TPU(Thermoplastic polyurethanes)名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，TPU它是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇(扩链剂)共同反应聚合而成的高分子材料。
它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯分子和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。
TPU具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。目前，TPU已广泛应用与医疗卫生、电子电器、工业及体育等方面，其具有其它塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性，同时他具有高防水性透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。
热塑性聚氨酯弹性体TPU按分子结构可分为聚酯型和聚醚型两种，按加工方式可分为注塑级、挤出级、吹塑级等。
(磨耗条件:CS17轮、1000g/轮、5000r/m 23℃)
2. 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。
3. 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。
4. 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，如注射、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。
TPU用于鞋材主要由于其优良的弹性和耐磨性。含TPU的鞋类产品穿着舒适度方面比普通鞋类产品优越得多，因此，在高档鞋类产品中较为广泛，尤其是一些运动鞋，休闲鞋。
TPU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的代替品。TPU薄膜不仅可与各种布料贴合，还可以用真空热成型的方法生产轮廓清晰，尺寸稳定的产品。随着国内环保意识的不断提高，TPU的应用也越来越广泛。其中增加速度比较快的领域:鞋面里料、保暖内衣、透明内衣、透明肩带、松紧带及医疗用透气胶带。
TPU胶粘剂属于聚氨酯粘胶剂的一种。在欧美聚氨酯胶粘剂的使用已经相当普遍，特别在鞋类胶粘剂的使用中，几乎使用聚氨酯粘胶剂。我国TPU粘胶剂的使用是以TPU溶解后，经过加工处理后获得聚氨酯粘胶剂。在TPU粘胶剂使用上，主要以广东、福建、浙江、上海四个主要地区为主。
由于TPU软管具有柔软，良好的抗张强度、冲击强度 耐高低温性，所以在中国TPU软管被广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等机械设备等的输气、输油软管。主要TPU软管制造企业集中在广东、浙江、江苏、山东、河北等地。
TPU提供了耐撕裂、耐磨与弯曲特征，耐高低温性更是电缆性能的关键。所以在中国市场上，高等电缆如控制电缆与电力电缆用TPU，用来保护设计复杂电缆的被覆材料，用途也日益广泛。
聚氨酯弹性体以其较高的机械强度、卓越的耐磨性、优良的耐油、耐酸碱、突出的抗压缩性及使得其在滚轮上有大量应用。国内滚轮主要有以下几种:工业滚轮、家用滚轮、运动器材轮、医疗器械轮、玩具轮。
TPU油墨主要优点表现于:优异的附着力，低粘度，良好的耐曲挠性，优异的耐磨性，高光泽度，耐气候性，可以抵御包括UV照射在内的任何阳光暴晒，在各种应用领域中都表现极好的强韧性和持久性。芳香族和脂肪族的TPU制成的油墨都能在各种气候和环境条件下使用，产品具有稳定和杰出的性能。
TPU 油墨具有光洁平滑的外观，良好的遮光性及耐醇、附着力强等特点，主要适用于TPU等塑胶的表面装饰。如手机、笔记本电脑、鞋、轿车皮椅、沙发、高级皮具、手提袋、充气娱乐TPU制品、雨伞、雨衣等
