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TPU材料主要有以下幾方面的應(yīng)用:
1、薄膜與片材
聚氨酯薄膜主要采用擠壓、壓延和吹塑等工藝來制備,厚度從幾微米到幾毫米,并且可以通過加入顏料制得各種顏色的產(chǎn)品。由于聚氨酯分子結(jié)構(gòu)的特點,人們可以通過調(diào)節(jié)聚氨酯嵌段成分比例,改變其彈性、硬度和親水性,因此聚氨酯薄膜同聚氨酯彈性體一樣具有卓越的高張力、高拉力、強韌性和耐老化性能,同時又具有優(yōu)異的生物和血液相容性以及耐化學(xué)藥品性,廣泛應(yīng)用與醫(yī)療衛(wèi)生、高檔紡織面料、工業(yè)等多個領(lǐng)域。
聚醚型TPU還可以用來生產(chǎn)防水透濕透氣薄膜,具有環(huán)保、透氣、防水等功能。TPU薄膜厚度有從幾微米到幾毫米,有高、中、低透濕膜,廣泛應(yīng)用于包裝、服裝貼合、肩帶和鞋材等各種領(lǐng)域。如運動鞋、登山鞋、雪鞋、高爾夫球鞋、溜冰鞋等鞋類的面料和內(nèi)里材料,TPU薄膜的透氣透濕性及低溫柔韌性,可以賦予鞋類其他材料無法比擬的舒適感。
醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域主要使用熱塑性聚氨酯薄膜,如手術(shù)衣、醫(yī)療手套、醫(yī)療用褥墊、冰袋、繃帶、血漿帶、避孕套、傷口敷藥、人工器官等方面。防水透氣的聚氨酯醫(yī)用手套能提供優(yōu)良水蒸氣滲透性、防菌性和舒適性。傳統(tǒng)傷口敷料具有很多缺點,而采用聚氨酯微孔及親水膜可以使傷口敷料有良好透氣、吸收功能,聚氨酯的良好生物相容性也可用作經(jīng)皮膚給藥敷料,既能有效阻隔藥物中活性組分不必要的擴散,又可以保證活性成分按一定速率作用于皮膚,目前國外已經(jīng)在大良使用了,預(yù)計我們以后會有巨大的市場。
聚氨酯薄膜具有光學(xué)透明、手感柔軟、高伸展性、耐久易加工和防水透氣性,作為高檔或者特殊紡織面料在日常生活中應(yīng)用十分廣泛。采用聚氨酯薄膜作為醫(yī)療服裝面料,具備透氣、防菌、防液體透過、長期洗滌和蒸汽殺菌條件下不會降解和價格合理等優(yōu)點。最早聚氨酯薄膜及涂層首先應(yīng)用于從事農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、林業(yè)、登山和海洋及空中救援等戶外工作人員的服裝,后逐漸拓展到鞋類。
目前,聚氨酯在鞋類上應(yīng)用極為廣泛,如各類鞋子尤其是運動鞋或者是特殊功能鞋類面料及內(nèi)里材料等;近年來,聚氨酯薄膜越來越多的運用到成衣和時裝的制作,采用透氣的聚氨酯薄膜材料制成的服裝不僅具有呼吸功能,還能夠抗靜電。
專用TPU還可以滿足德國健康委員會對于食品接觸材料的要求,以及美國食品醫(yī)藥管理局的相關(guān)要求。
2、TPU復(fù)合革
聚氨酯薄膜用于生產(chǎn)復(fù)合織物,作為居家服飾面料,在室溫下可以起到保護的作用,在室溫以上可以有良好的透濕性能。
在工業(yè)領(lǐng)域聚氨酯復(fù)合革常被用來做防火、隔熱、隔音材料、飛機零部件及裝潢、汽車零部件及防水貼條、壓縮封條、傳送皮帶、絕緣板、安全防彈玻璃。如美國將之做成汽車呵護膜產(chǎn)品,用于發(fā)動機罩前緣、汽車前后保險杠、車門下圍板、門鎖把手等包覆,避免受到石擊、摩擦以保護汽車表面油漆。
