What Is TPU Material? Properties, Types & Applications

Что такое термопластичный полиуретан (ТПУ)? Практическое руководство по термопластичным полиуретанам.

Если вы когда-либо задавались вопросом — что такое материал ТПУ — и почему одно свойство, похожее на резину, в области захвата большого пальца чехла для телефона так сильно отличается от другого, достаточно резинового элемента на бампере вашего автомобиля, то короткий ответ таков: ТПУ, или термопластичный полиуретан, занимает пока еще незаполненную нишу где-то посередине между резиной и пластиком. Он гнется как резина, но плавится и принимает новую форму, как пластик, и именно эта двойная жизнь делает его предпочтительным выбором для инженеров в самых разных отраслях промышленности, от медицинских трубок до лыжных ботинок.

Последнее обновление: май 2026 г. Проверено инженерной командой UDTECH.

Что такое материал TPU?

ТПУ, что является сокращением от термопластичный полиуретанЭто блок-сополимер, сочетающий в себе приятную на ощупь пластиковую текстуру и плотную, резиноподобную консистенцию. Он входит в более широкое семейство термопластичных эластомеров (или TPE-U по стандарту ISO 18064) и обладает так называемой двойной индивидуальностью благодаря чередующимся жестким и мягким звеньям в основной цепи. Жесткие сегменты (образованные в результате реакции диизоцианата с короткоцепочечным диолом, или мягким сегментом) обеспечивают прочность, а мягкий полиол — эластичность.

В отличие от обычных каучуков, которые при отверждении образуют прочные сшитые термореактивные полимеры, ТПУ является полностью термопластичным материалом, поэтому производители могут многократно его плавить, формовать и перерабатывать. Соотношение твердых и мягких сегментов может варьироваться, что позволяет получить очень широкий диапазон твердости — например, мягкий материал с твердостью по Шору 60А и высокой эластичностью, напоминающий мягкий ластик, или гораздо более жесткий материал с твердостью по Шору 75D, больше похожий на конструкционный пластик. Это означает, что один класс материалов может использоваться в самых разных областях, от медицинских изделий до промышленных колесиков.

Как производится ТПУ: химия и синтез

Термопластичный полиуретан (ТПУ) образуется в результате ступенчатой ​​полиприсоединительной реакции между тремя основными соединениями: диизоцианатом, длинноцепочечным полиолом и короткоцепочечным диолом, удлинителем цепи. В большинстве коммерческих составов ТПУ в качестве диизоцианата используется метилендифенилдиизоцианат (МДИ) для получения ароматического ТПУ, обладающего превосходными механическими свойствами и относительно низкой стоимостью. Гексаметилендиизоцианат (ГДИ) и изофорондиизоцианат (ИПДИ) используются реже для получения алифатического ТПУ, не желтеющего под воздействием УФ-излучения.

Существует два способа производства ТПУ. В одном из них, называемом одностадийным, все три исходных материала объединяются в нагретом реакторе или экструдере и полимеризуются очень быстро. В другом способе, называемом предполимерным, полиол сначала реагирует с диизоцианатом, образуя вязкий предполимер, а затем на втором этапе добавляется удлинитель цепи — этот метод позволяет разработчикам рецептур лучше контролировать конечную молекулярную массу.

Независимо от способа производства, в результате получается расплавленный материал, который затем охлаждается в воде и превращается в гранулы. Эти гранулы используются в качестве сырья для последующей экструзии, литья под давлением или производства нитей.

Именно эта уникальная блок-сополимерная структура ТПУ обуславливает его такое поведение. Домены жестких сегментов кристаллизуются, образуя твердые микрозоны, которые служат прочными физическими поперечными связями, соединяющими сетку. Между ними находятся макрогелевые сегменты, которые изгибают свои гибкие цепи и растягиваются под напряжением (рисунок 1). Если повысить температуру детали выше точки плавления жестких сегментов, физические поперечные связи исчезнут (точно такое же явление произойдет, если нагреть кусок вулканизированной резины), и деталь снова расплавится.