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包括有注塑、吹塑、压缩成型、挤出成型等，其中以注塑最为常用。注塑的功能是将TPU加工成所要求的制件，分成预塑、注射和顶出三个阶段的不连续过程。注塑机分柱塞式和螺杆式两种，推荐使用螺杆式注射机，因为它有提供均匀的速度、塑化和熔融。
注射机料筒衬以铜铝合金，螺杆镀铬防止磨损。螺杆长径比L/D=16~20为好，至少15；压缩比2.5/1~3.0/1。给料段长度0.5L，压缩段0.3L，计量段0.2L。应将止逆环装在靠近螺杆顶端的地方，防止反流并保持最大压力。
加工TPU宜用自流喷嘴，出口为倒锥形，喷嘴口径4mm以上，小于主流道套环入口0.68mm，喷嘴应装有可控加热带以防止材料凝固。
从经济角度考虑，注射量应为额定量的40%~80%。螺杆转速20~50r/min。
收缩受原料的硬度、制件的厚度、形状、成型温度和模具温度等模塑条件的影响。通常收缩率范围为0.005~0.020cm/cm。例如，100×10×2mm的长方形试片，在长度方向浇口，流动方向上收缩，硬度75A比60D大2～3倍。TPU硬度、制作厚度对收缩率的影响见图1。可见TPU硬度在78A～90A之间时，制件收缩率随厚度增加而下降；硬度在95A～74D时制件收缩率随厚度增加而略有增加。
主流道是模具中连接注射机喷嘴至分流道或型腔的一段通道，直径应向内扩大，建议至少2以上的角度，以便于主流道料把的脱模。分流道是多穴模中连接主流道和各个型腔的通道，在塑模上的排列应呈对称和等距分布。流道可为圆形、半圆形、长方形，直径以6~9mm为宜。一般来说流道表面必须像模腔一样抛光，以减少流动阻力，并提供较快的充模速度。
（特别注意：由于TPU粘性比较大，主料把一般采用幼纹以便于脱模）
冷料穴是设在主流道末端的一个空穴，用以收集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料，从而防止分流道或浇口堵塞。冷料混入型腔，制品容易产生内应力。冷料穴直径8~10mm，深度约6mm。
浇口是接通主流道或分流道与型腔的通道。其截面积通常小于流道，是流道系统中最小的部分，长度宜短。浇口形状为矩形或圆形，尺寸随制品厚度增中，制品厚度4mm以下，直径1mm；厚度4~8mm，直径1.4mm；厚度8mm以上，直径为2.0~2.7mm。浇口位置一般选在制品最厚的而又不影响外观和使用的地方，与模具壁成直角，以防止缩孔，避免旋纹。
排气品是在模具中开设的一种槽形出气口，用以防止进入模具的熔料卷入气体，将型腔的气体排出模具。否则将会使制品带有气孔、熔接不良、充模不满，甚至因空气受压缩产生高温而将制品烧伤，制件产生内应力等。排气口可设在型腔内熔料流动的尽头或在塑模分型面上，为0.015mm深、3-6mm宽的槽。
必须注意模具温度尽量控制均匀，以免制件翘曲和扭变。
TPU最重要的模塑条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力和时间。这些参数将影响TPU制件的外观和性能。良好的加工条件应能获得均匀的白色至米色的制件。
模塑TPU过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。前两种温度主要影响TPU的塑化和流动，后一种温度影响TPU的流动和冷却。
a．料筒温度 料筒温度的选择与TPU的硬度有关。硬度高的TPU熔融温度高，料筒末端的最高温度亦高。加工TPU所用料筒温度范围是177~232℃。料筒温度的分布一般是从料斗一侧（后端）至喷嘴（前端）止，逐渐升高，以使TPU温度平稳地上升达到均匀塑化的目的。
b．喷嘴温度 喷嘴温度通常略低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴可能发生的流涎现象。如果为杜绝流涎而采用自锁式的喷嘴，则喷嘴温度亦可控制在料筒的最高温度范围内。
c．模具温度 模具温度对TPU制品内在性能和表观质量影响很大。它的高低决定于TPU的结晶性和制品的尺寸等许多因素。模具温度通常通过恒温的冷却介质如自来水来控制，TPU硬度高，结晶度高，模具温度亦高。例如Texin，硬度480A，模具温度20～30℃；硬度591A，模具温度30～50℃；硬度355D，模具温度40～65℃。TPU制品模具温度一般在10～60℃。模具温度低，熔料过早冻结而产生流纹，并且不利于球晶的增长，使制品结晶度低，会出现后期结晶过程，从而引起制品的后收缩和性能的变化。
