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【文章分享】弹性体TPU在压延工艺中的技术应用
2019-05-27
文章來源：博詹諮詢│革視界 (2019年05月22日刊登)；轉載網址：https://mp.weixin.qq.com/s/Fx6PnaLl-V2jfdkK1vDpNQ
热塑性塑料的主要成型方法之一是压延成型，主要加工方式是压延机将树脂（塑料）和各种添加剂透过密炼机或（万马力机）及喂料机（或开炼机）捏炼塑化和过滤掉杂质后，再通过两个或两个以上压延辊之间隙加工成薄膜或片材，并调节压延辊间隙用以控制产品的厚薄度，经由引离辊将产品从压延机进行剥离或直接在线复合面料，最终在透过冷却辊冷却定型达到压延所得制品，而其中压延工艺成型以PVC使用最为常见。
PVC一直以来都是压延工艺最主要的应用材料，使用塑化剂可轻易调整软硬度外，并可添加大量的填充物、助剂、滑剂来改善部分性能与控制较低廉的花费成本。也因为大量塑化剂添加，不仅对生产线工人健康产生危害，排放的VOC（挥发性有机化合物）也影响空气质量。
TPU压延大行其道
热可塑性聚氨酯弹性体（TPU）是由含NCO官能基的二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）和大分子多元醇、扩链剂共同反应聚合而成的高分子材料。它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。工程师透过不同原料应用与比例调节，可使TPU弹性体具有优异的回弹性与物性，加上各种机械强度都非常优异，近年来在管材、线缆、传送带行业，TPU弹性体逐渐取代PVC的行业应用。
过去TPU弹性体一直无法透过压延工艺生产，并被认定为不适合应用于压延生产的材料，其主要原因为TPU加工过程造成机台扭力大，容易伤害传动轴，造成设备负荷生产TPU塑化过程具有黏性，造成加工设备与传送带出现黏附现象，无法加工TPU加工范围较窄，无法符合开放性质的压延加工方式。
因此TPU弹性体在挤出、吹塑、流延、注塑工艺早已大幅应用加工行，而TPU在压延工艺上的应用却鲜少听闻；也限制了TPU在压延工艺领域的产品应用。
压延级TPU特点工艺
高鼎精密材料股份有限公司致力于TPU开发生产近20年，经技术团队三年研究，开发出TPU压延级材料；全新压延级TPU材料可完全适合现有压延工艺生产，符合100%绿色制程与100%环保产品，并具有塑化易加工、不沾辊、扭力低、可压纹、高频融接之压延级产品定义。
TPU压延成型工艺
压延工艺属于一种多任务序连续式生产制程，具有生产效率高、产量大、可在线复合之优点，虽然相对于其他工艺略显复杂，一旦掌握生产条件后，其生产力却是所有工艺之最，每小时可达到800~1000KG产量，是其他工艺无法媲美的。
在塑化方面，透过密炼机（或万马力机）强烈的剪切作用使TPU各组份相互间充分剪切、混合、熔融，达到原材料混合均匀、温度分布均匀目的； 在供料方面，采用开炼机与挤出机，通过传递装置将塑化后的料供给压延机，同时达到再塑化之作用；在压延方面，使用压延机在设置的温度梯度内调整辊轮间距，将TPU压挤成预定尺寸的薄膜或片材，或搭配底布进行在线复合，得到复合面料产品；在压花方面，采用压花辊和橡胶辊共同作用，使制品表面得到一定的花纹，再经由冷却辊降温定型、切割收卷。
TPU压延产品应用
透过TPU弹性体性能改良，已可克服过去压延工艺的限制，TPU弹性体透过压延工艺最大优点在于可实现在线TPU复合面料产品；TPU复合面料就是用TPU薄膜复合在各种面料上形成一种复合材料，结合两者的特性得到一种新型面料。
TPU复合面料过去采用后贴方式达成，即先做成TPU薄膜后再与面料上胶贴合，主要由外部购买TPU薄膜后自行上胶贴合；而另一种在线复合，意即在面料上已涂好胶水或者不上胶，TPU直接透过压延工艺将薄膜复合在面料上，做成TPU复合面料或者夹网布与皮革制品。
TPU延压产品主要应用在合成革（人造革）这两方面。胶皮（薄膜）主要是救生衣、潜水夹克、充气船、帐篷、充气床垫、气囊、防水背包；合成革/人造革主要是沙发座椅、墙面装饰、运动地垫、箱包、汽车内饰、船舶座椅。
TPU压延革定义
TPU压延革意即透过压延生产工艺制得皮革，高鼎精密材料攻克压延工艺对TPU材料的限制，不仅止于生产胶皮复合产品，更可直接透过压延工艺生产100%环保皮革制品。
