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热塑性聚氨酯弹性体技术与市场发展近况

文章来源:TPE厂家人气:2067发表时间:2016-03-21 14:27:24

一、概述

热塑性弹性体(TPE)是一种介于橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料,具有橡胶和塑料的双重性和宽广的应用特性。目前TPE消费结构中,主要品种是苯乙烯类(TPS)、烯烃类(TPO)和聚氨酯类(TPU)。TPE消费量已达到220万t左右,我国已达到42万t左右,我国已成为TPE需求增长快的国家之一。

TPU(热塑性聚氨酯弹性体)是由异氰酸酯(固化剂)、聚醚(或聚酯)大分子多元醇(构成软段主链结构)与小分子多元醇(或胺)为扩链剂(构成硬段结构)为主要成分构成的嵌段共聚体。采用不同品种博彩评级排名大全固化剂、多元醇和扩链剂可合成出品种多样、性能各异、加工多种、用途广泛的各种TPU制品。TPU可制成高模量的特种塑料,也可制成高弹性的橡胶,可制成薄膜、也可制成纤维,这是目前TPE中能做到的一个品种。

TPU具有高强度、高弹性、高耐磨性和高屈挠性等优良机械性能,又具有耐油、耐溶剂和耐一般化学品的性能。由此决定了TPU具有多用途的特性。

近年来在范围内掀起了一股TPU热,其中引为注目的事件:

(1)美国路博润(LUBRIZOL)公司收购美国诺誉(NOVEN)公司。诺誉是知名的TPU制造商,尤其在TPU高档产品如:医疗、薄膜、氨纶和特种管材等方面,在占有10亿美元TPU潜在市场优势。路博润公司以18.4亿美元收购诺誉后,在美国股市引起强烈反应,美国华尔街对此成功收购给予了很高评价,收购后路博润股票一路攀升从25美元飞涨到64美元。

(2)德国拜耳(Bayer)公司收购台湾优得公司

台湾优得(Ure-Tech Co.)公司是中国台湾知名的TPU制造商,在中国大陆占有较大的TPU市场份额。2005年台湾优得TPU产品销售额为0.55亿美元。德国Bayer是知名的聚氨酯博彩评级排名大全和产品大型跨国公司,其中TPU产品也是该公司强项,2005年BayerTPU产品销售额为1.92亿欧元。Bayer并购优得后,在亚太地区TPU市场将大大加强。

(3)国外跨国公司在大陆掀起TPU投资热

美国诺誉已在上海松江建成了年产5000吨TPU生产线。(一期)主要用于生产TPU薄膜等高档产品,二期将扩大到1万t/a。

德国BASF在上海浦东已建成年产5000t生产线,主要用于提供国内生产熔纺氨纶用TPU切片。

(4)我国本土TPU掀起产能扩大热

烟台万华聚氨酯股份有限公司目前TPU产能已达到2万t/a,是目前国内大的TPU生产企业。河北保定已建成年产1万t/aTPU生产线。福建晋江已建成年产7000t/a生产线。江苏南通拟建万吨级TPU生产线。上海联景已扩产成6000t/a生产线。

台湾三晃、高鼎、日胜等台资企业,也纷纷在中国大陆扩建TPU生产线。目前国内TPU已形成大陆产品、台湾省产品、欧美产品三足鼎立的局面。

我国TPU的快速发展已成为TPE和PUE(聚氨酯弹性体)的一个亮点。2006年TPU消费量为26.5万t左右。其中美国6万t、西欧8万t、日本1.5万t、中国大陆11万t。中国大陆TPU消费量已接近消费量的一半。

2006年我国TPU主要消费领域:其中鞋材4.24万t、胶粘剂1.6万t、管材1.5万t、薄膜1万t、合成革0.78万t、熔纺氨纶0.4万t、工业用轮0.42万t、电缆0.36万t、其它0.5万t。目前中国大陆TPU产能已达到12万t/a,中国台湾TPU产能已达到4万t/a。中国已是TPU大制造和消费中心。

二、TPU主要应用领域

1、TPU鞋材:TPU鞋材占到目前国内TPU市场份额的40%左右。PU鞋材优点是:轻便、舒适、弹性好、品种变化多、加工方便、又可回收是PU鞋材的发展方向。包括运动鞋、登山鞋、滑雪鞋、高尔夫球鞋、野战鞋、溜冰鞋、鞋饰片、气垫、鞋底充气垫或充液垫,后跟底和鞋大底、透明鞋帮、标牌等。

我国鞋材制造商主要集中在广东、福建和浙江。广州、晋江、温州、成都是目前国内四大鞋都。

2、TPU管材:TPU管材占到目前国内TPU下游市场20%左右。其中TPU软管是主要产品形式。TPU软管具有弹性好、耐磨损、耐油、柔软、耐老化等性能。TPU软管根据其不同用途可做成低压软管和钢丝或纤维增强的高压软管。如输水管、输气管、输油管、空压管等,TPU软管可广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、石化设备、液压设备、气动设备、电缆护套、仪器仪表、食品设备、飞机、坦克等领域。

