TPU车衣基膜全面解析

TPU(Thermoplastic polyurethanes)名称为热塑性聚氨酯弹性体，是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。最早由德国拜耳公司于1958年研制成功。美国Goodrich化学公司（现在更名为路博润）在1958年首次登记了TPU商品牌号Estane。

TPU具有优良的物理力学性能，加热可以塑化，冷却可以固化定型。TPU既有橡胶材料的高弹性，又有工程塑料的高强度，具有高强度、高韧性、高弹性、高模量，以及耐化学腐蚀、耐磨、耐油、减震能力强等优异的综合性能，被广泛应用于鞋材、电缆、薄膜、管材、汽车、医疗等行业。

从TPU市场需求领域来看，目前，鞋材占比最大，接近整个TPU市场需求量的30%。其次是机械行业，约占28%左右，而管材、汽车、建筑领域各占据10%左右。

△TPU需求领域

  - TPU基膜在汽车领域的应用 -  

TPU薄膜是TPU材料的一种重要应用形式。TPU薄膜是在TPU颗粒料的基础上，经压延、流延、吹膜、涂覆等特殊工艺制成的薄膜。由于TPU薄膜具有高透湿、透气性、耐寒、抗热、耐磨、高张力、高拉力、高负载支撑力的特点，其应用非常广泛，日常生活中的方方面面都可以发现TPU薄膜的身影，比如包装材料、塑料帐篷、水囊气囊、箱包复合布等，都会用到TPU薄膜。

目前，TPU薄膜应用在汽车领域，最受关注的非TPU隐形车衣莫属。

从结构上来讲，TPU隐形车衣主要由功能涂层、TPU基膜、胶层复合而成。其中，TPU基膜作为隐形车衣的灵魂，品质至关重要，在性能方面的要求极高。

△TPU车衣膜构成

  - 深度解析车衣膜常见问题 -  

黄变和水解是目前PPF市场上出现最多的两个问题，伤害到了终端消费者的利益。这说明TPU基膜在应用过程中还存在一些问题，从生产层面来讲，无论是基膜的选型还是基膜与涂布配合，都有一些混乱以及改进空间。

黄变问题

正常的TPU基膜使用一段时间后是不会发黄的，是肉眼不易察觉出色差。但如果出现下图所示的发黄现象，变色非常明显，肉眼可见，那可能有以下几种原因：

1.PVC基膜冒充TPU基膜

PVC是早期隐形车衣的常用材料。由于PVC基膜里面含有增塑剂和稳定剂，这些化学试剂耐候性如果不好，长时间的暴晒会自动分解变色，导致整个薄膜黄变，但因为它的材料成本很低，因此市面上存在用PVC冒充TPU的车膜。终端消费者往往不会辨别，容易踩雷。

2.使用了芳香族TPU

从成分上讲，TPU是一种由二异氰酸酯、扩链剂、多元醇组成的多相嵌段共聚物。

TPU根据二异氰酸酯的种类不同，主要分为耐黄性弱的芳香族TPU，和耐黄性强的脂肪族TPU。

从结构上说，因为芳香族TPU两个苯环间，有一个容易氧化的亚甲桥，在加工和使用过程中，会生成类醌结构，而醌这种化合物是棕色的，所以受到热氧化作用和紫外线照射容易发黄。所以如果是采用芳香族TPU，即便是添加了抗UV剂，长期的光线照射也会导致脱色黄变。

而脂肪族TPU不含苯环，所以结构更稳定，不容易受到紫外线的影响。所以国际主流品牌的车衣都使用脂肪族TPU作为车衣基材，以达到耐用、抗污、抗黄变的目的。脂肪族TPU成本比芳香族TPU高，这也是市面上TPU材质的隐形车衣价格差别比较大的原因之一。

3.脂肪族TPU型号不对

是不是只要使用脂肪族TPU，就可以避坑？实际操作中要仔细分析。TPU在合成过程中存在一些低分子量杂质和稳定剂，如果控制不好这些微量物质，也会引起TPU基膜的黄变。

另外，选用的脂肪族TPU基膜型号不对还会导致膜开裂，后面我们会具体分析。

所以，TPU基膜在车衣上的选用一定要非常小心，经过长久实测后才能够上车使用，否则后果很难控制。

水解问题

隐形车衣保护膜的作用是能完全隔绝酸雨、沙石、鸟粪、紫外线等对漆面的持续损伤；同时它的高耐磨性能抵御轻度的划伤、碰擦与持久磨损；与打蜡、封釉、镀晶等相比优势是对车漆的保护更周全，一次施工，终身受益。但是为什么一些车衣使用了脂肪族的TPU作为基膜，仍然开裂呢？

