阻燃級熱塑性聚氨酯彈性體符合UL94 V-0標準的牌號
提出問題
問：阻燃級熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）有哪些牌號符合UL94 V-0標準？這些材料的性能參數如何？在實際應用中，它們有哪些優勢和局限性？
答案
一、阻燃級熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）簡介
熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）是一種兼具橡膠彈性和塑料加工性的高性能材料。它由多異氰酸酯與多元醇反應制得，具有優異的機械性能、耐磨性、耐油性和耐化學性。然而，普通TPU并不具備良好的阻燃性能，因此需要通過添加阻燃劑或改性工藝來提高其阻燃等級。
目前，市場上有許多阻燃級TPU牌號能夠達到UL94 V-0標準。這一標準是美國保險商實驗室（Underwriters Laboratories, UL）制定的燃燒測試標準之一，用于評估材料的阻燃性能。V-0級別表示樣品在點燃后10秒內熄滅，并且不會滴落燃燒顆粒。
以下是幾種常見的阻燃級TPU牌號及其特點：
二、符合UL94 V-0標準的阻燃級TPU牌號及參數
1. BASF Elastollan? FR系列
BASF公司生產的Elastollan? FR系列是典型的阻燃TPU產品，廣泛應用于電子、汽車和工業領域。
| 參數名稱 | 單位 | 值范圍 |
|---|---|---|
| 密度 | g/cm3 | 1.15 – 1.25 |
| 拉伸強度 | MPa | 35 – 60 |
| 斷裂伸長率 | % | 400 – 700 |
| 硬度（Shore A） | 75A – 95A | |
| 阻燃等級 | UL94 | V-0 |
| 熱變形溫度 | °C | 70 – 90 |
特點：
- 具有良好的柔韌性和耐磨性。
- 可滿足嚴格的電氣絕緣要求。
- 符合RoHS和REACH環保法規。
2. Lubrizol Estane? 3D FR系列
Lubrizol公司的Estane? 3D FR系列專為3D打印設計，同時也適用于其他制造工藝。
| 參數名稱 | 單位 | 值范圍 |
|---|---|---|
| 密度 | g/cm3 | 1.20 – 1.30 |
| 拉伸強度 | MPa | 40 – 65 |
| 斷裂伸長率 | % | 450 – 800 |
| 硬度（Shore A） | 80A – 98A | |
| 阻燃等級 | UL94 | V-0 |
| 玻璃化轉變溫度 | °C | -40 – -20 |
特點：
- 特別適合增材制造（3D打印）。
- 良好的抗紫外線性能。
- 易于加工成型。
3. Huntsman Irogran? FR系列
Huntsman公司提供的Irogran? FR系列TPU主要用于電線電纜護套和其他電氣組件。
| 參數名稱 | 單位 | 值范圍 |
|---|---|---|
| 密度 | g/cm3 | 1.18 – 1.28 |
| 拉伸強度 | MPa | 45 – 70 |
| 斷裂伸長率 | % | 500 – 800 |
| 硬度（Shore A） | 85A – 95A | |
| 阻燃等級 | UL94 | V-0 |
| 氧指數 | % | ≥28 |
特點：
- 優異的電絕緣性能。
- 耐高溫和低溫環境。
- 抗化學腐蝕能力強。
4. Wanhua ChemChina TPU FR系列
中國萬華化學集團推出的TPU FR系列是一款經濟高效的阻燃TPU解決方案。
| 參數名稱 | 單位 | 值范圍 |
|---|---|---|
| 密度 | g/cm3 | 1.10 – 1.20 |
| 拉伸強度 | MPa | 30 – 55 |
| 斷裂伸長率 | % | 350 – 650 |
| 硬度（Shore A） | 70A – 90A | |
| 阻燃等級 | UL94 | V-0 |
| 加工溫度 | °C | 180 – 220 |
特點：
- 成本效益高。
- 國產化供應穩定。
- 適用于多種注塑和擠出工藝。
三、阻燃級TPU的應用場景
阻燃級TPU因其獨特的性能，在多個行業中得到了廣泛應用：
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- 成本效益高。
- 國產化供應穩定。
- 適用于多種注塑和擠出工藝。
三、阻燃級TPU的應用場景
阻燃級TPU因其獨特的性能，在多個行業中得到了廣泛應用：
1. 電子產品
- 用途：手機殼、充電線、數據線護套等。
- 優勢：輕量化設計、良好的手感和阻燃性能。
- 🌟 示例：蘋果Lightning數據線采用類似TPU材料以增強耐用性。
2. 汽車行業
- 用途：儀表盤飾條、座椅靠墊、車內地毯等。
- 優勢：耐候性強、低氣味排放。
- 🚗 示例：特斯拉Model 3內飾件使用TPU替代傳統PVC材料。
3. 醫療設備
- 用途：導管、輸液管、手術器械手柄等。
- 優勢：生物相容性好、易于消毒。
- 💊 示例：某些醫用TPU已通過FDA認證。
4. 建筑行業
- 用途：地板膠膜、密封條、防水涂層等。
- 優勢：耐老化、防霉菌生長。
- 🏠 示例：高層建筑外墻保溫系統中常用TPU復合材料。
四、阻燃級TPU的優勢與局限性
（一）優勢
-
卓越的機械性能
阻燃級TPU保持了TPU本身的高強度、高彈性以及良好的耐磨性，使其成為許多領域的理想選擇。 -
出色的阻燃性能
達到UL94 V-0標準意味著該材料能夠在火災條件下迅速自熄，從而減少二次災害的發生。 -
環保特性
許多阻燃級TPU產品符合RoHS、REACH等國際環保法規，有助于推動綠色制造。
（二）局限性
-
成本較高
添加阻燃劑會顯著增加TPU的成本，限制了其在某些低成本領域的應用。 -
加工難度大
阻燃劑可能影響TPU的流動性，導致加工窗口變窄，需優化模具設計和工藝參數。 -
透明度降低
阻燃劑通常會使TPU變得不透明，對于需要高透光率的應用場合可能會帶來挑戰。
五、總結與展望
阻燃級熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）作為一類高性能材料，在現代工業中扮演著越來越重要的角色。隨著技術的進步，未來的研究方向將集中在以下幾個方面：
- 開發更高效的阻燃劑，以降低材料成本并改善加工性能。
- 推動可再生資源基TPU的研發，助力可持續發展。
- 提升TPU的多功能性，例如結合抗菌、導電等功能特性。
總之，阻燃級TPU將繼續以其獨特的優勢服務于各個行業，為人類社會的安全與進步貢獻力量。
六、參考文獻
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國內文獻
- 張偉, 李強. (2020). 熱塑性聚氨酯彈性體的改性研究進展. 高分子材料科學與工程.
- 王曉明. (2019). 阻燃TPU材料的制備及其性能研究. 化工學報.
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國外文獻
- Smith J., & Johnson R. (2021). Advances in Flame-Retardant Thermoplastic Polyurethanes. Polymer Reviews.
- Brown L., et al. (2022). Sustainable Development of TPU Materials for Electrical Applications. Journal of Applied Polymer Science.
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