TPU復(fù)合革一般都具有良好光學(xué)透明性和光穩(wěn)定性,我國很多生產(chǎn)廠家也采用進口聚氨酯薄膜對汽車內(nèi)外部進行包裝和保護。英國開發(fā)出了一種用于飛機盒防彈轎車上的防彈玻璃,就是用多層聚氨酯薄膜復(fù)合而成的。除此之外,以聚氨酯為基礎(chǔ)的塑料薄膜復(fù)合革還用于模具工業(yè)、金屬及武器的防腐蝕。
3、TPU管材
TPU可以制成許多不同類型的管材。聚醚酯型和聚醚型TPU具有高伸長率和良好的耐水解和耐微生物性、優(yōu)異的機械性能(拉伸強度和抗撕裂強度)等一系列優(yōu)點,因而適用于消防水管的內(nèi)襯。這種消防管比傳統(tǒng)的消防管輕,更便于操作使用。
TPU做內(nèi)層的管材在傳送沙石、石漿料的時候非常有用,其良好的耐磨性、耐穿刺性使得管材的壽命相對較長,更加節(jié)省材料。
TPU軟管具有柔軟、良好的抗張強度、沖擊強度和耐高溫性,所以在國內(nèi),TPU軟管多用來飛機、坦克、汽車、摩托車、機床等的輸氣、輸油軟管。
4、TPU鞋材
由于TPU的耐磨性、耐穿刺性、抗縱向彎曲強度和低溫沖擊強度都比較高,因此常用于滑雪鞋的外層材料。
TPU的耐撕裂性和抗裂紋傳播性是塑料材料中最好的。比如滑雪鞋常用邵氏硬度50D~66D、楊氏模量100~600MPa的TPU,并根據(jù)不同部位對性能的要求選用合適的TPU牌號?;渤S肨PU制作,因為TPU耐低溫沖擊強度高。
許多運動鞋的鞋底都是用TPU材料制作的,特別是在足球鞋方面的應(yīng)用最為普遍。常用邵氏硬度85A~90A的聚酯型TPU,由于它具有極其優(yōu)異的耐磨性和抗切割性。并且TPU材料也可以做的很柔軟,并且彈性好,做鞋的內(nèi)襯和鞋墊舒適度會比其他材料高,因此,在運動鞋、休閑鞋中使用率很高。
5、汽車部件
因TPU具有良好的回彈性、抗切割性、耐候性、耐油性,故很適用于汽車工業(yè),已經(jīng)成為汽車上用量最大的塑料品種之一。
根據(jù)汽車構(gòu)件的不同,TPU以泡沫塑料、彈性體、膠粘劑等不同形態(tài)和性能來適應(yīng)汽車的要求,比如TPU泡沫塑料隨著配方的改變,具有質(zhì)量輕、隔熱、回彈性好、舒適性好、低溫性能好、耐用、安全性和吸震性較高等特點,其優(yōu)越性是其他材料不能相比的。
BASF公司開發(fā)了一種用于汽車內(nèi)部裝飾的TPU蒙皮材料Elastoskin用于儀表板和門板內(nèi)飾件面層,其性能優(yōu)于目前采用的聚氯乙烯(pvc)及其他蒙皮材料,成本比用PVC等蒙皮材料還低,是PVC理想的替代品。TPU還可以用作汽車其他構(gòu)件,如保險杠、骨架材料、儀表板、減震墊等零部件。
一種聚氨酯結(jié)構(gòu)反映模塑(SRIM)技術(shù)在歐美已有廣泛使用,可以有效減輕零部件的質(zhì)量。其工藝過程是:先預(yù)成型表皮,將玻纖氈放入模具,然后再注入聚氨脂樹脂,熟化成型(微發(fā)泡)。用這種工藝可生產(chǎn)多種汽車飾件,如門內(nèi)飾板、衣帽架、儀表板骨架和頂棚骨等。SRIM的優(yōu)點飾可以根據(jù)零部件力學(xué)性能的不同,靈活設(shè)計壁厚、弧度或加強筋。
與注塑等產(chǎn)品相比,SRIM具有較低的車內(nèi)噪聲,還能提高產(chǎn)品的物理性能,如密度更低、延伸率更高、不容易產(chǎn)生臭味及發(fā)霉問題等,創(chuàng)造出舒適的車內(nèi)環(huán)境。
6、醫(yī)療衛(wèi)生
TPU與人體皮膚相容性很高,聚醚型TPU與人體血液和組織相容性較好,因此可以用TPU管來制作輸血管,甚至開發(fā)了TPU制作成的微孔型、可生物降解、柔性的、與血液相容的人造血管。
