汽车领域应用TPU新动态
上海应用技术学院 材料科学与工程学院 黄茂松 贾润萍 东华大学化学化工与生物工程学院 王宜波
热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是由热力学上不相容的玻璃化转变温度低于室温的软段和玻璃化转变温度高于室温的硬段胶体组成的(A-B)n型线形多嵌段聚合物。由于硬段的极性强，相互间引力大，硬段和软段在热力学上有自发分离的倾向，即微相分离结构，因此其力学性能优异，具有高强度、高耐磨性、耐撕裂性、耐候性以及优良的韧性、回弹性和优越的加工成型性和可回收性等优点，因而得到越来越广泛的应用。
我国已成为全球最大生产基地
由表1可知，2012年我国TPU产能为34.5万吨，产量为16.9万吨，占全球总产量40%。是全球最大的TPU生产和消费国。烟台万华与浙江华锋是目前国内TPU产能和产量最大生产商，两家企业产能占总产能20%，产量占总产量14%。Bayer、BASF、路博润是我国本土TPU产能和产量最大跨国公司生产商，三家产能占总产能23%，产量占36.6%。
我国TPU主要应用领域是鞋材、胶粘剂和管材。此三种产品占TPU总产量70%。TPU薄膜、熔纺氨纶TPU切片和PU革近年来有了较快的发展速度，见表2。
表1 2012年中国TPU产能和产量概况 万吨
生产商 地址 产能 产量
浙江华锋热塑性聚氨酯有限公司 江苏瑞安 3.50 1.00
烟台万华聚氨酯股份有限公司 山东烟台 3.40 1.40
拜耳热塑性聚氨酯(深圳) 有限公司广东深圳 3.00 2.40
BASF聚氨酯特制品(中国)有限公司 上海 3.00 2.25
东莞宏德化学工业有限公司 广东东莞 2.00 0.90
路博润中国有限公司 上海 2.00 1.54
保定邦泰化学工业有限公司 河北保定 1.50 0.60
福建南光轻工有限公司 福建晋江 1.00 0.58
福建昆胜复合塑料有限公司 福建福州 1.00 0.51
三六一度(福建)体育用品有限公司 福建晋江 1.00 0.47
苏州沃斯汀材料有限公司 江苏苏州 1.00 0.48
上海联景物资有限公司 上海 1.00 0.45
宁波市金穗橡塑机电有限公司 浙江宁波 1.00 0.40
高鼎精细化工(昆山)有限公司 江苏昆山 1.00 0.76
日胜化工 广东东莞 0.70 0.42
中山宝瑄TPU 广东中山 0.70 0.30
茂永塑胶有限公司(东莞) 广东东莞 0.50 0.30
上海金汤塑胶有限公司 上海 0.50 0.12
上海金道化工有限公司 上海 0.50 0.12
中纺投资发展有限公司 上海 0.50 0.20
上海北岗聚合物科技有限公司 上海 0.40 0.12
东莞大朗龙堡塑胶制品厂 广东东莞 0.40 0.20
江苏绿艳高分子材料有限公司 江苏扬中 0.40 0.06
晋江民福科技有限公司 福建晋江 0.36 0.12
厦门宝协助 福建厦门 0.30 0.10
南通华盛高聚物科技发展有限公司 江苏南通 0.2.5 0.03
深圳市鹏博盛实业有限公司 广东深圳 0.20 0.06
天津市呈宇弹性体有限公司 天津 0.20 0.08
东莞市塑伯橡塑胶有限公司 广东东莞 0.18 0.08
厦门象屿邦依进出口贸易有限公司 福建厦门 0.18 0.09
浙江省三门晨光 浙江三门 0.18 0.05
浙江省三门埃克森 浙江三门 0.18 0.05
浙江南部气动有限公司 浙江温州 0.18 0.04
泰兴市茂尧聚氨酯塑料制品厂 江苏泰兴 0.15 0.09
广州市露积塑料制品有限公司 广东广州 0.12 0.05
浙江省三门县永盛聚氨酯厂 浙江三门 0 0
其他企业 - 2.00 0.50
总计 - 34.50 16.91
表2 2011~2012年我国TPU下游消耗量统计 吨
2011 2012
鞋材 62300 66000
胶黏剂 26000 28770
管材 25300 27000
薄膜 24650 26710
PU革 14570 15830
TPU切片 16800 18200
滚轮 7000 7500
电缆 7400 8240
其它 8950 9730
合计 194670 208000
在全球PU行业中增长速度首屈一指