TPU管材也可做成多种用途和多种规格的棒材。

3、TPU薄膜:TPU薄膜具有其它塑料和橡胶无法比拟的高强度、高韧性、耐磨、耐油、耐寒、耐老化、环保无毒、可降解等优良特性;又具有防水透湿、防风、防寒、抗菌、抗紫外线等优异性能,可应用在众多工业和民用领域。是一种绿色薄膜,是取代PVC薄膜的理想替代品。

表(一)TPU薄膜与其它聚合物材料性能比较


由表(一)可知:TPU薄膜综合性能,明显优于一般通用塑料和橡胶制作的薄膜。    

主要应用领域:

(1)鞋材:TPU薄膜与多种面料复合,做成具有防水透气功能的鞋面面料,也可做成装饰面料。此种薄膜一般采用流涎设备制造。

(2)服装:TPU薄膜与多种面料复合,可做成具有高弹性、高强度、又有防水透湿功能的多种复合面料。广泛应用于做休闲服、防晒服、内衣、雨衣、风衣、T恤、运动服等面料。TPU薄膜与涤纶、针织布复合,可做成具有抗病毒、透湿、抑菌、柔软功能的生物防护服,在医院具有广泛的应用价值。此种薄膜一般也采用流涎法制造。

(3)工业领域:TPU薄膜用于防火、隔热、隔音材料。装璜包装、食品包装;椅套、气球广告等;防水贴条、压缩封垫、传动皮带、绝缘板等。

(4)夹层安全玻璃:TPU取代传统PVB作为安全玻璃的中间层,广泛应用于高层建筑玻璃幕墙和汽车用安全玻璃。

(5)其它:医疗输血袋,取代目前具有毒性的PVC输血袋。女人文胸吊带;银行芯片等。    

目前国内TPU薄膜市场年消费量1万t左右,高档用途TPU薄膜以进口为主。

4、TPU密封复合材料:TPU密封复合材料主要用途制作充气囊体。充气囊体已广泛用于国防军工和民用领域,此种材料是由TPU与纤维织物复合而成。该材料比普通橡胶和PVC具有无可比拟的抗拉强度。优良的机械性能如:抗撕裂强度、耐磨和耐低温屈挠性能。还具有良好的耐油、耐老化性能,是一种环保型材料。

表(二)TPU复合材料与其它橡胶复合材料性能比较


由表(二)可知:TPU密封复合材料综合性能明显优于其它橡胶

TPU密封复合材料的主要应用领域:(1)充气床垫和医疗褥疮床垫。(2)按摩椅囊体材料:该领域此种材料应用已遍及。(3)海上作业用橡皮船和充气艇囊体材料:该领域已逐步取代PVC和氯丁橡胶。(4)起重气囊材料:TPU材料的抗拉强度为橡胶材料的3倍左右;耐磨是橡胶的3-10倍,所以用此种材料做的起重气囊,可承受更高的重量和压力,具有很大的实用价值。(5)军用和民用飞艇囊体材料:选择高性能TPU组成的囊体材料,对飞艇的性能和生命力具有十分重要作用。

TPU密封复合材料还可做成防水、透湿面料服装,软体储运容器材料,工业防护服装和工业运输皮带等。

TPU密封复合材料,在国内一些领域已得到应用。在军用领域有较大的发展前途。

5、其它:(1)滚轮:包括工业用滚轮、电梯轮、家用滚轮、运动器材轮、医疗器材轮、玩具轮等(2)合成革:包括TPU鞋革、球革、太空革、服装革和箱包革等(3)工业用品:包括胶粘剂、密封件、装饰条、印刷丝网、编织筛板、传送带等(4)电缆:包括电力电缆、通讯电缆、海底和石油勘探电缆、护套、光导纤维内外护套等(5)商标、动物标签等。

三、TPU发展前景

1、TPU在我国汽车工业上应用

汽车工业是TPU未来重要发展领域。TPU可用于汽车车体中多种构件。利用TPU的减震性、韧性、耐磨性可制成轴衬、轴瓦、轴套、减震器和减震垫等。利用TPU的弹性、弯曲性、耐疲劳、耐油脂可制成管类和护套类,如输油管、电缆绝缘外套、传动皮带和薄壁油箱。利用其密封功能,抗切割性可制成垫圈、垫板、垫片和安全玻璃。利用其尺寸稳定、冲击强度高和良好的涂层特性,可制成保险杠、仪表板、门板和安全气囊。

目前TPU在我国汽车工业上应用,年消耗量1万t左右。我国到2010年汽车产量达到1000万辆,保有车达到5000万辆。到2010年我国汽车工业对TPU年需求量大致3-4万t。随

