一、TPU结构性能

TPU是聚氨酯类热塑性弹性体，是由二异氰酸酯、多元醇、扩链剂组成的多相嵌段共聚物。根据二异氰酸酯的种类不同，分为芳香族和脂肪族，两者的性能差异主要集中在耐黄变性上；根据软链段的不同，常见的TPU分为聚醚型和聚酯型。

TPU的分子链是（AB）n型嵌段线性结构，其中A为高分子量（1000-6000）的聚酯、聚醚、聚己内酯和聚碳酸酯等，较常见的为聚酯和聚醚，B一般是丁二醇，AB链段间化学结构则为二异氰酸酯。

聚醚型和聚酯型TPU分子链结构区别

TPU具有高模量、高强度、高伸长和高弹性、优良的耐磨、耐油、耐低温、耐老化性能。其中拉伸强度高、伸长率大，长期压缩永久变形率低等都是TPU的显著优点。

TPU的软段种类、分子量、硬段或软段含量以及TPU聚集态会影响TPU的密度，密度大约在1.10～1.25之间，与其他橡胶和塑料无显著差异。在同等硬度时聚醚型TPU密度比聚酯型TPU低。

二、TPU合成工艺

虽然TPU有很多分类，但从分子结构上来说，都是属于聚氨酯。按合成工艺的不同，主要分为本体聚合和溶液聚合。

生成氨酯基的反应

在本体聚合中，可按有无预反应分为预聚法和一步法：

• 预聚法是将二异氰酸酯与大分子二醇先行反应一定时间，再加入扩链生产TPU；
• 一步法是将大分子二醇、二异酸酯和扩链剂同时混合反应成TPU。

   

溶液聚合是将二异氰酸酯先溶于溶剂中，再加入大分子二醇令其反应一定时间，最后加入扩链剂生成TPU。

三、TPU鞋材加工工艺及应用

合成出来的TPU粒子需要进行各种各样的加工才能形成最终的制品，主要采用熔融法和溶液法进行TPU的加工。

熔融加工是用塑料工业常用的工艺：如混炼、压延、挤出、吹塑和模塑（包括注射、压缩、传递和离心等）；溶液加工是粒料溶于溶剂或直接在溶剂中聚合而制成溶液再进行涂覆、纺丝等，主要用于合成革/人造革、胶粘剂、涂料及溶液法浇注薄膜等。

1、鞋面：TPU纱线

TPU通过纺纱工艺可以开发出高弹力、抗菌、阻燃、吸汗等功能类型的TPU纱线。TPU纺纱工艺种类主要有普通纺纱、静电纺纱、气流纺纱、湿纺纱等，一般流程是将TPU改性、熔融后通过螺杆挤出，再经过牵伸、定型等工艺，最终制成纱线。

普通纺纱工艺流程

静电纺纱是一种新型的纺纱技术，利用静电纺纱机将TPU颗粒经过高压电场的作用，形成纤维并收集成纱线的过程。

与传统鞋面相比，TPU纱线鞋面具有更轻、更柔软、耐磨、可回收、透气等优点，因此在运动鞋领域得到广泛应用。除了纱线编织鞋面，TPU还可以做成合成革应用于鞋面、装饰片等。

2、鞋中底：ETPU

鞋中底是TPU运动鞋应用最热门也是最成熟的一个部件，常见的工艺是通过超临界釜式发泡工艺将TPU做成发泡颗粒，结合水蒸气或微波成型就得到 ETPU 鞋中底。

2.1 水蒸汽加热成型工艺

目前市场上一般都是用水蒸气加热进行二次发泡的成型工艺。首先是将ETPU粒子装入成型模具，利用水蒸气加热二次发泡，让相邻ETPU粒子彼此融合在一起，之后冷却即可。

2.2 微波加热成型工艺

微波加热成型工艺根据ETPU的热塑性，在成型工艺上运用微波加热。将ETPU粒子装入模具，放置在微波炉内，经过短时间（30秒左右）微波加热，让ETPU粒子部分熔融粘在一起，开模后即可得到产品。

将两种成型工艺进行简单对比，两种工艺制成的产品撕裂强度或者回弹等性能不会有很大不同，但微波工艺做成的成品密度稍有偏高，可对产品结构设计来减轻分量，如鞋底的镂空设计。

对于复杂形体的设计，微波工艺相比水蒸气工艺，更能复刻模具表面的纹理，能做出凹凸差较大的设计，加上相对平整的表面，更能满足鞋材的设计自由。相比传统的EVA中底，E-TPU鞋材具有优异的回弹性、极低的压缩永久形变、良好的穿着感。

ETPU中底，科思创

3、鞋大底：注塑TPU

TPU通过注塑成型可以得到鞋大底，具有耐磨、强度高等特点，除此之外，止滑效果如何也是评判TPU鞋大底性能的重要指标之一。

注塑成型工艺分成预塑、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。

TPU鞋大底，万华化学

四、生物基TPU厂商

生物基TPU是生物基材料大家庭的一员，相较于传统石化TPU，它是利用谷物、豆科、秸秆、竹木粉、玉米、木薯、小麦、等可再生物质为原料制造的，具有碳减排、原料可持续再生、绿色生产、资源节约等优势，常见方法是在聚合过程中引入生物基单体或中间体。

目前，开发生物基材料是鞋材领域一个热门的话题，推出鞋材应用的生物基TPU厂商有盛禧奥、科思创、万华化学、巴斯夫、路博润、亨斯迈、美瑞新材、大东树脂、Dongsung、华峰、台湾高鼎等等。

来源：艾邦弹性体网综合整理

原文始发于微信公众号（艾邦弹性体网）：​TPU材料介绍及鞋材应用