据国内著名咨询公司IAL报道，TPU在全球PU行业中增长速度首屈一指。2012年全球TPU总消费量为42.8万吨，其中鞋业是TPU最大消费领域，消费量为13.30万吨，占市场总消费量的38%。其次为TPU工程产品，消费量为11.17万吨，占市场总消费量的28%。第三是汽车，占市场总量的11%。IAL宣称TPU市场在西方国家已相当成熟，东方国家增长势头旺盛，其中亚洲地区2012年TPU总产量为24.925万吨，占全球TPU总产量的58%。IAL指出中国是全球领先的TPU生产国和消费国，土耳其是TPU生产和消费暂露头角的国家。
据“国际透明度市场研究公司”最近发布的一份报告，2012～2018年全球TPU需求以5.5%的速度增长，2018年市场规模可达17.5亿美元。亚太地区、中东和非洲将成为最有发展潜力的新型市场。
在汽车工业上的应用
塑料制品的用量反映了一个国家汽车工业发展水准。德国每辆汽车使用塑料制品已接近300千克，占汽车所用材料22%左右，是世界上采用塑料零部件最多国家。日本每辆汽车平均使用塑料也达到了150千克左右，约占汽车材料消费总量的12%。目前汽车塑料制品应用趋势已由内饰件发展到外饰件、结构件、功能件，扩展到强度更高、耐冲击性更好的复合材料及塑料合金。
TPU在各类TPE中耐磨耗性能最佳，并具有高强度、高韧性、高透明和抗疲劳、耐寒性、耐辐射、耐油性、无毒环保可回收和易加工等优良特性。已在汽车工业中得到广泛应用，如保险杠、仪表盘、车内电缆包覆层、门窗封条、变速换挡旋钮、油封、减振垫、汽车薄壁油箱、及雪地轮胎防滑产品等。通过TPU和TPU合金改性，使产品兼有热塑性橡胶(TPR)和热塑性硫化橡胶(TPV)的优良特性。
TPU由于减震、柔韧和耐磨性能好，可制备轴衬、轴瓦和轴套类配件；由于弹性好、耐屈挠、耐疲劳和耐油性能优，可制备护套类配件；由于气密性能和抗切割性能好，可制备垫圈、垫板和垫片等密封配件；由于尺寸稳定性好和抗冲击强度高，可制备安全气囊、保险杠等配件。
TPU长纤维复合材料 长纤维增强热塑性复合材料（LFT）具有高强度、高刚性、高尺寸稳定性、低翘曲度、使用寿命长、耐蠕变等优良性能，在汽车工业中已得到广泛应用，目前约78%的LFT材料用作汽车结构件。其中TPU（合金）/LFT复合材料可广泛用于汽车仪表盘、保险杠、地板、前端和车门组件、及车身底部护件等。北京化工大学材料科学与工程学院、北京纳氏通（NST）新材料科技有限公司正在开发此类材料在汽车工业、风机叶片等领域的应用。
TPU蒙皮材料 BASF开发成功了用于汽车内饰件的TPU蒙皮材料，用于仪表板和门板内饰件面层。其性能优于PVC和其它蒙皮材料，成本比PVC等还低，是PVC理想替代品。该TPU蒙皮材料具有优异的机械性能、良好的皮革粒面感、柔韧性和豪华感、优异的耐久性（耐气候、耐高低温、耐擦伤），使其成为高档轿车仪表板和门板内饰件表皮材料首选。Bayer采用TPU吹塑成型工艺，将其用于汽车仪仪表板和门板。该工艺比浇注成型可节省70%时间。使用TPU喷涂成型工艺更大意义，在于为生产可回收仪表板提供了一条有效途径。
TPU合金及其复合材料 目前在轿车中应用的塑料件材料主要是聚丙烯（PP）、PU、聚氯乙烯（PVC）和尼龙（PA）四种材料。汽车塑料件的发展方向是不断推出性价比优良、并可回收再生材料。而TPU材料可发挥其独特的优势。TPU已被用于汽车车体的多种构件，包括TPU塑料合金，如TPU与PP、PVC、PA等塑料构成性价比优良的塑料合金，可在汽车工业中发挥重大作用。TPU橡胶复合材料，TPU-纤维和TPU-纳米材料构成的复合材料在汽车工业中也具有重要应用价值。如美国PHC公司及加拿大子公司Comp开发的TPU/碳纤维复合材料，具有良好的力学性能、高韧性、耐疲劳性，可用于高档轿车，也可用于娱乐。
TPU轮胎 TPU 轮胎比橡胶轮胎具有优良的耐磨性、均匀性和生产操作简易、成本低等优点。目前，TPU和CPU轮胎只能制作慢速轮胎。耐高温性是影响PU轮胎实用化主要原因。这是因为在制动过程中，由于轮胎胎面与路面摩擦时，热量积累快、外温高，致使轮胎性能下降（100℃时的耐磨性和抗撕裂强度只相当于常温下20%左右）。采用三聚异氰脲酸酯为固化剂的PU弹性体，可耐170℃高温，最高可达210℃，且耐撕裂强度和耐磨性还有所提高。美国固特异轮胎橡胶公司在此方面已取得很好成果。随着PU材料性能不断提高和轮胎制造工艺不断改善，大规模生产TPU轮胎不久将成为现实。这将给轮胎工业带来革命。
综上所述，TPU是实现汽车轻量化的重要途径，应用前景广阔；TPU轮胎一旦实现产业化，将给轮胎行业带来革命性变化。TPU近年来增长速度明显，技术进步凸现显著，新产品不断推出，应用领域不断扩大，已成为热塑性弹性体中最有发展前途的产品之一。