熱塑性聚氨酯常以顆粒形狀式出售，可以說(shuō)它是一種半成品，能用多重方法加工成型。TPU可以無(wú)需添加任何助劑而直接加工。加工方法可分為熔融加工和溶液加工兩大類。熔融加工是最主要的加工方式。根據(jù)制品的形狀、大小和粒料的加工特性，熱塑性聚氨酯彈性體可采用擠出成型、注射模具、壓延成型、吹塑薄膜等熔融加工方式來(lái)加工。注射模塑和擠出成型時(shí)TPU廣泛采用的加工方法。

一般來(lái)說(shuō)，在TPU硬鏈段氨基甲酸酯等基團(tuán)或鏈段之間形成的氫鍵，是物理交聯(lián)鍵，是TPU具有良好物理性能的主要因素之一。在加工加熱及剪切力作用下，這種物理交聯(lián)受到可逆性的破壞，TPU熔融可加工成各種形狀，冷卻后氫鍵形成，又形成物理性交聯(lián)。TPU的組成結(jié)構(gòu)及由此產(chǎn)生的硬度是工藝上控制溫度的重要參考因素。

5.4.3.1 預(yù)干燥處理及助劑配料

（1）干燥   聚氨酯是極性聚合物，當(dāng)其暴露在空氣中時(shí)會(huì)慢慢吸濕。

據(jù)報(bào)道，一種硬度為邵氏A80的TPU產(chǎn)品在相對(duì)濕度95%的壞境中10min后吸水量達(dá)0.12%，而平衡吸水率達(dá)1.2%；在相對(duì)濕度50%環(huán)境中平衡吸水率達(dá)0.5%。而吸濕的TPU粒料熔融加工成型，水在加工溫度氣化，使得制品表面不光滑，內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，物性降低。因此熱塑性聚氨酯彈性體必須貯存在密封的不吸濕的低溫環(huán)境中。如果TPU的吸水率超過(guò)0.1%，不僅影響其加工性能和制品外觀，而且制品的機(jī)械性能明顯降低。形同批次的TPU粒料吸水率為0.2%TPU成型后的拉伸強(qiáng)渡可能是吸水率0.01%粒料成型制品拉伸強(qiáng)度的1/4，而撕裂強(qiáng)度降低1/2，壓縮變定也增大。又如含水量0.033%的TPU制得的彈性體試片拉伸強(qiáng)渡、伸長(zhǎng)率、壓縮變定分別為40MPa、650%和30%,而含水量0.182%的TPU粒料制得的試片拉伸強(qiáng)渡、伸長(zhǎng)率及壓縮變定則分別為25MPa、550%和50%。若水分在0.5%或以上，生產(chǎn)出的制品呈豆渣狀開裂，不能成型。

為了保證制品的性能和防止熔融加工時(shí)水分氣化引起的氣泡，在TPU加工之前，一般需對(duì)粒料進(jìn)行干燥處理。例如可放在淺盤里，于100~110℃的鼓風(fēng)烘箱干燥1~4h，并經(jīng)常翻動(dòng)，不宜堆積太厚，以免影響干燥效果。適用于加工的TPU量多允許含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的水分，越低越好。在濕度大的壞境中操作時(shí)，若因發(fā)生故障，即使操作暫停僅一兩個(gè)小時(shí)，在密封性不好的料斗里已烘干燥的TPU粒料也會(huì)吸潮，繼續(xù)生產(chǎn)之前必須重新烘干。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，可采用料斗式干燥器。

從制造廠購(gòu)買的TPU膠粒水分若在0.1%以下，可直接用于注射成型加工，為了檢查TPU膠粒是否需要預(yù)干燥步驟，可取熱塑膠顆粒，在鐵板上熔化觀察是否產(chǎn)生氣泡來(lái)判定。

（2）助劑 一般TPU可不配合其它材料，直接注塑或擠塑成型。但有些TPU加工加入時(shí)加入某些配料可改善加工性能或物性。助劑功能品種有潤(rùn)滑劑、減磨劑、增塑劑、水解穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、阻燃劑、防霉劑及填料等。例如，為了改善TPU的耐光老化性能，TPU加工成型時(shí)可添加抗氧劑1010以及光穩(wěn)定劑UV-9，添加1%的炭黑可明顯提高TPU材料的耐老化性。