Виды ТПУ: полиэстер, полиэфир, поликапролактон и специальные марки.

Хотя ваш реферат может быть одинаковым, не все ТПУ одинаковы. Каждый твердый или мягкий ТПУ имеет одинаковый химический состав, но полиол контролирует три основные коммерческие группы. Четвертая группа — специальные марки — включает в себя все остальное.

Какие основные типы ТПУ существуют?

В основе коммерческого ТПУ лежат три основных класса — полиэфир, полиэфир и поликапролактон — каждый из которых связан с различной полиольной основой. Различие между ароматическими и алифатическими компонентами относится к диизоцианату, а не к полиолу, поэтому любой из трех классов может существовать как в ароматической (менее дорогой, может пожелтеть при воздействии внешних факторов), так и в алифатической (устойчивой к УФ-излучению, полупрозрачной, немного более дорогой) форме.

«При длительном воздействии температуры 80°C и высокой влажности полиуретан на основе полиэфира сохраняет свою механическую целостность гораздо дольше, чем полиэфир, но при контакте с маслом и химическими веществами полиэфир превосходит полиэфир. Выбор между ними редко сводится к тому, какой из них «лучше», а к тому, какой тип разрушения вы готовы допустить».

— Синтез технической документации по эластоллану BASF, диаграмма гидролиза и паспорт химической стойкости.

Основные свойства ТПУ

Привлекательность ТПУ обусловлена ​​набором свойств, которому не может сравниться ни один другой эластомер. Приведенные ниже цифры представляют собой типичные диапазоны для коммерческих марок; конкретные технические характеристики могут отличаться.

Какова температура стеклования ТПУ?

Температура стеклования (Tg) этих материалов чаще всего находится в диапазоне от −50°C до −20°C в зависимости от полиола и соотношения жестких сегментов. Полиэфирные марки часто находятся в нижней части этого диапазона, и именно они лучше всего подходят для использования в зимних условиях. После того, как температура стеклования опускается ниже Tg, ТПУ начинает вести себя скорее как стекловидный пластик, чем как резина — это важный фактор при выборе материалов для использования на открытом воздухе или в холодильных камерах.

Для инженеров решающим фактором почти всегда являются два свойства, и именно они в значительной степени обуславливают репутацию ТПУ как материала, долговечного при механических нагрузках. Во-первых, он обладает превосходной износостойкостью — ТПУ служит дольше, чем многие виды резины и конструкционных пластмасс, поэтому он популярен в роликовых колесах, покрытиях конвейерных лент и подошвах обуви. Во-вторых, устойчивость к химическому разрушению, вызванному маслами, смазками и алифатическими углеводородами, ставит его в число лучших эластомеров для автомобильных моторных отсеков и гидравлических систем управления, где многие другие совместимые эластомеры разбухнут и выйдут за пределы своих возможностей применения.

Применение ТПУ в различных отраслях промышленности

Благодаря широкому распространению TPU на рынках различных отраслей, вполне вероятно, что вы съели его кусочек за последние 24 часа — даже если вы этого не осознавали.

Одно из неожиданных свойств ТПУ, которое, возможно, никогда не будет отражено в технических характеристиках, заключается в том, что велосипедные камеры из ТПУ никогда не лопаются, как резиновые. Пользователи велофорумов неоднократно отмечают, что камеры из ТПУ теряют давление через канавки или крошечные отверстия, давая велосипедистам время среагировать, а не мгновенно получить прокол. Это свойство материала сохраняет свои свойства в эластичном состоянии под воздействием длительной нагрузки — именно такая информация отличает техническое задание на материал от решения о закупке.

Технология производства ТПУ: экструзия, литье под давлением и 3D-печать.

Гранулы ТПУ изготавливаются в виде деталей с помощью трех основных технологических процессов, каждый из которых требует различных условий подготовки, и самая распространенная ошибка новичков в каждом случае одна и та же: пренебрежение обеспечением отсутствия остаточной влаги в материале.

