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摘要：本文论述了TPU薄膜的结构和性能特点，详细介绍了其在汽车领域上的应用情况，具体包括其在外饰、内饰以及功能性方面的应用并对其未来的应用发展作出了展望规划。

关键词：TPU薄膜；汽车应用；发展前景

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[1]。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，即热塑性聚氨酯弹性体橡胶，分为聚酯型和聚醚型，它的硬度范围宽（60HA-85HD），耐磨，耐油，透明，弹性好，在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用，无卤阻燃TPU还可以代替软质PVC满足越来越多领域的环保要求。在汽车轻量化时代，TPU在汽车领域的应用也越来越广泛，已逐渐成为国民经济和人民生活不可或缺的一种宝贵材料。

1.TPU的结构和性能特点

热塑性聚氨酯弹性体（TPU），是一种由低聚物多元醇软段与二异割酸酯硬段构成的线性嵌段共聚物。根据结构特点可分为全热塑型和半热塑型，前者分子之间不存在化学交联键，仅有以氢键为主的物理交联键，可溶于二甲基甲酰胺等溶剂；后者分子之间含有少量脉基甲酸酯化学交联键，这些化学交联键在热力学上是不稳定的，在150C以上的加工温度下会断裂，成型冷却后又会再生[2]。少量化学交联键的存在对改善制品的压缩永久变形和扯断永久变形性能起重要作用。

2.TPU在汽车领域的应用

随着汽车产业迅速发展，传统材料局限性逐渐显现，推动了对新型材料的广泛探索。早期中国车衣膜市场上主要是TPH基材，而随着体量增加，TPH性能无法满足车衣行业的需求，逐步被淘汰的趋势明显。而PCL（聚己内脂多元醇）原料受限且成本在剧烈上升，无法满足中国车衣市场的急剧稳步发展。这时其他类型的PPF开始进入市场，裂解、黄变等问题时不时产生，对整个车业行业造成不良影响。

TPU薄膜因其出色的弹性、透明性和耐化学腐蚀性能，成为汽车制造领域备受瞩目的新兴材料之一。TPU薄膜具有其它塑料和橡胶无可比拟的高强度、高韧性、耐磨、耐油、耐寒、耐老化、环保无毒、可降解等优良特性；又具有防水透湿、防风、防寒、抗菌、抗紫外线等优异性能，是一种绿色薄膜，是取代PVC薄膜的理想替代品[3]。因此，TPU薄膜技术被越来越多的应用到汽车市场，呈现出逐年增长的趋势。

而欧洲的主要汽车产商也已经商讨决定，将汽车的能耗降低到比1995年的平均能耗低25%～30%的水平。要达到这个目标，仅靠发动机性能的提升是远远不够的，更重要的是在汽车生产中使用更多的包括TPU在内的替代金属材料的轻质材料。

2.1 TPU薄膜在汽车内饰材料的应用

TPU薄膜在汽车内饰方面的应用，包括车内蒙皮、座椅覆盖、仪表盘、门板等。

2.1.1 TPU薄膜应用于车内蒙皮和座椅覆盖

PVC价格低廉，曾经是汽车内蒙皮的首选材料，但由于其对环境有较大的危害，逐渐被TPU薄壳模塑蒙皮所取代。TPU具有很好的低温和高温耐老化性能，无论在低温还是高温条件下，都可长时间保持其特性；TPU还具有良好的耐紫外线性能，用它制作的车内蒙皮可保持各种鲜艳的色彩而无需喷涂。和PVC蒙皮比较，TPU蒙皮厚度小（0.8mm）、质轻（轻约30%）、手感好、对环境负面影响很小，比PVC蒙皮性能更好，经济效益更高。

在汽车座椅方面，聚氨酯材料应用于汽车座椅主要分为三类：第一类是将聚氨酯薄膜作为内饰材料用于座椅面料；第二类是将聚氨酯薄膜作为填充材料，与皮革、海绵、织物等辅料复合后用于座椅；第三类是将聚氨酯薄膜与其他材料复合，例如聚氨酯薄膜、聚丙烯、 ABS等。聚氨酯材料具有良好的阻燃性能，阻燃级别可达A1级，可以应用于汽车座椅面料；聚氨酯薄膜具有良好的耐磨性能，耐磨性是塑料的3倍，且韧性较好，耐老化性能较好；聚氨酯薄膜具有良好的抗静电性能和抗潮性能。因此，聚氨酯材料可用于汽车座椅面料。在汽车座椅填充方面，可以选用TPU薄膜作为填充材料。TPU薄膜具有良好的成型性，且成型后的表面光泽好、颜色饱满、光泽均匀、无气孔、表面光滑，且有较好的耐油性和耐化学腐蚀性等优点。因此TPU薄膜是汽车座椅填充材料的不二之选。

同时TPU薄膜在座椅覆盖上的弹性特性能够被定制以符合人体工程学设计原则，确保座椅与驾驶员或乘客的身体曲线相契合，提供更加贴身和合理的支撑。而利用TPU薄膜的弹性，可以在座椅覆盖中设计通风孔或者微孔，实现座椅表面的温度调节，提升座椅的舒适性。