TPU擠出成型時(shí)添加潤(rùn)滑劑可降低剪切生熱、降低物料壓力，改善加工性能，如防止TPU熔融擠出時(shí)在口模附近的粘附，有利于流動(dòng)性的提高，并可以穩(wěn)定擠出的熔融物流。TPU加工時(shí)，其熔體流動(dòng)速度不僅受溫度的影響很大，而且受剪切速率的影響也很大，且二者的敏感性均很大。為此，TPU擠出時(shí)，溫度或轉(zhuǎn)速略有變動(dòng)就會(huì)嚴(yán)重影響料流造成擠管表現(xiàn)呈波紋狀。在純的TPU中添加1%~4%的潤(rùn)滑劑，有助于料流的穩(wěn)定擠出，有利于管材表面光潔度的提高。最佳的潤(rùn)滑劑是硬脂酸鋇、硬脂酸鋅等硬脂酸鹽或脂類。表5-17為添加潤(rùn)滑劑后，TPU的熔化指數(shù)（MI）的變化情況。表5-18為添加抗氧劑對(duì)TPU制品老化性能的影響。

表5-17   潤(rùn)滑劑用量對(duì)TPU熔融指數(shù)的影響

     表5-18   TPU中添加抗氧劑1010后的性能

又如，在TPU中添加0.4%的抗氧劑1010和1%的炭黑，初始拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和邵氏A硬度分別為50.8MPa417%和93，經(jīng)暴曬2個(gè)月后的物性數(shù)值分別為47.2MPa、413%和94.但不加抗氧劑和炭黑的TPU經(jīng)2個(gè)月暴曬后物性僅為14.5MPa、288%和95.

一種由PBA、MDI及BD制得的TPU，在加入1%粉狀四羥基苯乙烷四縮水甘油醚（環(huán)氧樹脂類水解穩(wěn)定劑）后注射成型，制得的TPU具有良好的耐水解性能，見表5-19.

    表5-19加入環(huán)氧類時(shí)間穩(wěn)定劑后TPU的耐水解性能

TPU制品的著色可添加色糊、濃色母粒料等，加入量為：色母料1%~4%，色糊0.5%~1%，顏料0.2%~0.5%。使用純顏料時(shí)需注意防止因混合不均勻而在制品中出現(xiàn)色點(diǎn)。

5.4.3.2 擠出成型

硬度在邵氏A92以下的TPU適合于用擠出機(jī)加工成型。異型件、軟管、電纜外套、薄膜等聚氨酯制品都可用擠出機(jī)連續(xù)生產(chǎn)。

擠出成型的工藝過(guò)程是：將干燥得TPU粒料由料斗加入擠出機(jī)的料筒，加熱后，由旋轉(zhuǎn)的螺桿傳送并熱塑化，從口模擠出，冷卻定型，整理修飾。

TPU的擠出成型中，選擇擠出機(jī)類型是很重要的，一般長(zhǎng)徑比在20~28的單螺桿擠出機(jī)較為適合，另外，壓縮段、均化段都較長(zhǎng)，均化段的槽深比一般塑料用螺桿錢一些，螺桿的壓縮比（進(jìn)料口面積與出料口面積之比）為2.5:1~3.5:1較為適宜。

TPU的擠出溫度與其物性有關(guān)。一般，硬度越大，擠出溫度越高。對(duì)一種特定牌號(hào)TPU，都有相應(yīng)的擠出加工溫度范圍。擠出機(jī)料筒的溫度通常分別為：送料段140~160℃，熔化段160~180℃，計(jì)量段180~190℃，機(jī)頭185~190℃，口模185~195℃。實(shí)際采用的溫度范圍較窄，溫度微小變化都會(huì)造成粘度急劇變化。溫度的控制是生產(chǎn)性優(yōu)良制品的關(guān)鍵，即使溫度有3~5℃的變動(dòng)，也會(huì)影響正常的生產(chǎn)。

粒料在加工之前需預(yù)熱，在加工中粒料溫度一般控制在170~180℃的范圍內(nèi)為好。設(shè)計(jì)TPU的最佳擠出溫度時(shí)，特別是對(duì)于高硬度材料來(lái)說(shuō)，溫度的變動(dòng)范圍應(yīng)盡可能窄。TPU的擠出壓力（模具人口部位的壓力）也是根據(jù)TPU的品種而定。