着汽车工业向轻量化、节能化、舒适化和安全化方向发展,TPU在汽车上作用将越来越大,应用前景越来越宽广。

2、TPU在轻纺工业上应用

TPU在轻纺工业上用途很广,除用作鞋材、合成革和TPU薄膜复合面料外,TPU切片用于制造氨纶化纤是一个重要应用领域。氨纶(莱卡)是一种弹性纤维,和棉、毛、腈纶、涤纶等混纺成纱线,可制成紧身衣、运动衣、内衣、毛衣、弹力裤料、袜类等弹性衣料,是目前国内外已流行的一种高档化纤材料。国际上制造氨纶工艺主要两种:干法和熔纺法,熔纺法比干法具有不含有毒溶剂,制造成本低等优势,是氨纶的未来发展方向。TPU切片是制造熔纺氨纶的基础博彩评级排名大全,目前国内TPU切片基本上由德国BASF公司垄断,价格昂贵,售价5万元/t。随着我国TPU技术不断发展和完善,TPU切片国产化必将得到实现。预计未来几年,我国TPU切片市场需求将达到5万t/a。据悉国内正在掀起一股TPU切片和熔纺氨纶投资热。(目前20D熔纺氨纶丝售价12万元/t)由此将推动我国纺织化纤工业的快速发展。

3、TPU在医疗器件行业上应用

TPU材料与人体组织有良好的生物相容性和血液相容性。(优良的抗凝血性能)以及TPU还具有以下特性和优势:(1)卓越的透明度(适于观察)(2)的抗霉性、抗真菌性及抗藻性(3)低萃取性(优于PVC)(4)无过敏反应(5)可进行射线、环氧乙烷及干热消毒。因此TPU已作为一种优良的医用材料。按其用途可做成:人工心脏瓣、人工肺、人工皮肤、心脏起博器、气管、插管、导液管、导尿管、介入导管、连通管、旋塞阀、抗穿刺薄膜、骨科矫形器、绷带、腹带等。目前国际上医疗级TPU售价10万元-20万元/t。TPU在医疗器件应用上前景十分广阔。

4、TPU在轮胎工业上应用

传统橡胶轮胎生产过程十分复杂,设备投资也大,生产过程又长。近来美国一家公司生产TPU轮胎完全取消了传统工艺,采用旋转注塑工艺,声称3分钟就可以生产一个新轮胎。若建100万个/a轮胎生产线投资需500万美元,比传统工艺投资节省,此种轮胎工艺生产效率大大提高,由此成本将会降低。此种工艺一旦技术成熟,实现了工业化生产,将是轮胎工业上一场革命。TPU还可用于制造翻新轮胎。

5、TPU新材料与新技术

近年来国内外对TPU共混技术的研究十分活跃,即在TPU中掺杂与之相容的廉价塑料,从而达到降低成本,改善特殊要求性能目的。也可将TPU作为一种弹性体聚合物改良剂,从而获得综合性能优良的共混物。

(1)TPU/PVC合金

TPU/PVC合金可明显提高PVC伸长率(可代替有毒性的DOP增塑剂)扩大了PVC应用领域。近来报导反应性共混技术制备TPU/PVC合金。首先将PVC溶解在制备TPU的博彩评级排名大全二元醇中,随后加入异氰酸酯进行原位聚合,形成TPU/PVC合金,性能优于一般的TPU/PVC共混合金。

(2)TPU/POM(聚甲醛)合金

TPU/POM合金,可明显改善POM缺口冲击强度,从而扩大了POM的应用领域。

(3)TPU/PC(聚碳酸酯)合金

TPU/PC共混合金可改善PC的韧性、应力开裂性、缺口敏感性、耐溶剂、耐化学品性;同时可降低PC的成型加工温度。扩大了PC的应用领域。

(4)TPU/ABS合金

采用TPU/ABS合金可改善ABS的冲击强度与耐磨性。美国DOW氐公司采用TPU/ABS合金用于汽车保险杠和纺机配件。

(5)TPU/PBT合金

TPU/PBT合金可明显改善PBT的拉伸屈服强度和缺口冲击强度。

(6)TPU/TPO合金

日本本田汽车公司已成功地开发成TPU/TPO合金材料,从而改善了TPO的耐磨和抗撕裂性能,已成功地用于汽车底板。

(7)IPN-TPU新技术

在TPU加工成型过程中加入某种反应性成分,在热塑成型之后,通过后熟化产生局部交联,形成TPU互穿网络聚合物(IPN-TPU)从而达到提高TPU某些特殊要求性能。

四、结论

1、正掀起一股TPU并购热和在中国大陆投资热。目前国内TPU已形成大陆产品、台湾省产品、欧美产品三足鼎立的局面。

2、国内TPU产能12万t/a左右,消费量11万t/a左右,中国大陆是TPU大的制造和消费中心。

3、国内TPU主要消费领域:鞋材、管材、胶粘剂、薄膜、工业滚轮、熔纺氨纶、合成革和电缆等。

4、汽车工业、轻纺工业(熔纺氨纶、TPU密封复合材料等)、医疗行业、轮胎工业是TPU未来生果发展方向。

5、TPU与塑料、橡胶和其它弹性体构成的合金,将是降低TPU成本、改善合金性能、扩大应用领域一条行之有效的技术途径,值得加强开发。

6、TPU合金原位聚合和互穿网络(IPN-TPU)新技术对提高TPU性能、扩大用途具有较大实用价值,值得探索研究。
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