Каковы типичные температуры печати для ТПУ?

В 3D-принтерах, использующих технологию послойного наплавления (Fused Deposition Modeling), нить из термопластичного полиуретана (TPU) экструдируется при обычной температуре сопла от 200°C до 230°C, при этом нагреваемая платформа имеет температуру 40–60°C, а скорость подачи составляет 20–40 мм/с. Более высокие скорости приводят к образованию нитей, неточностям в размерах и деформации нити, поскольку материал становится слишком эластичным для правильной укладки. По этой причине экструдеры с прямым приводом справляются с TPU гораздо лучше, чем экструдеры с системой Боудена.

Помимо правила высыхания, три пути обработки расходятся:

• ✔
  Экструзия используется для производства пленок, трубок, профилей и оболочек кабелей — одношнековый экструзионный станок с соотношением длины к диаметру (L/D) 25–30, температурой расплава 180–220°C, толщиной подложки из расплава ~2–3 мм. Специализированная технология. Экструдер ТПУ В этой установке температура ниже, чем в линии по производству полиолефинов, поскольку ТПУ чувствителен к сдвиговым нагрузкам.
• ✔
  При литье под давлением температура цилиндра достигает 195–235 °C, а температура пресс-формы — 20–50 °C; цикл литья занимает больше времени, чем при литье жестких материалов. пластик из-за более медленной кристаллизации. Для мягких сортов (<80A) требуется уклон ≥1.5° с каждой стороны, чтобы предотвратить прилипание при выдавливании.
• ✔
  В 3D-печати (FDM и SLS) используется сопло с температурой 200–230°C, платформа с температурой 40–60°C и скорость печати 20–40 мм/с для FDM. Совместимые с SLS порошки TPU позволяют создавать геометрические формы, недоступные при литье под давлением.

TPU против TPE, PVC, силикона и ABS: как выбрать

В большинстве случаев вопросы оценки сводятся к тому, следует ли вообще использовать ТПУ, или же конкурирующий гибкий пластик может обеспечить требуемые характеристики при меньших затратах или с более высокими показателями по одной из доступных осей.

Чем отличается материал TPU от силикона?

Оба материала могут использоваться для создания эластичного, гибкого интерфейса. ТПУ — это термопластичный полиуретан, представляющий собой расплавленную и повторно сформированную смолу. Силикон — это термореактивный эластомер, отверждаемый теплом или влагой. Термопластичный полиуретан обладает более высокой прочностью на разрыв, износостойкостью и может быть переработан; последний имеет гораздо лучшую высокотемпературную стабильность (непрерывно до 200°C+) и гораздо лучшую долговременную биосовместимость для имплантатов в организме. Чехлы для телефонов, амортизирующие, из ТПУ. Духовые перчатки, высокотемпературные, из силикона.

Недостатки, вопросы безопасности и токсичности.

Хотя ТПУ широко считается одним из наиболее безопасных гибких пластиков, у него есть присущие ему ограничения, о которых должен знать каждый пользователь, рассматривающий возможность его использования.

Содержит ли ТПУ ПФАС?

Он изготовлен из диизоцианата, полиола и удлинителя цепи, которые не являются перфторалкильными веществами, поэтому сам по себе не содержит ПФАС. Некоторые защитные пленки для лакокрасочного покрытия на основе ТПУ (полиуретана) для использования в автомобильной промышленности имеют тонкое фторполимерное верхнее покрытие для защиты от пятен, и это верхнее покрытие может оказаться в центре ужесточения правил, касающихся ПФАС, как в Соединенных Штатах, так и в Европе. Если ваш проект требует сертификации на отсутствие ПФАС, убедитесь, что получено письменное заявление обо всех покрытиях и добавках, а не только о марке ТПУ-смолы.