TPU擠出后，應(yīng)迅速冷卻定型。可直接導(dǎo)入水槽中冷卻，也可采用噴水或氣流方式冷卻。

采用擠出工藝可生產(chǎn)聚氨酯管材、片材、電纜護(hù)套、吹塑薄膜等，所用設(shè)備除擠出機(jī)外，還有后序設(shè)備，后者則視產(chǎn)品種類而不同。例如生產(chǎn)管材的設(shè)備有擠出機(jī)、機(jī)頭、口模、定型裝置、冷卻槽、牽引和切斷裝置等，口模應(yīng)采用高質(zhì)量鋼材制成，內(nèi)表面鍍鉻，尺寸比管材實(shí)際尺寸大20%~30%，以適應(yīng)熔融牽引工藝。生產(chǎn)TPU擠出片材或薄膜時(shí)，一般采用柔性唇口模，高粘性熔料經(jīng)水平擠扳口模擠出，空氣冷卻后的薄片在有溫控的輥上纏繞。吹塑薄膜可采用旋轉(zhuǎn)式吹塑薄膜可采用選轉(zhuǎn)式吹塑口模，熔料由壓縮空氣吹起薄膜，由空氣冷卻成型。生產(chǎn)電纜電線護(hù)套時(shí)熔融的物料經(jīng)導(dǎo)線口模與來(lái)自放線盤運(yùn)行的金屬電線接觸，包裹在電線外，導(dǎo)向管使導(dǎo)線在擠出的熔料中央，經(jīng)水槽冷卻后形成彈性護(hù)套?？刹捎脭D出機(jī)將TPU熔料貼合在基材上，這就是擠出熔涂。

5.4.3.3   注射成型

注射成型（注塑）是TPU的一種重要的加工手段，通過(guò)注塑工藝可生產(chǎn)由小于1g的精密部件至重達(dá)10kg的大型制品。用于加工熱塑料塑料的注塑機(jī)都可以用來(lái)加工TPU制品，一般可采用螺桿式或柱塞式注射加工。注射成型的基本工藝為：將干燥預(yù)熱的粒料加入注塑機(jī)的料筒中，經(jīng)加熱融化呈流動(dòng)態(tài)后，有柱塞或螺桿壓送至注射噴嘴，壓注入預(yù)熱的模具中，熱熔料充滿模腔后冷卻成型，脫模裝飾后即得到制品。注射工藝可采用單工位環(huán)形連續(xù)注射，也可采用自動(dòng)化水平很高的多工位盤式注射。還有雙注射頭的雙模注塑。

螺桿注塑機(jī)能以均勻的速度使粒料熔融和注射。TPU加工采用這類注射劑較好。一般螺桿注塑機(jī)都有五個(gè)溫區(qū)，由電熱絲分段加熱料道外壁，可使原料迅速到達(dá)熔融溫度。螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)使熔融的TPU充分混合，工藝上比較容易控制。往復(fù)式螺桿長(zhǎng)徑比為16~24，壓縮比以2.5/1~3.5/1范圍為宜。在熔料筒內(nèi)添置一分流棱，可使熔融的TPU在注射前進(jìn)一步混合均勻。

通常的注射成型溫度分別為：加料段130~150℃，塑化段140~180℃，計(jì)量段160~190℃，噴嘴170~190℃；模具的溫度則一般為20~60℃。同樣，加工溫度、壓力等參數(shù)的選擇取決于TPU的硬度、加熱區(qū)段的數(shù)量及設(shè)備規(guī)格，對(duì)于不同的硬度TPU，熔融溫度分別選擇為：邵氏A75~90（邵氏D28~40）180~210℃，邵氏A90~95（邵氏D40~52）190~225℃，邵氏A95以上（邵氏52以上）210~240℃。操作人員需根據(jù)生產(chǎn)出的制品外觀及時(shí)調(diào)整各區(qū)的溫度。

需要控制的壓力有熱塑化壓力和注射壓力。保持一定的熱塑化壓力是為了使熔體的溫度更均勻。由于TPU的熔融粘度較低，使物料充滿流道和模具的注射壓力較一般熱塑性塑料的低。注射壓力可控制在30~100MPa范圍。塑化壓力（背壓）高可保證塑化和熔料均勻，一般在0.3~2MPa之間。模具溫度一般控制在20~60℃，硬度高，結(jié)晶度高的制品模具溫度要高一些。

還必須控制充模時(shí)間和保壓時(shí)間，在生產(chǎn)中，一般沖模時(shí)間為2~3s，保壓時(shí)間為20~120s。冷卻時(shí)間主要取決于粒料的熱性能、結(jié)晶性和制件的厚度等因素。這些因素對(duì)制品的質(zhì)量和性能影響較大。TPU模塑周期一般在20~60s。螺桿轉(zhuǎn)速一般為20~80r/min。

5.4.3.4 模壓及壓延成型

模壓工藝比較簡(jiǎn)單，將粒料和配合料送到密煉機(jī)中混煉，經(jīng)壓片后，送到預(yù)熱的模具中，在1~7MPa的壓力下模壓1~5min,脫模冷卻即得制品。