注塑过程是压力包括塑化压力（背压）和注射压力。螺杆后退时，其顶部熔料所受到的压力即为背压，通过溢流阀来调节。增加背压会提高熔体温度，减低塑化速度，使熔体温度均匀，色料混合均匀，并排出熔体气体，但会延长成型周期。TPU的背压通常在0.3～4MPa。
注射压力是螺杆顶部对TPU所施的压力，它的作用是克服TPU从料筒流向型腔的流动阻力，给熔料充模的速率，并对熔料压实。TPU流动阻力和充模速率与熔料粘度密切相关，而熔料粘度又与TPU硬度和熔料温度直接相关，即熔料粘度不仅决定于温度和压力，还决定于TPU硬度和形变速率。剪切速率越高粘度越低；剪切速率不变，TPU硬度越高粘度越大。
在剪切速率不变的条件下，粘度随温度增加而下降，但在高剪切速率下，粘度受温度的影响不像低剪切速率那样大。TPU的注射压力一般为20~110MPa。保压压力大约为注射压力的一半，背压应在1.4MPa以下，以使TPU塑化均匀。
完成一次注射过程所需的时间称为成型周期。成型周期包括充模时间、保压时间、冷却时间和其他时间（开模、脱模、闭模等），直接影响劳动生产率和设备利用率。TPU的成型周期通常决定于硬度、制件厚度和构型，TPU硬度高周期短，塑件厚周期长，塑件构型复杂周期长，成型周期还与模具温度有关。TPU成型周期一般在20~60s之间。
注射速度主要决定于TPU制品的构型。端面厚的制品需要较低的注射速度，端面薄则注射速度较快。
加工TPU制品通常需要低剪切速率，因而以较低的螺杆转速为宜。TPU的螺杆转速一般为20~80r/min，则优选20~40r/min。
由于TPU高温下延长时间可能发生降解，故在关机后，应该用PS、PE、丙烯酸酯类塑料或ABS清洗；停机超过1小时，应该关闭加热。
TPU由于在料筒内塑化不均匀或在模腔内冷却速率不同，常会产生不均匀的结晶、取向和收缩，因此致使制品存在内应力，这在厚壁制品或带有金属嵌件的制品中更为突出。存在内应力的制品在贮存和使用中常会发生力学性能下降，表面有银纹甚至变形开裂。生产中解决这些问题的方法是对制品进行退火处理。退火温度视TPU制品的硬度而定，硬度高的制品退火温度亦较高，硬度低温度亦低；温度过高可能使制品发生翘曲或变形，过低达不到消除内应力的目的。TPU的退火宜用低温长时间，硬度较低的制品室温放置数周即可达到最佳性能。硬度在邵尔A85以下退火80℃×20h，A85以上者100℃×20h即可。退火可在热风烘箱中进行，注意放置位置不要局部过热而使制品变形。
退火不仅可以消除内应力，还可提高力学性能。由于TPU是两相形态，TPU热加工期间发生相的混合，在迅速冷却时，由于TPU粘度高，相分离很慢，必须有足够的时间使其分离，形成微区，从而获得最佳性能。
为了满足装配和使用强度的需要，TPU制件内需嵌入金属嵌件。金属嵌件先放入模具内的预定位置，然后注射成一个整体的制品。有嵌件的TPU制品由于金属嵌件与TPU热性能和收缩率差别较大，导致嵌件与TPU粘接不牢。解决的办法是对金属嵌件进行预热处理，因为预热后嵌件减少了熔料的温度差，从而在注射过程中可使嵌件周围的熔料冷却较慢，收缩比较均匀，发生一定的热料补缩作用，防止嵌件周围产生过大的内应力。TPU镶嵌成型比较容易，嵌物形状不受限制，只要在嵌件脱脂后，将其在200～230℃加热处理1。5～2min，剥离强度可达6～9kg/25mm。欲获得更牢的粘接，可在嵌件上涂粘合剂，然后于120℃加热，再行注射。此外，应该注意所用的TPU不能含润滑剂。
在TPU加工过程中，主流道、分流道、不合格的制品等废料，可以回收再利用。从实验结果看，100%回收料不掺合新料，力学性能下降也不太严重，完全可以利用，但为保持物理力学性能和注射条件在最佳水平，推荐回收料比例在25%~30%为好。应该注意的是回收料与新料的品种规格最好相同，已污染的或已退火的回收料避免使用，回收料不要贮存太久，最好马上造粒，干燥使用。回收料的熔融粘度一般要下降，成型条件要进行调整。
原文始发于微信公众号（慧美模塑）：TPU材料特性简介与注塑工艺解析
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