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为你揭秘:TPU薄膜为何广泛应用于充气艇、水上风筝,冲锋衣?

在2014年全球聚氨酯总产销量达到2150万吨,其中弹性体约200万吨,占总量的9.3%。2014年中国聚氨酯总消费量960万吨,其中弹性体消费量82万吨,占总消费量的8.6%,而TPU消费量为28万吨。中国TPU的十三五规划主要目标即为医疗、汽车、薄膜高端TPU产品


图 TPU的消费现状

为什么TPU在与薄膜高端TPU的产品会逐渐被人所青睐?下面我们先从认识TPU开始?


  TPU的结构与性能

TPU是分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物,是一种含有硬段和软段的嵌段共聚物,既具有塑料可塑性和力学强度,又具有橡胶的弹性。由于这种独有的结构,因此TPU可以广泛应用于:鞋材、防水透湿的薄膜、流延膜、挤出管材、耐水解流延膜、汽车、阻燃线缆等。


 二 TPU材料独有的优势

相对于其他材料而言,TPU的力学性能具有可调节性,邵氏硬度在30A-80D之间,耐磨性、撕裂强度、抗拉强度、断裂伸长率高、耐曲挠、耐油污、耐老化、耐候、高防水、高透湿度、耐水解等性能优异;并且环保污染,生物相容性好、无毒、无致癌等特点。

表 TPU材料与其他材料的性能对比

因此就目前而言,TPU是替代PVC最好的选择。这主要不仅仅是拉伸强度大大优于PVC,耐低温性更是PVC不可比拟的;此外,可降解性、抗菌性、不含增塑剂等方面的性能,都比PVC优异。对于在高端产品上,TPU取代PVC是不错的选择。

表 TPU与PVC性能对比

目前,TPU材料已经广泛应用于鞋类、服装、医疗用品、工业用品、婴儿用品 等领域,特别是医疗领域。

表 TPU的应用

类别

用途

鞋类

运动鞋、登山鞋、雪鞋、高尔夫球鞋、野战鞋、溜冰鞋之面料

及里衬材料


服装类

雪衣、雨衣、风衣、防寒夹克、野战服、纸尿裤、生理裤、内

衬、T恤及运动服等之面料及内里材料


医疗用品类

手术衣(帽、鞋)医疗用褥垫、冰袋、绷带、血浆袋等面料及

内里材料


国防用品类

武器封存薄膜、野战帐篷、备战冰袋。救生衣。充气艇等面料

及内里材料


运动用品

空气降落伞、充气水袋、潜水衣、泳衣、气囊、运动衫、瘦身

衣等面料及内里材料


工业用品


防火材、隔热板、隔音板、防水封条、绝缘板、油袋、管子、

清理下水道工程服装等面料及内里材料


婴儿用品

玩具等婴儿用品面料及内里材料





 三 薄膜高端TPU产品的特色及工艺特点

TPU薄膜具有耐低温、高韧性、高强度、环保可分解、“可呼吸性”等优点,正在各个领域取代PVC、EVA、人造革等材料,在中国的消耗量也是持续增长。随着全社会环保意识的不断增强,同时随着技术的进一步开发,TPU应用范围不断扩大。2010年至2014年整体市场增长率平均在15%每年。

1.TPU薄膜的特点

TPU薄膜为TPU原料粒子熔融挤出成型而成,其薄膜具有耐低温、高韧性、高强度、环保可分解,“可呼吸性”等优点,目前正逐步取代PVC、EVA、人造革等材料,特别是在薄膜领域。比如:

鞋类由于所用TPU薄膜厚度比较厚(0.5~2毫米), 各类运动鞋、户外登山鞋的大量使用从而占据最大消耗量;

运动器材主要集中在水上冲锋艇、充气艇、水上风筝,主要使用聚醚类TPU薄膜;

用于家纺、冲锋衣、户外用品、医疗用品(手术衣)的防水透湿TPU薄膜。


图  TPU应用于户外服装

2.TPU薄膜的加工工艺及特点

TPU可以通过吹塑、流延等成型方式,生产TPU薄膜。

吹塑法原料经热挤出机熔融塑化,从机头进入模头,经过压缩空气吹涨、牵引,然后卷曲和分切;

流延法:原料经过热挤出机熔融塑化,从机头通过狭缝式模口挤出,浇注到冷却辊筒上,使原料急剧冷却,然后拉伸、分切、卷取。

表  TPU挤出工艺:吹塑、流延对比


吹塑法 

流延法

厚度范围

10~100μm

50~2000μm

力学性能

纵,横向强度差异少

纵,横向强度差异大

不熔物控制

不熔物含量低

不熔物含量较高

产量

表面特性

双面光或双面雾

可实现单面光/


图 显微镜下薄膜的晶点

结晶性对于薄膜的影响

合适的结晶,薄膜外观好,并且力学性能优异。

图 TPU薄膜结晶性适中

如果结晶性过强,会导致熔体破裂,导致挤出的时候产生团聚,如图所示,薄膜团聚部位多,并且薄膜外观粗糙,力学性能不好。

图 TPU薄膜结晶性过强

3.TPU薄膜挤出速率对于薄膜的影响

TPU薄膜在挤出速率增大至临界速率后,样品都会发生挤出畸变。畸变主要表现可分为:表面畸变与整体畸变。因此,在保证薄膜外观性能良好的条件下,选取适当的挤出速率,对于提高生产有一定的帮助。


4.高透湿性能TPU薄膜的特点

微孔膜:一般是以聚四氟乙烯为原料,经过膨化拉伸后形成一种具有微孔性的薄膜本身具有多孔结构,孔径0.2~10um,仅能透过水蒸气,这样人体内散发出的水蒸气就能有效地通过孔径向外扩散,而水滴无法渗透,从而达到防水透视效果;

亲水性无孔膜:以聚氨基甲酸酯(TPU)为主要材料,导入亲水基,表面及本体均匀致密的结构,表面含有一定亲水性基团,以氢键形式“捕获”人体散失的水蒸气分子,通过分子链段以及膜内外压差水蒸气“传递”出去,从而达到优异的防水透湿性能。

 分子透湿膜与微孔透湿膜的比较

TPU分子透湿膜相对于传统的微孔膜而言,就具有耐表面活性剂、拥有较高的水渗透压、可选择性渗透、有较强的抗撕裂性能、完全隔绝细菌与气味、较低成本等有点

表 分子透湿膜与微孔透湿膜的比较

分子透湿膜与微孔透湿膜比较

分子透湿

微孔透湿

耐表面活性剂

表面活性剂会渗漏

较高水渗透压

较低水渗透压

可选择性渗透

无选择性渗透

水膨胀为变值

水膨胀较小

较强抗撕裂性能

较低抗撕裂性能

完全隔绝细菌与气味

气味隔绝性较差

较低成本

较高成本

防风,防水

防风,防水

表 高透湿性能TPU性能


TPU防水透湿膜目前主要应用于赛车服、机车装、高尔夫装、防水服、登山鞋、浴帘、桌布、雨衣、婴儿围嘴、 航海服、钓鱼裤、雪褛、风衣、防寒夹克、 滑雪服、滑雪手套、登山服、打猎服、冲浪服、马衣、 冲锋衣、战斗服、灯饰配件、手机防水配件等。

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