前面提到，除二异氰酸酯外，TPU另外一个重要组成成分是多元醇。根据多元醇种类的不同，TPU可以分为聚酯型、聚醚型、聚己内酯型和聚碳酸酯型。

►聚酯型◄

合成过程：RCO-OH+H-OR′ ↔ RCOOR′+H2O

水解：RCOOR′+H2O → RCO-OH+H-OR′ 

聚酯型TPU材料易发生水解。由聚酯的合成过程方程式可以看出，酸和醇发生缩水反应生成酯，聚酯由此而来。但这个反应是可逆的，聚酯在酸或碱的作用下会发生水解（第二个方程式），从而导致聚酯型TPU降解，降解到一定程度很容易断裂，如下图的两个样条。

►聚醚型◄

R-CH2-O-R' → R-CO-OH+R'-CO-H

聚醚型TPU不易水解，但是它会发生热氧降解。张慧娟等人在《热塑性聚氨酯光热老化及抗老化的研究进展》这篇文章里提到，当分子链软段结构为聚醚型链段时，因醚键内聚能较低，在热氧条件下分子链容易发生断裂，导致降解。而隐形车衣的工作环境比较极端，既有高温高湿酸雨考验，同时还有日照紫外线炙烤，在这种复杂环境下，容易热氧降解的聚醚型TPU也扛不住。

►聚己内酯型◄

介于聚酯和聚醚之间，综合性能较好

研究员在《基于聚己内酯型的聚氨酯弹性体性能研究》中进行耐高温、耐水解实验结果显示：聚己内酯型预聚体制备的弹性体产品具有较好的耐高温、耐水解性能。聚己内酯型TPU比聚醚型和聚酯型TPU拥有更加平衡的性能，一方面它能表现出普通聚酯型TPU的优良抗撕裂，同时又表现出聚醚型TPU突出的压缩永久变形和回弹性能，因而在市场中得到了广泛的应用。

耐候性

为了进一步比较聚酯型，聚醚型，聚己内酯型TPU的耐候性能（这里比较的三种TPU都是脂肪族TPU），下图列出了使用模拟日照的超级氙灯加速老化后的拉伸数据，图中柱状越高，说明材料的耐候性能越好。1.聚己内酯型TPU经过多日的辐照后仍能保持一定的物性，说明它的耐候性最为理想。

2.聚酯型TPU耐辐照的能力比较差，最后残留物性比较低。

3.耐辐照表现最差的是聚醚型脂肪族TPU，样条已经开裂，不能继续测试

因此，隐形车衣一定要选择聚己内酯型脂肪族TPU基膜。

聚己内酯型TPU物性比较

那么是不是所有的聚己内酯型的脂肪族TPU都适合做隐形车衣的基膜呢？答案是否定的。

不同厂家不同型号的聚己内酯型脂肪族存在一定区别，实力不够的工厂生产的TPU粒子制成基膜再到隐形车衣，仍然有黄变和开裂的风险。

比较了不同厂家紫外老化的结果，从中可以发现，使用路博润车衣料制作的薄膜经受住了辐照考验，样品A和样品B都发生了一定脆性变化，样品A产生气孔，而样品B则发生开裂。这说明如果不进行聚己内酯TPU的耐候比较测试，识别出车衣的专用牌号，仍然会有较大使用风险。

△聚己内酯型TPU物性比较

另外，凯阳采用路博润Estane®TPU制成的SMM301基膜已被证明在抗撕裂强度、抗雾霾和耐黄变方面都优于其他材料。

与其他TPU产品相比，路博润的ESTANE® TPU在PPF领域拥有超过30年的应用经验，凭借其一贯的可靠性赢得了广泛的声誉，并成为行业首选的TPU材料。

  - TPU基膜的生产工艺及创新应用 -  

上游优质的TPU颗粒料是基础，而下游TPU基膜的生产，在PPF产业链中也是极其重要的一

受技术水平等影响，国内市场上优质TPU基膜难寻，凯阳新材作为国产TPU基膜开拓者，出产的TPU基膜在品质和口碑上得到了广大客户的认可与支持。

TPU基膜通常采用流延法生产，所谓流延法，是通过挤出机把粒子融化后利用模具流延成片或者膜的一种工艺。由于TPU较难均匀塑化且薄膜具有弹性，所以对工艺控制精度要求非常高。尤其是脂肪族TPU，具有粘度高的特性，所以在流延过程中容易出现老胶和积渣等问题，会对薄膜质量造成巨大负面影响。凯阳通过自主研发与技术创新，设计出全新的薄膜生产线，在TPU基膜生产中，上述问题已得到完美解决