TPU車衣基膜全面解析

TPU(Thermoplastic polyurethanes)名稱為熱塑性聚氨酯彈性體，是介于橡膠和塑料的一類高分子材料。早由德國拜耳公司于1958年研制成功。美國Goodrich化學(xué)公司（現(xiàn)在更名為路博潤）在1958年首次登記了TPU商品牌號Estane。

TPU具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，加熱可以塑化，冷卻可以固化定型。TPU既有橡膠材料的高彈性，又有工程塑料的高強度，具有高強度、高韌性、高彈性、高模量，以及耐化學(xué)腐蝕、耐磨、耐油、減震能力強等優(yōu)異的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于鞋材、電纜、薄膜、管材、汽車、醫(yī)療等行業(yè)。

從TPU市場需求領(lǐng)域來看，目前，鞋材占比大，接近整個TPU市場需求量的30%。其次是機械行業(yè)，約占28%左右，而管材、汽車、建筑領(lǐng)域各占據(jù)10%左右。

△TPU需求領(lǐng)域

  - TPU基膜在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 -  

TPU薄膜是TPU材料的一種重要應(yīng)用形式。TPU薄膜是在TPU顆粒料的基礎(chǔ)上，經(jīng)壓延、流延、吹膜、涂覆等特殊工藝制成的薄膜。由于TPU薄膜具有高透濕、透氣性、耐寒、抗熱、耐磨、高張力、高拉力、高負載支撐力的特點，其應(yīng)用非常廣泛，日常生活中的方方面面都可以發(fā)現(xiàn)TPU薄膜的身影，比如包裝材料、塑料帳篷、水囊氣囊、箱包復(fù)合布等，都會用到TPU薄膜。

目前，TPU薄膜應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，受關(guān)注的非TPU隱形車衣莫屬。

從結(jié)構(gòu)上來講，TPU隱形車衣主要由功能涂層、TPU基膜、膠層復(fù)合而成。其中，TPU基膜作為隱形車衣的靈魂，品質(zhì)至關(guān)重要，在性能方面的要求極高。

△TPU車衣膜構(gòu)成

  - 深度解析車衣膜常見問題 -  

黃變和水解是目前PPF市場上出現(xiàn)多的兩個問題，傷害到了終端消費者的利益。這說明TPU基膜在應(yīng)用過程中還存在一些問題，從生產(chǎn)層面來講，無論是基膜的選型還是基膜與涂布配合，都有一些混亂以及改進空間。

黃變問題

正常的TPU基膜使用一段時間后是不會發(fā)黃的，是肉眼不易察覺出色差。但如果出現(xiàn)下圖所示的發(fā)黃現(xiàn)象，變色非常明顯，肉眼可見，那可能有以下幾種原因：

1.PVC基膜冒充TPU基膜

PVC是早期隱形車衣的常用材料。由于PVC基膜里面含有增塑劑和穩(wěn)定劑，這些化學(xué)試劑耐候性如果不好，長時間的暴曬會自動分解變色，導(dǎo)致整個薄膜黃變，但因為它的材料成本很低，因此市面上存在用PVC冒充TPU的車膜。終端消費者往往不會辨別，容易踩雷。

2.使用了芳香族TPU

從成分上講，TPU是一種由二異氰酸酯、擴鏈劑、多元醇組成的多相嵌段共聚物。

TPU根據(jù)二異氰酸酯的種類不同，主要分為耐黃性弱的芳香族TPU，和耐黃性強的脂肪族TPU。

從結(jié)構(gòu)上說，因為芳香族TPU兩個苯環(huán)間，有一個容易氧化的亞甲橋，在加工和使用過程中，會生成類醌結(jié)構(gòu)，而醌這種化合物是棕色的，所以受到熱氧化作用和紫外線照射容易發(fā)黃。所以如果是采用芳香族TPU，即便是添加了抗UV劑，長期的光線照射也會導(dǎo)致脫色黃變。

而脂肪族TPU不含苯環(huán)，所以結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，不容易受到紫外線的影響。所以國際主流品牌的車衣都使用脂肪族TPU作為車衣基材，以達到耐用、抗污、抗黃變的目的。脂肪族TPU成本比芳香族TPU高，這也是市面上TPU材質(zhì)的隱形車衣價格差別比較大的原因之一。

3.脂肪族TPU型號不對

是不是只要使用脂肪族TPU，就可以避坑？實際操作中要仔細分析。TPU在合成過程中存在一些低分子量雜質(zhì)和穩(wěn)定劑，如果控制不好這些微量物質(zhì)，也會引起TPU基膜的黃變。

另外，選用的脂肪族TPU基膜型號不對還會導(dǎo)致膜開裂，后面我們會具體分析。

所以，TPU基膜在車衣上的選用一定要非常小心，經(jīng)過長久實測后才能夠上車使用，否則后果很難控制。

水解問題

隱形車衣保護膜的作用是能完全隔絕酸雨、沙石、鳥糞、紫外線等對漆面的持續(xù)損傷；同時它的高耐磨性能抵御輕度的劃傷、碰擦與持久磨損；與打蠟、封釉、鍍晶等相比優(yōu)勢是對車漆的保護更周全，一次施工，終身受益。但是為什么一些車衣使用了脂肪族的TPU作為基膜，仍然開裂呢？

前面提到，除二異氰酸酯外，TPU另外一個重要組成成分是多元醇。根據(jù)多元醇種類的不同，TPU可以分為聚酯型、聚醚型、聚己內(nèi)酯型和聚碳酸酯型。

?聚酯型?

