Термопластичный полиуретан (TPU): что это и почему его используют в PPF

Краткий ответ: Термопластичный полиуретан (TPU) — это эластомер, перерабатываемый из расплава и состоящий из чередующихся жёстких и мягких полимерных сегментов, благодаря чему он сочетает растяжимость резины с прочностью пластика. В антигравийной защитной плёнке используется прозрачный алифатический TPU, поскольку он сохраняет прозрачность и устойчив к пожелтению под воздействием УФ, поглощает энергию ударов камней, облегает изгибы при нагреве и служит основой для самовосстанавливающегося верхнего покрытия.

Термопластичный полиуретан, обычно обозначаемый сокращением TPU, — это семейство эластичных пластиков, сочетающих растяжимость и восстановление формы резины с прочностью и прозрачностью конструкционного пластика. TPU используется в чехлах для телефонов, шлангах, обувных подошвах, медицинских трубках, а в виде прозрачной плёнки — в качестве основы современной антигравийной защитной плёнки. В этом материале рассматриваются значение TPU, его химическое строение, основные типы (на основе сложных и простых полиэфиров, алифатические и ароматические), ключевые свойства материала и причины, по которым производители PPF выбирают алифатический TPU. Материал предназначен для мастеров по оклейке, дистрибьюторов и любознательных автовладельцев, которым нужна точная информация, изложенная понятным языком.

Основные выводы

TPU означает термопластичный полиуретан: полиуретан, который размягчается при нагреве, поддаётся плавлению, экструзии или литью, а затем повторному плавлению, в отличие от термореактивных полиуретанов.
TPU — это блок-сополимер: жёсткие сегменты обеспечивают прочность и термостойкость, мягкие — эластичность.
TPU на основе сложных полиэфиров обладает высокой устойчивостью к истиранию и маслам; TPU на основе простых полиэфиров устойчив к гидролизу и сохраняет гибкость на холоде.
Ароматический TPU желтеет на солнечном свету; алифатический TPU сохраняет прозрачность, поэтому его используют в качественном PPF.
PPF — это многослойный продукт: плёнка-основа из алифатического TPU, акриловый клей и самовосстанавливающееся полиуретановое верхнее покрытие.

Как расшифровывается TPU?

TPU означает термопластичный полиуретан. Каждая часть названия имеет своё значение:

Термопластичный: материал размягчается и становится текучим при нагреве, а при охлаждении снова затвердевает, поэтому его можно перерабатывать подобно другим пластикам и, в принципе, повторно плавить.
Полиуретан: звенья полимерных цепей соединены уретановыми группами, которые образуются при реакции изоцианата с полиолом — спиртом с несколькими реакционноспособными группами OH.

Названия «TPU-пластик» и «TPU-резина» описывают одно и то же семейство материалов; оно занимает промежуточное положение между пластиком и резиной, поэтому его часто называют термопластичным эластомером (TPE).

Как получают TPU: жёсткие и мягкие сегменты

TPU получают из трёх исходных компонентов:

Диизоцианат, например MDI (ароматический) или HDI, H12MDI либо IPDI (алифатические).
Длинноцепочечный полиол, обычно сложный полиэфир, простой полиэфир или поликапролактон, который образует мягкий сегмент.
Короткоцепочечный диол — удлинитель цепи, обычно 1,4-бутандиол, который реагирует с изоцианатом с образованием жёсткого сегмента.

В результате образуется линейный сегментированный блок-сополимер. В каждой цепи короткие жёсткие сегменты чередуются с длинными гибкими мягкими сегментами. Жёсткие сегменты объединяются за счёт водородных связей в небольшие домены, которые действуют как физические поперечные связи и удерживают структуру материала при комнатной температуре. При нагреве эти домены ослабевают, и TPU становится текучим; при охлаждении они образуются вновь.

Именно эта обратимая структура отличает TPU от термореактивных полиуретанов, таких как многие пены и двухкомпонентные покрытия, чьи цепи соединены химическими поперечными связями и не поддаются повторному плавлению.

TPU и PU: в чём разница?

PU (полиуретан) — это обширное семейство материалов; TPU — одна из его разновидностей.