現(xiàn)在隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展,現(xiàn)在TPU制品因為其優(yōu)異的性能也被用來做人造器官的材料,其產(chǎn)品包括人工心臟瓣膜、人工肺、人工皮膚、燒傷敷料、骨粘合劑、心臟起博器絕緣線、縫線、各種夾板、導(dǎo)液管、人工血管、氣管、插管、齒科材料、計劃生育用品等。
比如,采用聚酯型TPU共聚物制造的人體假肢與人體組織有很好的相容性。如聚酯-MDI發(fā)泡所制得的PU微孔彈性體可制作假肢;水發(fā)泡TPU可制作假肢護套,其耐磨性能超過乳膠護套;上肢肢體采用聚醚多元醇和TDI一步法制成微孔彈性體,而要求耐磨及耐屈撓的手掌和手指部分以聚酯多元醇和MDI為主要原料采用半預(yù)聚法制備。
用TPU材料替代原來包覆PVC的乳膠手套材料,消除了電動假手的大部分噪聲,并省電。
骨折病人一般用石膏繃帶固定,但石膏有重量大、強度低、透氣性差等缺點,國內(nèi)外研究人員致力于更理想的矯形材料的研究,其中用聚氯酯材料制作的繃帶既可避免潮濕而引起的并發(fā)癥,又具有石膏繃帶的特點,且較石膏繃帶更為堅固,其強度為石膏繃帶的20倍,能承受人體肌肉用力而變形的強度,繃帶各層間有很好的黏合性,長期繃扎不變形,耐磨損,材料相對密度小,有一定的透氣性,能透過皮膚所蒸發(fā)的水分,可以預(yù)防瘙癢、臭氣和皮膚細菌的感染,從而避免皮膚萎縮的發(fā)生,材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不怕水的浸泡和液體的侵蝕,不會燃燒,成型條件不苛刻,使用范圍、操作方法與石膏繃帶相似,不改變臨床傳統(tǒng)使用習(xí)慣,不需要任何特殊設(shè)備和儀器,操作簡便、使用衛(wèi)生、固化速度快、質(zhì)輕層簿、堅而韌,不易使傷口發(fā)炎,具有透氣性好、剛度強、耐水浸、透X光的特點,在創(chuàng)傷骨科治療和矯形治療中,可用作固定材料,其綜合性能明顯優(yōu)于石膏繃帶。
TPU材質(zhì)因其透氣、高彈性、高生物相容性成為了人體組織最佳的替代品。以后隨著醫(yī)學(xué)進步,TPU還會在醫(yī)療衛(wèi)生方面大有發(fā)揮。
7、TPU膠黏劑
TPU膠黏劑屬于聚氨酯膠黏劑的一種?,F(xiàn)在普遍用于尼龍、滌綸及PU織物和皮革的表面處理,具有耐化學(xué)品、抗紫外線、耐水解、低溫柔韌性好、彎曲疲勞性能良好等特點。
TPU膠粘粘劑具備優(yōu)異的橡膠特性,能適應(yīng)不同熱膨脹系數(shù)基材的粘合,它在基材之間形成具有軟-硬過渡層,不僅粘接力強,同時還具有優(yōu)異的緩沖、減震功能。
TPU膠粘劑的低溫和超低溫性能超過所有其他類型的膠粘劑。TPU膠黏劑根據(jù)用途不同,可分為汽車用聚氨酯膠粘劑、木材用聚氨酯膠粘劑、鞋用聚氨酯膠粘劑、包裝用聚氨酯膠粘劑、建筑用聚氨酯膠粘劑、油墨用聚氨酯粘接劑和書籍裝訂用聚氨酯膠粘劑等,在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。
TPU膠黏劑也可以顏料和溶劑混合配制成清漆和油墨,可以噴涂到不同基體上。
水性聚氨酯膠粘劑具有低揮發(fā)性有機化合物含量、低或無環(huán)境污染、不燃等特點,是聚氨酯膠粘劑的重點發(fā)展方向。
8、電纜電線
耐高低溫是電纜性能的關(guān)鍵,因此TPU被用來做高等電纜的被覆材料。超高的硬度、低溫柔韌性、耐磨性、耐環(huán)境和耐氣候性,這些優(yōu)良的機械和物理性能延長了線纜的耐久力和使用壽命。