Что касается безопасности, сам ТПУ нетоксичн, не содержит бисфенола-А и фталатов, поэтому он уже заменяет гибкий ПВХ во многих носимых устройствах и изделиях, контактирующих с кожей. Медицинский ТПУ прошел испытания на цитотоксичность по стандарту ISO 10993-5, а его свойства, позволяющие контактировать с пищевыми продуктами, соответствуют требованиям FDA 21 CFR 177.2600, однако сертификаты выдаются для конкретных партий смолы, а не для «ТПУ» в целом. Всегда запрашивайте сертификат именно для вашей партии.

Цены, поставщики и закупки ТПУ

В большинстве онлайн-руководств по TPU вопрос ценообразования практически отсутствует. Публичные прейскуранты цен встречаются редко, поскольку цены на смолу зависят от объема производства, региона и оборота сырья (масла и изоцианатов).

Указанные цены отражают рыночную ситуацию за первый квартал 2026 года и колеблются в зависимости от цен на сырье MDI и фьючерсы на нефть. Используйте указанные выше диапазоны цен для ориентировки, а не для составления котировок. Для получения информации о текущих рыночных условиях по вашему конкретному сорту и объемам обратитесь к своему поставщику.

Рыночная доля сосредоточена среди пяти крупнейших поставщиков в мировом объеме продукции инженерного и специализированного назначения:

• BASF – линейка продукции Elastollan, включая полный ассортимент полиэфирных, полиэфирных и специальных полиэфирных материалов.
• Covestro – линейка Desmopan, особенно популярная в автомобильной и электронной промышленности.
• Lubrizol — Pellethane®, Estane® и Tecothane® для медицинского ТПУ
• Huntsman — линейки продукции Avalon® и Krystalflex®
• Wanhua Chemical – линейка продукции Wanthane, значительные объемы поставок из Китая.

Для покупателей небольших объемов региональные производители компаундов (такие как дистрибьюторы вышеупомянутых брендов, Ravago, Plastic Materials Inc.) часто предлагают более выгодные условия при закупке малых партий.

Перспективы развития отрасли: тенденции рынка ТПУ в 2025–2026 годах

В перспективе, при выборе ТПУ сегодня, в течение следующих двух лет на его состав и доступность будут влиять три тенденции — учитывайте их, иначе рискуете закрепить за собой состав, который вскоре перестанет соответствовать вашим потребностям.

Тренд 1 – Широкое внедрение биополиэфирных полиолов в биоразлагаемый ТПУ. Крупные бренды спортивной одежды (Adidas, Asics и др.) добились значительных успехов в корпоративных обязательствах по использованию биополиолов (в основном, в подошвах), поэтому следует ожидать, что био-ТПУ перейдет из категории «премиум-класса» в категорию «премиум-класса с добавленной стоимостью» в течение трех лет.

Тренд 2 – Алифатические ТПУ набирают долю в прозрачных изделиях. Оптические пленки, защитные пленки для экранов и другие материалы, предназначенные для потребителей, переходят на алифатические изоцианаты, поскольку потребители не готовы мириться с пожелтением через год. Ароматические ТПУ останутся в промышленном применении, но прозрачные детали, ориентированные на потребителя, переходят на их использование.

Тенденция 3 – Регулирование ПФАС влияет на изделия с покрытием. Законодательство штатов США в отношении ПФАС и новые требования регламента ЕС REACH влияют на фторполимерные верхние покрытия на некоторых изделиях, включая некоторые пленки PPF, изготовленные на основе ТПУ. Хорошая новость: базовая смола ТПУ по-прежнему соответствует требованиям; вопрос в том, потребуется ли переформулировка последующих покрытий.

Планируете ли вы начать производство изделий из ТПУ в 2026 году или позже? Если да, то с самого начала задайте своим поставщикам два ключевых вопроса: (1) Планируете ли вы использовать биоразлагаемую или частично биоразлагаемую рецептуру для этого сорта материала? и (2) Будут ли какие-либо детали, подвергающиеся постобработке, содержать ПФАС? Лучше спросить сейчас, чем потом перепроектировать деталь.

FAQ