	TPU (термопластичный полиуретан)	Другие PU (термореактивный полиуретан)
Структура	Линейные цепи с физическими поперечными связями	Сетка с химическими поперечными связями
Возможность повторного плавления	Да	Нет
Переработка	Экструзия, литьё под давлением, отливка плёнки	Реакционное формование, напыление, вспенивание
Типичные формы	Плёнка, листы, трубки, формованные детали	Пены, покрытия, жёсткие детали, клеи
Примеры	Плёнка-основа PPF, чехлы для телефонов, шланги	Пенный наполнитель сидений, акрил-полиуретановая краска

Акрил-полиуретан — ещё один отдельный продукт: двухкомпонентное покрытие из акрилового полиола и изоцианатного отвердителя. К этому типу относятся многие автомобильные лаки и акрил-полиуретановые краски. Это термореактивные материалы, поэтому они не являются TPU, хотя оба материала содержат уретановые связи.

Типы TPU: на основе сложных и простых полиэфиров

Мягкий сегмент во многом определяет свойства конкретной марки TPU.

Свойство	TPU на основе сложных полиэфиров	TPU на основе простых полиэфиров	TPU на основе поликапролактона
Устойчивость к истиранию и раздиру	Очень хорошая	Хорошая	Очень хорошая
Устойчивость к маслам и топливу	Очень хорошая	Умеренная	Хорошая
Устойчивость к гидролизу (воде и влажности)	Ниже	Очень хорошая	Выше, чем у стандартного TPU на основе сложных полиэфиров
Гибкость при низких температурах	Хорошая	Очень хорошая	Хорошая
Устойчивость к микроорганизмам	Ниже	Очень хорошая	Умеренная

Марки на основе сложных полиэфиров прочны и устойчивы к механическим нагрузкам, но могут медленно разрушаться в жарких и влажных условиях. Марки на основе простых полиэфиров лучше переносят воздействие воды и влажности и сохраняют гибкость в холодную погоду. Поликапролактон, технически относящийся к сложным полиэфирам, представляет собой промежуточный вариант с более высокой устойчивостью к гидролизу, чем стандартный TPU на основе сложных полиэфиров. Производители плёнок подбирают марки и разрабатывают составы для получения нужного баланса свойств; плёнки-основы PPF обычно изготавливают на основе сложных полиэфиров или поликапролактона, но также используют марки на основе простых полиэфиров.

Алифатический и ароматический TPU

Изоцианат определяет реакцию TPU на солнечный свет.

Ароматический TPU производится с использованием изоцианатов с бензольными кольцами, преимущественно MDI. Он прочен и широко применяется, но ароматические структуры поглощают УФ-излучение и образуют окрашенные соединения, поэтому со временем на открытом воздухе материал желтеет.
Алифатический TPU производится с использованием изоцианатов без бензольных колец, таких как HDI, H12MDI или IPDI. Алифатический полиуретан светостоек: он сохраняет прозрачность и стабильность цвета при длительном воздействии УФ.

Производство алифатического TPU обходится дороже, и это одна из причин, по которым дешёвые прозрачные плёнки иногда желтеют, а качественные — нет. Для любых прозрачных изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе, алифатический TPU — правильный выбор.

Свойства материала TPU

Точные значения зависят от марки, но к типичным свойствам термопластичного полиуретана относятся:

Твёрдость: примерно от 60 по Шору A (мягкий, резиноподобный) до около 75 по Шору D (жёсткий).
Плотность: обычно около 1.1–1.25 г/см³.
Относительное удлинение при разрыве: часто несколько сотен процентов.
Прозрачность: многие марки прозрачны; прозрачная плёнка TPU может обладать очень высокой оптической чистотой.
Температурный диапазон: в зависимости от марки материал сохраняет гибкость при температурах значительно ниже нуля и удерживает форму при летнем нагреве поверхности.
Устойчивость к истиранию и ударам: высокая, поэтому TPU используют для колёс, ремней и защитных плёнок.

Эластичен ли термопластичный полиуретан?

Да. TPU ценится за гибкость и эластичность: он растягивается, поглощает удары и восстанавливает форму. Более твёрдые марки обладают большей жёсткостью, однако плёночные марки, используемые в PPF, достаточно мягкие, чтобы при нагреве растягиваться по форме бамперов и зеркал.

Безопасен ли TPU?

TPU обычно считается малоопасным материалом при нормальных условиях эксплуатации и используется во многих потребительских и медицинских изделиях. В отличие от гибкого PVC, для придания ему гибкости не требуется добавление пластификаторов. Как и большинство пластиков, при горении он выделяет вредные газы, поэтому студиям следует соблюдать указания паспорта безопасности поставщика при обращении с материалом, его резке и утилизации.