并非所有TPU弹性体都可应用于压延制程，并非所有TPU压延级产品都可生产皮革。对于TPU压延革应具备下列定义：
皮革在整体生产过程不危害环境、不对环境造成污染负担。
皮革在生产过程无毒无味，并且在终端应用不可对人体产生伤害。
皮革具有生物降解性质，并且分解后不污染环境。
对于新一代皮革制程，将要求更环保、更节能、对环境友善、可回收利用为方向。而在环保皮革议题上，现今市场上也具有许多解决方案提供参考。
然而从性价比考虑，在沿用现有压延设备考虑的投资成本，与TPU产品当前的成熟度之性能指针，TPU压延革无非是最快可替代污染制程的最佳解决方案。
TPU压延革优势
针对合成革/人造革污染问题，高鼎精密材料开发出TPU压延环保革材料；全新压延级TPU材料，可完全解决传统PVC人造革/PU合成革的环境污染问题与缺点，采用压延级TPU材料生产的压延环保革具有环境友善材料、制程友善且合格率高、可替代PVC人造革/PU合成革、沿用现有压延设备且不必重复投资 以及转型升级、提升品牌价值的优势。
具体来说，TPU属于生物可降解，不会衍生环境新污染，无色、无毒、无味环保材料，不含塑化剂、重金属物质。采用压延级TPU材料生产皮革，没有VOC（挥发性有机化合物）排放问题，生产过程不使用任何有机溶剂与塑化剂，所得TPU环保合成革无有机溶剂残留问题（DMF、甲苯、丁酮），生产制程环保，所产生的废水、废弃、废弃物量少（可回收再制），且对于生产线操作人员不具有危害。产品的物性与耐磨擦、耐刮擦性能更是优于现有PVC人造革。
TPU压延革产品应用广泛，举凡箱包、鞋材、墙面装饰、沙发、汽车内饰等均可替代传统PVC人造革与PU合成革相关应用。TPU压延环保革可采用PVC人造革生产制程，生产厂商无须再投资购买或改造设备成本，既有PVC人造革生产设备即可直接生产。
TPU压延环保革具有优良物理性能与广泛的产品应用，可完全采用PVC人造革工艺设备生产TPU压延环保革，进行产业转型升级，对于皮革产品价值更能提高另一层次。
秉持着成为绿色产品的领航者的信念，TPU压延系列产品不仅采用环保制程、材料，且无溶剂与VOC此类有害物质留存问题，也不会对操作人员造成危害，更可减省转换设备成本，更重要的是能提升企业品牌、实现产业升级。随着环保议题逐渐成为社会关注的焦点、多数国家的环保规范与政策也趋于严格，未来的产业趋势必以“绿色”为重点发展，相信现在正是迎向绿色材料的新时机！
热塑性塑料的主要成型方法之一是压延成型，主要加工方式是压延机将树脂（塑料）和各种添加剂透过密炼机或（万马力机）及喂料机（或开炼机）捏炼塑化和过滤掉杂质后，再通过两个或两个以上压延辊之间隙加工成薄膜或片材，并调节压延辊间隙用以控制产品的厚薄度，经由引离辊将产品从压延机进行剥离或直接在线复合面料，最终在透过冷却辊冷却定型达到压延所得制品，而其中压延工艺成型以PVC使用最为常见。
PVC一直以来都是压延工艺最主要的应用材料，使用塑化剂可轻易调整软硬度外，并可添加大量的填充物、助剂、滑剂来改善部分性能与控制较低廉的花费成本。也因为大量塑化剂添加，不仅对生产线工人健康产生危害，排放的VOC（挥发性有机化合物）也影响空气质量。
TPU压延大行其道
热可塑性聚氨酯弹性体（TPU）是由含NCO官能基的二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）和大分子多元醇、扩链剂共同反应聚合而成的高分子材料。它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。工程师透过不同原料应用与比例调节，可使TPU弹性体具有优异的回弹性与物性，加上各种机械强度都非常优异，近年来在管材、线缆、传送带行业，TPU弹性体逐渐取代PVC的行业应用。
过去TPU弹性体一直无法透过压延工艺生产，并被认定为不适合应用于压延生产的材料，其主要原因为TPU加工过程造成机台扭力大，容易伤害传动轴，造成设备负荷生产TPU塑化过程具有黏性，造成加工设备与传送带出现黏附现象，无法加工TPU加工范围较窄，无法符合开放性质的压延加工方式。
因此TPU弹性体在挤出、吹塑、流延、注塑工艺早已大幅应用加工行，而TPU在压延工艺上的应用却鲜少听闻；也限制了TPU在压延工艺领域的产品应用。
压延级TPU特点工艺
