣、戶(hù)外用品、醫療用品（手術(shù)衣）的防水透濕TPU薄膜。
圖 TPU應用于戶(hù)外服裝
2.TPU薄膜的加工工藝及特點(diǎn)
TPU可以通過(guò)吹塑、流延等成型方式，生產(chǎn)TPU薄膜。
吹塑法：原料經(jīng)熱擠出機熔融塑化，從機頭進(jìn)入模頭，經(jīng)過(guò)壓縮空氣吹漲、牽引，然后卷曲和分切；
流延法：原料經(jīng)過(guò)熱擠出機熔融塑化，從機頭通過(guò)狹縫式?？跀D出，澆注到冷卻輥筒上，使原料急劇冷卻，然后拉伸、分切、卷取。
表 TPU擠出工藝：吹塑、流延對比
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吹塑法 |
流延法 |
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厚度范圍 |
10~100μm |
50~2000μm |
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力學(xué)性能 |
縱，橫向強度差異少 |
縱，橫向強度差異大 |
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不熔物控制 |
不熔物含量低 |
不熔物含量較高 |
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產(chǎn)量 |
小 |
大 |
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表面特性 |
雙面光或雙面霧 |
可實(shí)現單面光/霧 |
圖 顯微鏡下薄膜的晶點(diǎn)
結晶性對于薄膜的影響
合適的結晶，薄膜外觀(guān)好，并且力學(xué)性能優(yōu)異。
圖 TPU薄膜結晶性適中
如果結晶性過(guò)強，會(huì )導致熔體破裂，導致擠出的時(shí)候產(chǎn)生團聚，如圖所示，薄膜團聚部位多，并且薄膜外觀(guān)粗糙，力學(xué)性能不好。
圖 TPU薄膜結晶性過(guò)強
3.TPU薄膜擠出速率對于薄膜的影響
TPU薄膜在擠出速率增大至臨界速率后，樣品都會(huì )發(fā)生擠出畸變?；冎饕憩F可分為：表面畸變與整體畸變。因此，在保證薄膜外觀(guān)性能良好的條件下，選取適當的擠出速率，對于提高生產(chǎn)有一定的幫助。
4.高透濕性能TPU薄膜的特點(diǎn)
微孔膜：一般是以聚四氟乙烯為原料，經(jīng)過(guò)膨化拉伸后形成一種具有微孔性的薄膜本身具有多孔結構，孔徑0.2~10um，僅能透過(guò)水蒸氣，這樣人體內散發(fā)出的水蒸氣就能有效地通過(guò)孔徑向外擴散，而水滴無(wú)法滲透，從而達到防水透視效果；
親水性無(wú)孔膜：以聚氨基甲酸酯（TPU）為主要材料，導入親水基，表面及本體均勻致密的結構，表面含有一定親水性基團，以氫鍵形式“捕獲”人體散失的水蒸氣分子，通過(guò)分子鏈段以及膜內外壓差水蒸氣“傳遞”出去，從而達到優(yōu)異的防水透濕性能。
分子透濕膜與微孔透濕膜的比較
TPU分子透濕膜相對于傳統的微孔膜而言，就具有耐表面活性劑、擁有較高的水滲透壓、可選擇性滲透、有較強的抗撕裂性能、完全隔絕細菌與氣味、較低成本等有點(diǎn)
表 分子透濕膜與微孔透濕膜的比較
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分子透濕膜與微孔透濕膜比較 |
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分子透濕 |
微孔透濕 |
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耐表面活性劑 |
表面活性劑會(huì )滲漏 |
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較高水滲透壓 |
較低水滲透壓 |
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可選擇性滲透 |
無(wú)選擇性滲透 |
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水膨脹為變值 |
水膨脹較小 |
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較強抗撕裂性能 |
較低抗撕裂性能 |
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完全隔絕細菌與氣味 |
氣味隔絕性較差 |
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較低成本 |
較高成本 |
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防風(fēng)，防水 |
防風(fēng)，防水 |
表 高透濕性能TPU性能
TPU防水透濕膜目前主要應用于賽車(chē)服、機車(chē)裝、高爾夫裝、防水服、登山鞋、浴簾、桌布、雨衣、嬰兒圍嘴、 航海服、釣魚(yú)褲、雪褸、風(fēng)衣、防寒夾克、 滑雪服、滑雪手套、登山服、打獵服、沖浪服、馬衣、 沖鋒衣、戰斗服、燈飾配件、手機防水配件等。