特殊地形用的電纜、光纜、地震電纜、飛機電纜的保護套一般都是TPU材料,由于其電阻率大于1012Ω·cm,同時具有耐磨、耐水解、耐氣候、耐曲撓、高硬度等優(yōu)點。TPU材料絕緣性好,而且對電線的保護性好,使用安全,不易引起火災(zāi)事故。
9、TPU在紡織工業(yè)上的應(yīng)用
工業(yè)上主要采用熔融法紡氨綸。氨綸的優(yōu)異性能:突出的高回彈性,氨綸的高回彈性是目前所有彈性纖維都無法比擬的,它的斷裂伸長率大于400%,最高可達800%,即使在300%拉伸形變時,回彈回復(fù)率仍在95%以上;優(yōu)異的抗張強度、抗撕裂強度;耐氣候、耐紫外線照射能力強;耐化學(xué)品、耐洗滌;與染料的親和性好。
氨綸已被廣泛應(yīng)用于紡織品中,是一種高附加值的新型紡織材料。
氨綸一般不單獨使用,而是少量地摻入織物中,其使用形式主要有四種:裸絲、包芯紗、包覆紗、合捻線。如絲襪、泳衣、舞蹈衣、萊卡(純棉包覆氨綸絲)、服裝等,在傳統(tǒng)紡織品中,只需加入不到10%數(shù)量的氨綸,就可以使傳統(tǒng)織物的檔次大為提高,顯示出柔軟、舒適、美觀、高雅的風(fēng)格。
比如近年來在時裝圈風(fēng)靡的萊卡面料。萊卡是全球最大的綜合纖維和聚合物公司英威達的一個商品名,英威達在氨綸領(lǐng)域中占據(jù)市場壟斷地位,萊卡幾乎是所有氨綸紗的代名詞。它完全取代了傳統(tǒng)的彈性橡筋線,在體操服、游泳衣這些具有特殊要求的服裝中,萊卡幾乎成為必不可少的組成元素。
它可以讓人們曲線畢露,肢體伸展自如而毫無壓迫感。萊卡不僅在日常服裝中用途廣泛,也是時裝設(shè)計師制造流行的萬花筒中的寵物。萊卡因此曾被欣喜不已的人們稱為神奇的纖維。
設(shè)計師在談到自己的作品時,喜歡說,用了一點萊卡。也許,不僅是用了萊卡的服裝相當時髦,這個詞本身就帶有強烈的時髦色彩。
隨著人們對織物提出新的要求,如重量輕、穿著舒適合身、質(zhì)地柔軟等,低纖度氨綸織物在合成纖維織物中所占的比例也越來越大。也有用氨綸裸體絲和氨綸與其它纖維合并加捻而成的加捻絲,主要用于各種經(jīng)編、緯編織物,機織物和彈性布等。
10、TPU航天業(yè)的應(yīng)用
我國用TPU為原料采用壓出方法制成的阻攔網(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)良特性。
在TPU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。例如尼龍的編織的豎帶,其拉伸強度為139.2MPa,用TPU制成的豎帶拉伸強度達到186.3MPa。因此,TPU網(wǎng)做阻攔網(wǎng)更有效果。用TPU制成的飛機薄壁油箱工藝簡單,壁薄,重量輕,是由壽命長。
TPU又具有高的抗輻射性,適用于制作宇宙飛行人員X射線和原子能工作人員的保護衣。隨著航空事業(yè)不斷發(fā)展,對飛機維護技術(shù)的需求也相應(yīng)增加,要求也會越來越嚴格,TPU材料的優(yōu)異性能,會使它具有更多的利用價值。
11、TPU在其他行業(yè)的應(yīng)用
TPU材料在冰箱制造、交通運輸、土木建筑、機電、石油化工、礦山機械等行業(yè)都有廣泛運用。它具有其它塑料材料所無法比擬的強度高、韌性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐氣候等特性,同時具有高防水性、透濕性、防風(fēng)、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外線以及能量釋放等許多獨特的功能,能制作成各種零部件、機器外保護殼。TPU也能替代其他任何PU塑料盒PVC塑料的。