Почему в антигравийной защитной плёнке используется алифатический TPU

Антигравийная защитная плёнка из TPU — многослойный продукт. Типичная структура PPF сверху вниз:

Защитная транспортировочная плёнка, которая у некоторых плёнок снимается после установки.
Самовосстанавливающееся верхнее покрытие (топ-коут), тонкое покрытие из сшитого эластомерного полиуретана, обычно толщиной от нескольких микрон до примерно 10–15 µm.
Базовая плёнка из алифатического TPU, обычно толщиной около 150 µm (примерно 6 mil).
Акриловый клей, чувствительный к давлению.
Антиадгезионная подложка, часто из PET, снимаемая перед установкой.

Общая толщина плёнки без подложки обычно составляет около 7.5–8.5 mil (190–215 µm).

Алифатический TPU подходит для этой задачи, поскольку он:

Сохраняет прозрачность и устойчив к пожелтению при многолетнем воздействии УФ.
Поглощает удары камней и дорожного абразива, распределяя энергию удара и предотвращая образование сколов.
Растягивается при нагреве и повторяет сложные изгибы, затем сохраняет форму.
Хорошо сцепляется с верхним покрытием и клеевыми слоями.

Эффект самовосстановления обеспечивается главным образом эластичным верхним покрытием. Мелкие круговые царапины и следы мойки разглаживаются при нагреве плёнки солнцем, тёплой водой или строительным феном, поскольку сшитое покрытие возвращается к исходной форме. Глубокие порезы, проходящие через покрытие, не восстанавливаются.

Сравнение с более дешёвыми материалами приведено в статьях PPF из TPU, TPH и PVC: сравнение и Плёнки для оклейки авто: сравнение TPU, PET и PVC. Для общего ознакомления прочитайте статью Что такое антигравийная защитная плёнка.

Другие области применения плёнки TPU

Прозрачный TPU используется далеко не только для защиты лакокрасочного покрытия автомобилей:

Защитная плёнка для лобового стекла на основе TPU; см. наше руководство по защитной плёнке для лобового стекла.
Защитные плёнки TPU для экранов телефонов и планшетов.
Листовой термопластичный полиуретан для надувных изделий, водонепроницаемых тканей и многослойных материалов.
Гранулированный TPU для изготовления филамента для 3D-печати, оболочек кабелей и формованных деталей.

Закупка плёнки TPU для производства PPF

Сравнивая поставщиков и производителей термопластичного полиуретана для PPF, уточните, является ли базовая плёнка алифатической, запросите данные о толщине и верхнем покрытии, а также проверьте прозрачность, растяжимость и самовосстановление на реальной кузовной панели. Mars Decorative Film производит прозрачную антигравийную плёнку TPU PPF и самовосстанавливающуюся цветную антигравийную плёнку в рулонах шириной 1.52 m с номерами партий и проверкой каждого рулона. Продукция доступна под вашей собственной торговой маркой в рамках нашей программы OEM. Студии могут запросить бесплатные образцы для тестирования перед закупкой на склад.

Часто задаваемые вопросы

Что такое TPU?

TPU — это термопластичный полиуретан, эластичный пластик, состоящий из чередующихся жёстких и мягких полимерных сегментов. Его можно плавить и перерабатывать как пластик, но он растягивается и восстанавливает форму как резина. Его используют для производства плёнок, трубок, чехлов для телефонов, обуви и антигравийной защитной плёнки.

Как расшифровывается TPU?

TPU означает термопластичный полиуретан. «Термопластичный» означает, что материал размягчается при нагреве и может менять форму, а «полиуретан» указывает на наличие уретановых групп, соединяющих звенья полимерных цепей.

Что такое TPU-пластик?

TPU-пластик — это термопластичный эластомер, материал с промежуточными свойствами между резиной и жёстким пластиком. Он прочен, устойчив к истиранию, эластичен и может быть прозрачным, поэтому подходит для защитных плёнок и чехлов.

Эластичен ли термопластичный полиуретан?

Да. Большинство марок TPU отличаются гибкостью и эластичностью, а также высоким удлинением до разрыва. Существуют и более твёрдые марки, но плёночные марки, используемые для PPF, при нагреве растягиваются на изогнутых поверхностях и восстанавливают форму.

В чём разница между TPU и PU?

PU — это обширное семейство полиуретанов, включая термореактивные пены и покрытия, которые нельзя расплавить повторно. TPU — термопластичная разновидность этого семейства с линейными цепями, которую можно плавить и повторно перерабатывать в плёнку, листы или формованные детали.

Почему для PPF используют алифатический TPU?

Алифатический TPU не содержит ароматических колец, которые поглощают УФ и вызывают пожелтение, поэтому он годами сохраняет прозрачность на открытом воздухе. В сочетании со способностью поглощать удары и растягиваться это делает его стандартным материалом основы качественной антигравийной защитной плёнки.