合成過程：RCO-OH+H-OR′ ? RCOOR′+H2O

水解：RCOOR′+H2O → RCO-OH+H-OR′ 

聚酯型TPU材料易發(fā)生水解。由聚酯的合成過程方程式可以看出，酸和醇發(fā)生縮水反應(yīng)生成酯，聚酯由此而來。但這個反應(yīng)是可逆的，聚酯在酸或堿的作用下會發(fā)生水解（第二個方程式），從而導(dǎo)致聚酯型TPU降解，降解到一定程度很容易斷裂，如下圖的兩個樣條。

?聚醚型?

R-CH2-O-R' → R-CO-OH+R'-CO-H

聚醚型TPU不易水解，但是它會發(fā)生熱氧降解。張慧娟等人在《熱塑性聚氨酯光熱老化及抗老化的研究進展》這篇文章里提到，當(dāng)分子鏈軟段結(jié)構(gòu)為聚醚型鏈段時，因醚鍵內(nèi)聚能較低，在熱氧條件下分子鏈容易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致降解。而隱形車衣的工作環(huán)境比較極端，既有高溫高濕酸雨考驗，同時還有日照紫外線炙烤，在這種復(fù)雜環(huán)境下，容易熱氧降解的聚醚型TPU也扛不住。

?聚己內(nèi)酯型?

介于聚酯和聚醚之間，綜合性能較好

研究員在《基于聚己內(nèi)酯型的聚氨酯彈性體性能研究》中進行耐高溫、耐水解實驗結(jié)果顯示：聚己內(nèi)酯型預(yù)聚體制備的彈性體產(chǎn)品具有較好的耐高溫、耐水解性能。聚己內(nèi)酯型TPU比聚醚型和聚酯型TPU擁有更加平衡的性能，一方面它能表現(xiàn)出普通聚酯型TPU的優(yōu)良抗撕裂，同時又表現(xiàn)出聚醚型TPU突出的壓縮永久變形和回彈性能，因而在市場中得到了廣泛的應(yīng)用。

耐候性

為了進一步比較聚酯型，聚醚型，聚己內(nèi)酯型TPU的耐候性能（這里比較的三種TPU都是脂肪族TPU），下圖列出了使用模擬日照的超級氙燈加速老化后的拉伸數(shù)據(jù)，圖中柱狀越高，說明材料的耐候性能越好。1.聚己內(nèi)酯型TPU經(jīng)過多日的輻照后仍能保持一定的物性，說明它的耐候性為理想。

2.聚酯型TPU耐輻照的能力比較差，后殘留物性比較低。

3.耐輻照表現(xiàn)差的是聚醚型脂肪族TPU，樣條已經(jīng)開裂，不能繼續(xù)測試

因此，隱形車衣一定要選擇聚己內(nèi)酯型脂肪族TPU基膜。

聚己內(nèi)酯型TPU物性比較

那么是不是所有的聚己內(nèi)酯型的脂肪族TPU都適合做隱形車衣的基膜呢？答案是否定的。

不同廠家不同型號的聚己內(nèi)酯型脂肪族存在一定區(qū)別，實力不夠的工廠生產(chǎn)的TPU粒子制成基膜再到隱形車衣，仍然有黃變和開裂的風(fēng)險。

比較了不同廠家紫外老化的結(jié)果，從中可以發(fā)現(xiàn)，使用路博潤車衣料制作的薄膜經(jīng)受住了輻照考驗，樣品A和樣品B都發(fā)生了一定脆性變化，樣品A產(chǎn)生氣孔，而樣品B則發(fā)生開裂。這說明如果不進行聚己內(nèi)酯TPU的耐候比較測試，識別出車衣的專用牌號，仍然會有較大使用風(fēng)險。

△聚己內(nèi)酯型TPU物性比較

另外，凱陽采用路博潤Estane®TPU制成的SMM301基膜已被證明在抗撕裂強度、抗霧霾和耐黃變方面都優(yōu)于其他材料。

與其他TPU產(chǎn)品相比，路博潤的ESTANE® TPU在PPF領(lǐng)域擁有超過30年的應(yīng)用經(jīng)驗，憑借其一貫的可靠性贏得了廣泛的聲譽，并成為行業(yè)首選的TPU材料。

  - TPU基膜的生產(chǎn)工藝及創(chuàng)新應(yīng)用 -  

上游優(yōu)質(zhì)的TPU顆粒料是基礎(chǔ)，而下游TPU基膜的生產(chǎn)，在PPF產(chǎn)業(yè)鏈中也是極其重要的一

受技術(shù)水平等影響，國內(nèi)市場上優(yōu)質(zhì)TPU基膜難尋，凱陽新材作為國產(chǎn)TPU基膜開拓者，出產(chǎn)的TPU基膜在品質(zhì)和口碑上得到了廣大客戶的認可與支持。

TPU基膜通常采用流延法生產(chǎn)，所謂流延法，是通過擠出機把粒子融化后利用模具流延成片或者膜的一種工藝。由于TPU較難均勻塑化且薄膜具有彈性，所以對工藝控制精度要求非常高。尤其是脂肪族TPU，具有粘度高的特性，所以在流延過程中容易出現(xiàn)老膠和積渣等問題，會對薄膜質(zhì)量造成巨大負面影響。凱陽通過自主研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)計出全新的薄膜生產(chǎn)線，在TPU基膜生產(chǎn)中，上述問題已得到完美解決

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