高鼎精密材料股份有限公司致力于TPU开发生产近20年，经技术团队三年研究，开发出TPU压延级材料；全新压延级TPU材料可完全适合现有压延工艺生产，符合100%绿色制程与100%环保产品，并具有塑化易加工、不沾辊、扭力低、可压纹、高频融接之压延级产品定义。
TPU压延成型工艺
压延工艺属于一种多任务序连续式生产制程，具有生产效率高、产量大、可在线复合之优点，虽然相对于其他工艺略显复杂，一旦掌握生产条件后，其生产力却是所有工艺之最，每小时可达到800~1000KG产量，是其他工艺无法媲美的。
在塑化方面，透过密炼机（或万马力机）强烈的剪切作用使TPU各组份相互间充分剪切、混合、熔融，达到原材料混合均匀、温度分布均匀目的； 在供料方面，采用开炼机与挤出机，通过传递装置将塑化后的料供给压延机，同时达到再塑化之作用；在压延方面，使用压延机在设置的温度梯度内调整辊轮间距，将TPU压挤成预定尺寸的薄膜或片材，或搭配底布进行在线复合，得到复合面料产品；在压花方面，采用压花辊和橡胶辊共同作用，使制品表面得到一定的花纹，再经由冷却辊降温定型、切割收卷。
TPU压延产品应用
透过TPU弹性体性能改良，已可克服过去压延工艺的限制，TPU弹性体透过压延工艺最大优点在于可实现在线TPU复合面料产品；TPU复合面料就是用TPU薄膜复合在各种面料上形成一种复合材料，结合两者的特性得到一种新型面料。
TPU复合面料过去采用后贴方式达成，即先做成TPU薄膜后再与面料上胶贴合，主要由外部购买TPU薄膜后自行上胶贴合；而另一种在线复合，意即在面料上已涂好胶水或者不上胶，TPU直接透过压延工艺将薄膜复合在面料上，做成TPU复合面料或者夹网布与皮革制品。
TPU延压产品主要应用在合成革（人造革）这两方面。胶皮（薄膜）主要是救生衣、潜水夹克、充气船、帐篷、充气床垫、气囊、防水背包；合成革/人造革主要是沙发座椅、墙面装饰、运动地垫、箱包、汽车内饰、船舶座椅。
TPU压延革定义
TPU压延革意即透过压延生产工艺制得皮革，高鼎精密材料攻克压延工艺对TPU材料的限制，不仅止于生产胶皮复合产品，更可直接透过压延工艺生产100%环保皮革制品。
并非所有TPU弹性体都可应用于压延制程，并非所有TPU压延级产品都可生产皮革。对于TPU压延革应具备下列定义：
皮革在整体生产过程不危害环境、不对环境造成污染负担。
皮革在生产过程无毒无味，并且在终端应用不可对人体产生伤害。
皮革具有生物降解性质，并且分解后不污染环境。
对于新一代皮革制程，将要求更环保、更节能、对环境友善、可回收利用为方向。而在环保皮革议题上，现今市场上也具有许多解决方案提供参考。
然而从性价比考虑，在沿用现有压延设备考虑的投资成本，与TPU产品当前的成熟度之性能指针，TPU压延革无非是最快可替代污染制程的最佳解决方案。
TPU压延革优势
针对合成革/人造革污染问题，高鼎精密材料开发出TPU压延环保革材料；全新压延级TPU材料，可完全解决传统PVC人造革/PU合成革的环境污染问题与缺点，采用压延级TPU材料生产的压延环保革具有环境友善材料、制程友善且合格率高、可替代PVC人造革/PU合成革、沿用现有压延设备且不必重复投资 以及转型升级、提升品牌价值的优势。
具体来说，TPU属于生物可降解，不会衍生环境新污染，无色、无毒、无味环保材料，不含塑化剂、重金属物质。采用压延级TPU材料生产皮革，没有VOC（挥发性有机化合物）排放问题，生产过程不使用任何有机溶剂与塑化剂，所得TPU环保合成革无有机溶剂残留问题（DMF、甲苯、丁酮），生产制程环保，所产生的废水、废弃、废弃物量少（可回收再制），且对于生产线操作人员不具有危害。产品的物性与耐磨擦、耐刮擦性能更是优于现有PVC人造革。
TPU压延革产品应用广泛，举凡箱包、鞋材、墙面装饰、沙发、汽车内饰等均可替代传统PVC人造革与PU合成革相关应用。TPU压延环保革可采用PVC人造革生产制程，生产厂商无须再投资购买或改造设备成本，既有PVC人造革生产设备即可直接生产。
TPU压延环保革具有优良物理性能与广泛的产品应用，可完全采用PVC人造革工艺设备生产TPU压延环保革，进行产业转型升级，对于皮革产品价值更能提高另一层次。
秉持着成为绿色产品的领航者的信念，TPU压延系列产品不仅采用环保制程、材料，且无溶剂与VOC此类有害物质留存问题，也不会对操作人员造成危害，更可减省转换设备成本，更重要的是能提升企业品牌、实现产业升级。随着环保议题逐渐成为社会关注的焦点、多数国家的环保规范与政策也趋于严格，未来的产业趋势必以“绿色”为重点发展，相信现在正是迎向绿色材料的新时机！