2.1.2 TPU薄膜应用于仪表盘

TPU薄膜特有的弹力及重量较轻的特点，非常适合于汽车仪表盘的轻量化设计。与常规材质相比，TPU薄膜可以在减少整车重量的前提下，大幅提升整车燃料利用率，并减少整车结构负荷。其拥有出色的弹性及弯曲性能，可满足不同类型仪表盘的造型及设计要求。由于汽车面板位于汽车前端，长期受紫外辐射照射，其耐紫外能力也就成了选材的重点。TPU薄膜由于其独特的化学组成，使其对紫外光有很好的抵抗作用，从而保持了汽车仪表盘的色彩及外形的稳定。另外，仪表盘作为汽车中最易发生磨擦与污染的部位，所以，耐磨损与抗污能力是其主要表现。而TPU薄膜具有优良的抗磨损性能，可承受长时间运行时所造成的划痕及磨擦。它的外表平滑，易于清洗，便于清洗，从而提升了整个汽车内部的卫生状况。TPU薄膜也拥有很好的热稳定性能，可以在很大的温度区间保持其性能。特别是当汽车在各种天气状况下工作时，这一点尤其重要。TPU薄膜的高温稳定性能保证了汽车仪表盘在恶劣环境中的可靠耐用。

2.1.3 TPU薄膜应用于汽车门板

TPU薄膜所具有的轻质特性使其成为汽车门板设计的理想材料。相较于传统的金属或塑料等材料，TPU薄膜可显著降低车身总质量，提升整车燃料利用率，并可制造出较为轻薄的车身结构，使其具有更具时尚与现代气息的外形。同时TPU薄膜具备良好的防冲击能力，可以有效地缓冲碰撞时产生的碰撞动能，缓解碰撞带来的冲击。TPU薄膜还具有良好的回弹力，可以有效地减少因撞击造成的振动传播，从而减少因撞击造成的潜在噪声等级。

2.2 TPU薄膜在汽车外饰材料的应用

2.2.1 TPU薄膜应用于车身覆盖

汽车保护膜主要用于汽车发动机罩前缘、汽车前后保险杠、车门下围板、钥匙锁装置、门锁把手等的包覆，以及其它需要保护免受石片击打、耐磨和保护汽车面漆等场合。TPU薄膜可以被用作车身包覆材料，以提供独特的外观效果。其柔软性和可塑性使其能够适应汽车表面的曲线和轮廓，为车辆外观设计提供更大的创意空间。同时TPU薄膜的可定制性使其成为颜色定制和图案设计的理想选择。作为汽车制造商而言，可以根据自己产品特点对TPU薄膜进行颜色、纹理等方面进行定制化处理，为汽车外饰带来更多的个性化设计。

由美国Avery Dennison工业汽车产品北美公司推出的一种TPU薄膜——Stone Shield就是其中的一种。Stone Shield由0.2 mm厚的透明聚酯型TPU薄膜制成，其一面涂有压敏胶和离型纸衬。该薄膜有非常高的光泽，可与汽车的亮涂层匹配。另外，这种薄膜具有极好的光学透明度，透光率高达94%，而雾浊水平低于1%，因此透过保护膜能显示出汽车的本色。使用这种产品就可以用相对较少的投资维护汽车，以保持车的外观良好。

2.2.2 TPU薄膜应用于防涂刮层

TPU薄膜因其聚氨酯碳酸酯结构，具有卓越的耐磨性和抗刮性。在汽车外饰表面应用TPU薄膜可以有效防止刮擦、磨损和轻微的划痕，保护车辆表面免受日常使用和环境影响。其柔韧性和弹性使其能够适应汽车表面的曲线和轮廓，这种特性不仅提供额外的保护，还有助于涂层在受到外部冲击时减缓冲击的影响，减少潜在损伤。将TPU薄膜应用于汽车外饰防刮涂层，有望提高汽车外观的耐久性和抗损伤性，同时为车辆设计提供更多的创新可能性。

2.3 TPU薄膜的功能性应用

2.3.1 TPU薄膜在汽车电子方面的应用

TPU薄膜的柔韧性和可塑性使其成为柔性电子元件的理想封装材料。例如，可以用于封装柔性电路板、柔性显示屏等。对于汽车中的各种传感器，如温度传感器、压力传感器等，TPU薄膜可以用于它们的封装，保护传感器元件免受外部环境的干扰。柔性电池也是未来汽车电子中的一个重要趋势，TPU薄膜用于柔性电池的封装和保护，确保其在车辆中的稳定性和可靠性。而其所具有的弹性和隔热性能使其成为电子组件中的防振和隔热材料，减缓振动对电子元器件的影响，并防止过热。TPU薄膜还可用于汽车音响系统中，作为声音隔离层，提高音响效果并减少噪音传递。