壓延成型過(guò)程一般是：指將TPU熔料及配料送到預(yù)熱的密煉機(jī)中塑煉，再通過(guò)2個(gè)以上相向旋轉(zhuǎn)的輥筒間歇壓延成一定尺寸連續(xù)薄片，冷卻成型，再牽引出來(lái)卷取。一般包括兩個(gè)階段：前段是配料、塑煉和向壓延機(jī)供料，后段包括壓延、牽引、冷卻、卷取等。塑煉時(shí)TPU材料溫度一般在140~170℃（由于摩擦生熱，設(shè)備溫度無(wú)需這么高）

由于TPU熔料粘性大，一般需添加少量潤(rùn)滑劑等助劑

5.4.3.5   熔融加工工藝的其它問(wèn)題

（1）收縮率   TPU成型制品的收縮率與制品的形狀、厚度、加工注料時(shí)澆口受力方向、成型條件、熱塑性聚氨酯的軟段類型、硬度等級(jí)等因素有關(guān)。收縮率范圍一般為0.005~0.020cm/cm.樹脂硬度與制品收縮率大致上的關(guān)系見表5-20.制品收縮率的影響因素比較復(fù)雜。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)實(shí)測(cè)的類似形狀模具制品的收縮率進(jìn)行修正，把收縮率考慮在內(nèi)，以精確尺寸的制件。

       表5-20   TPU樹脂硬度與收縮率關(guān)系

(2)制件的退火處理 脫模后的TPU制品一般需進(jìn)行熱處理（退火），以消除制品中的內(nèi)應(yīng)力。一般在80~120℃烘箱或烘房中放置5~20h。如果未經(jīng)熱處理，在使用之前應(yīng)在高于20℃的壞境放置40天以上。經(jīng)過(guò)熱處理，可改善壓縮永久變形，提高拉伸強(qiáng)度。

（3）廢舊料的回收利用   與熱固性聚氨酯、澆注型聚氨酯不同，熱塑性聚氨酯廢舊料可與其它熱塑性塑料一樣可回收利用。注射劑、擠出機(jī)等流道內(nèi)的TPU殘料、零件廢品等可粉碎，再與新料混合用于制品生產(chǎn)。有些廢舊料可能被較長(zhǎng)時(shí)間遺棄，高溫性能會(huì)降低，如產(chǎn)生部分降解、發(fā)生交聯(lián)、泛黃等，就不宜再用于TPU制品生產(chǎn)?；厥绽玫膹U舊料需干燥。一般只能在性能要求不苛刻的制品生產(chǎn)中，在新料中添加10%~30%的干燥干凈的舊料?？蓪PU廢舊料加到其它熱塑性塑料如PVC、ABS中，以提高這些塑料的彈性和韌性。

5.4.3.6   溶液成型工藝

熱塑性聚氨酯彈性體除了可熔融加工外，某些產(chǎn)品在某些強(qiáng)極性溶劑中有較好的溶解性。當(dāng)有機(jī)溶劑揮發(fā)或除去后，TPU樹脂一般能結(jié)晶成型，因而可以采用溶液法加工成型，采用流延成膜、刷涂、噴涂和浸漬等工藝進(jìn)行加工。在加工中的主要控制參數(shù)一般包括:聚氨酯溶液的固含量、工作粘度，涂覆后干燥速率等。

用于溶解TPU粒料常用的溶劑有N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮、甲乙酮（MEK）乙酸乙酯、甲苯、四氫呋喃（THF）、環(huán)已酮等，為了獲得良好的溶解性、體系粘度和揮發(fā)速率，可采用混合溶劑。采用溶液法生產(chǎn)的TPU溶液可直接用于加工。TPU溶液主要用于合成革/人造革、膠黏劑、涂料及溶液法澆注薄膜等。

合成革及人造革用聚氨酯樹脂屬于熱塑性聚氨酯，一般采用溶液法生產(chǎn)，加入色料及其它助劑的聚氨酯溶液俗稱“聚氨酯漿料”，可采用多種加工方式，如干式轉(zhuǎn)移涂層法加工是指將聚氨酯漿料涂覆在離型紙上，溶劑發(fā)揮后將膠膜轉(zhuǎn)移輥貼到織物會(huì)革基布上而完成加工；濕法加工是指浸漬或涂覆有聚氨酯漿料的“基布”在凝固水浴中浸泡，是DMF與水充分交換，在革表層產(chǎn)生一層含微孔的聚氨酯樹脂層。

為了提高成品的耐熱及耐溶劑、耐水性能，可在聚氨酯溶液中加入少量多異氰酸酯交聯(lián)劑，得到的聚氨酯膜層為交聯(lián)型聚氨酯。此方法不適于PU革的濕法涂層工藝。