怎样的TPU回弹性大

TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的回弹性与其分子结构、微观形态及配方设计密切相关。回弹性本质是材料在外力作用下变形后恢复原状的能力，通常与分子链的柔性、交联密度、相分离程度等因素相关。以下从材料结构、性能参数及应用选型角度，详细解析高回弹性 TPU 的关键特征及设计要点：

一、分子结构：柔性链段与软段的核心作用

1. 软段类型：聚醚型＞聚酯型＞聚己内酯型

聚醚软段（如 PTMG、PPG）：

结构优势：分子链中含有大量醚键（-O-），键能较低（C-O 键能 358kJ/mol），链段柔性高，玻璃化转变温度（Tg）低（PTMG 型 Tg≈-70℃），外力作用下易形变且恢复迅速。
回弹性数据：邵氏硬度 80A 的聚醚基 TPU，在 20% 应变下的回弹率可达 85% 以上（DIN 53512 测试），而同类硬度的聚酯基 TPU 回弹率约 70%。

聚酯软段（如 PBA、PEA）：

局限性：酯基（-COO-）极性强，分子间氢键作用强，链段运动阻力大，Tg 较高（如 PBA 型 Tg≈-30℃），回弹性相对较差。

聚己内酯软段（PCL）：

平衡特性：酯基与亚甲基（-CH₂-）比例优化，兼具一定柔性与耐候性，回弹率介于聚醚与聚酯之间（约 75%~80%）。

2. 软段分子量：中等分子量（2000~3000Da）最佳

分子量过低（＜2000Da）：软段链短，分子间缠结少，弹性网络稀疏，回弹时易发生永久形变。
分子量过高（＞3000Da）：熔体黏度增大，加工性下降，且分子链过度缠结会阻碍链段运动，回弹速度变慢。

二、微观形态：相分离程度与硬段分布

1. 硬段含量：20%~30% 时回弹性最佳

硬段（如 MDI、扩链剂）作用：通过氢键形成物理交联区（“硬段微区”），作为弹性网络的 “节点”。
含量影响：

硬段含量＜20%：物理交联点不足，弹性网络松散，形变后难以恢复；
硬段含量＞30%：硬段微区过度聚集，形成刚性结晶区，阻碍软段链段运动，回弹率下降（如硬段含量 40% 时，80A TPU 回弹率从 85% 降至 70%）。

2. 相分离程度：高度相分离提升回弹性

机理：硬段与软段的热力学不相容性导致相分离，形成 “硬段微区分散在软段基体中” 的海岛结构。相分离越完全，硬段微区作为弹性回复的 “锚点” 越稳定，软段基体的柔性越易发挥。
调控方法：

选用相容性差的硬段与软段（如 MDI+PTMG 体系相分离程度优于 TDI+PPG 体系）；
控制加工温度（如注塑成型时熔体温度 200~220℃，促进硬段微区均匀分散）。

三、性能参数：硬度、结晶度与回弹率的关联

1. 邵氏硬度：60A~85A 为高回弹区间

低硬度（＜60A）：软段占比过高，分子链间作用力弱，易发生塑性变形，回弹时残留形变较大；
高硬度（＞85A）：硬段含量增加，材料刚性增强，链段运动受阻，如邵氏硬度 95A 的 TPU 回弹率仅 60% 左右。

2. 结晶度：无定形软段为主

聚醚基 TPU：软段为无定形结构（PTMG 的结晶度＜10%），链段运动自由度高，回弹时无结晶区阻碍；
聚酯基 TPU：软段易结晶（如 PBA 的结晶度 30%~40%），结晶区限制链段运动，回弹率降低（同硬度下比聚醚基低 10%~15%）。

四、配方与工艺优化：提升回弹性的实用手段

1. 增塑剂与助剂添加

添加低分子量聚醚多元醇（如分子量 400~1000Da）：

作用：插入软段分子链间，降低玻璃化转变温度，提升链段柔性，回弹率可提高 5%~10%；
注意：添加量≤5%，过量会导致力学强度下降。

添加氢键破坏剂（如尿素衍生物）：

作用：削弱硬段间的氢键作用，使硬段微区更易解离与重组，加速回弹过程。

2. 加工工艺调控

注塑成型参数：

熔体温度：聚醚基 TPU 控制在 200~220℃（避免高温下软段氧化断链）；
冷却速率：快速冷却（如水冷）可抑制软段结晶，保持无定形结构，回弹率比缓慢冷却（空冷）高 8%~12%。

后处理工艺：

退火处理（60℃×24h）：消除加工内应力，使硬段微区分布更均匀，回弹稳定性提升。

五、高回弹性 TPU 的典型类型与应用

1. 聚醚基 TPU（高回弹首选）

型号示例：巴斯夫 Elastollan® C 80 A（邵氏硬度 80A，回弹率 85%）、路博润 Estane® 58217（回弹率 88%）。
应用场景：

运动鞋底（如篮球鞋缓震层，需快速回弹减少能量损耗）；
健身器材握把（高回弹提供舒适手感，减少长时间握持疲劳）。

2. 聚己内酯基 TPU（回弹与耐候性平衡）

型号示例：科思创 Desmopan® 6075 A（回弹率 78%，耐候性优于聚醚基）。
应用场景：

户外运动鞋底（兼顾回弹与抗紫外线老化）；
减震垫片（耐候性要求高的露天设备）。

3. 特殊改性 TPU（如微球发泡 TPU）

结构优势：通过物理发泡引入微米级气泡（直径 50~100μm），气泡弹性形变吸收能量，回弹率可达 90% 以上（如 Adidas Ultraboost 系列中底用 E-TPU）。

六、回弹性测试方法与选型参考

1. 标准测试方法

DIN 53512 落球回弹试验：钢球从一定高度落下，测量反弹高度与初始高度的比值（回弹率 = 反弹高度 / 初始高度 ×100%）。
压缩永久变形测试（ISO 815）：100℃×22h 压缩后，形变恢复率越高，回弹性越好（高回弹 TPU 的恢复率≥90%）。

2. 选型关键指标

应用场景	推荐 TPU 类型	关键参数（典型值）	回弹性表现
运动鞋底	聚醚基 TPU	邵氏硬度 75A~85A，回弹率≥85%	落地瞬间快速回弹，减少震感
减震缓冲件	聚醚基 TPU	邵氏硬度 60A~70A，回弹率≥80%	多次压缩后形变恢复能力强
高耐候回弹件	聚己内酯基 TPU	邵氏硬度 80A，回弹率≥75%	户外长期使用回弹稳定

总结

高回弹性 TPU 的核心特征是软段柔性高、硬段含量适中、相分离充分，其中聚醚基 TPU 因软段链段自由度高成为首选。设计时需控制软段分子量（2000~3000Da）、硬段含量（20%~30%），并通过加工工艺（如快速冷却）抑制结晶。实际应用中，可根据场景需求（如耐候性、耐磨性）选择聚醚基、聚己内酯基或改性 TPU，通过落球回弹试验（DIN 53512）等方法验证性能，确保回弹率满足使用要求（一般≥80% 为高回弹级别）。