2.3.2 TPU薄膜在汽车光学系统中的应用

TPU薄膜在汽车光学系统中有多种潜在的应用，其优异的光学性能和物理性质使其成为光学系统中的理想材料。TPU薄膜可以用作车灯镜片的涂层，具有良好的透明度和抗刮性能，提高车灯的光学性能并延长镜片的使用寿命。在HUD上，TPU薄膜作为一层保护膜，提供了透明，耐磨，抗老化等特性，保证了信息的精确传达。将TPU薄膜用于雨水传感器、光敏传感器等光电传感器表面形成一层保护膜，改善其防刮擦和磨损特性。不仅起到了保护作用，还提高了抗污染性能，保证了影像的清晰。而在保温方面，TPU薄膜作为一种保温材料，可以制作成一层保温膜，用于汽车的窗户上，起到降温、提升乘坐舒适度的作用。

2.4 TPU薄膜在其它方面应用

TPU薄膜可用于制造彩色的变速杆旋钮和汽车内装饰件，具有舒适的手感和优良的耐磨耐晒性能，长期热老化性能好，质轻。还可应用于轮眉保护膜，指安装在汽车轮眉上的保护膜，不仅可以保护轮眉免受腐蚀和划伤，同时也具有美观作用。轮眉保护膜具有良好的抗冲击性能、耐磨性能、抗老化性能等。随着汽车行业对环保要求越来越高，汽车制造商越来越注重节约资源、减少环境污染问题，而轮眉保护膜也能够为汽车车身增添一抹亮色，成为汽车装饰中不可缺少的产品之一。

随着汽车行业不断发展、汽车产量不断增加、新材料以及新工艺不断出现，汽车行业对功能性零部件的要求越来越高。如：电动助力转向系统（EPS）、电子转向系统（ESP）等都需要使用到 TPU薄膜作为功能件材料来生产制作。另外一些新能源汽车如：纯电动汽车、插电式混合动力汽车等也需要用到TPU薄膜作为功能件材料来制造。

3.应用展望

据Radiant Insights公司最新报告：截至2020年全球热塑性聚氨酯（TPU）薄膜市场价值将攀至7.246亿美元。轻质塑料需求的增长是为了达到汽车燃料效率和减少碳足迹的目标，从而进一步推动市 场的发展。据报告显示：优惠的汽车规范有助于推动高性能热塑性塑料比如TPU的发展，另外还有一些国家比如中国、印度还有印尼正逐渐增加基础设施支出，预期将会驱动市场发展。然而丙烯和苯胺原材料价格波动将会对多元醇&MDI造成直接影响，从而进一步影响整个行业的增长。另外一些知名企业比如阿科玛、普立万、杜邦和Merquinsa公司正研发生物基TPU薄膜产品将会该行业的发展提供机会。产品功能化，标准化、市场规范化、性能更多元越来越成为未来发展趋势。基于此，TPU薄膜在汽车领域的应用将不断进行升级创新。

（1）提高基材的热塑性弹性体（TPU）含量

随着TPU的用量增加，尤其是在汽车领域的应用，对TPU薄膜基材的质量提出了更高的要求，包括优异的机械性能、化学稳定性、良好的热稳定性、无污染性以及更低的VOC含量等。这就要求在生产过程中，更多地使用高质量原材料，同时更好地控制加工过程中各种参数，以获得更高的热塑性弹性体（TPU）含量。为了实现这一目标，TPU薄膜生产厂家将会开发出更高性能、更高附加值的新型材料，例如：降低TPU含量；改善加工工艺，采用较低温度下的热塑性弹性体（TPU）薄膜生产技术；开发低 VOC含量的环保TPU薄膜。

（2）TPU薄膜技术应用于汽车零部件生产制造

TPU聚氨酯材料塑料薄膜可用于生产制造汽车零部件，如刹车管、制动管等。TPU聚氨酯材料塑料薄膜可满足这些规定，同时可取代传统塑胶材料，所以需要具备高弹力和耐高温性能。

（3）TPU薄膜技术应用于汽车外壳建筑涂料材料

TPU聚氨酯材料塑料薄膜也可以作为汽车外壳的喷涂材料，提升车身耐腐蚀性能和外观检查。该喷涂材料具有弹性高、耐磨损、防紫外线等优点，能有效控制车体免遭毁坏。TPU聚氨酯材料还可用于生产制造轮胎，具有耐磨、耐磨损、抗激光切割等优点，能够提高车辆的安全系数和使用寿命。此外，TPU车胎还具备相对较低的滚动阻力良好的抓地力特性，能够提高车辆的燃油效率和行驶平顺性。

结论

总而言之，TPU聚氨酯材料塑料薄膜在汽车制造业中得到广泛应用，其耐磨性能、耐老化和高弹力使之成为汽车工业中不可缺少的材料之一。伴随着技术的不断发展与人们对环境保护和可持续发展要求也越来越高，TPU聚氨酯材料塑料薄膜在汽车制造业中应用前景将会更为广阔。

参考文献

[1]山西省化工研究所.聚氨脂弹性体手册[M].第2版.北京：化学工业出版社，2005.

[2]傅明源，孙酣经，聚氨脂弹性体及其应用[M].第2版.北京：化学工业出版社，2003.

[3]陶宇.热塑性聚氨脂弹性体的应用浅谈[J].聚氨酯工业，2001（1）：1-3.