聚氨酯是什么材料(聚氨酯是什么材料衣服)

雙碳目標提出已經過去兩年，建筑節能減排已然成為了中國如期實現雙碳目標的重要組成部分。在施工過程中所選擇的材料正在逐步轉向以低隱含碳、高性能的綠色環保為主，其中聚氨酯無疑是較為出色的材料之一。該種類型材料不僅具有綠色環保的特性，而且能夠有效減少工時和人工成本開支，因此在建筑領域中聚氨酯材料使用頻次在逐步提高。

說起聚氨酯，很多人覺得陌生，但其實隨著化學研究、產品制造、工藝技術的進步以及應用領域的不斷擴寬，聚氨酯材料已經成為全球第六大合成材料（全球六大合成材料為PE、PP、PVC、PS、PET、PU）。可廣泛應用于輕工、建筑、汽車、紡織、機電、船舶、石化、冶金、能源、軍工等國民經濟各個領域。

1990年意大利世界杯，首次在足球球體內加入黑色聚氨酯泡沫內層，使球在具有絕佳的防水性能的同時，運行速度也再次提高。漸漸地，聚氨酯泡沫材料制成的足球成為了主流。

這一切這是由于聚氨酯具有耐油、耐磨、防水、彈性好等特點，許多物理性能接近甚至超過天然皮革。正是因為聚氨酯優異的彈性及彈性恢復性能，使得聚氨酯廣泛用于高檔服裝，仿真皮革等領域。而聚氨酯的優良性質也契合了足球材料的所需，因此PU逐漸成為足球所用的主要合成材料。同樣的在諸如安全頭盔，手機殼甚至是防曬霜的領域內都有聚氨酯的應用。

聚氨酯簡介

“聚氨酯”是聚氨基甲酸酯的簡稱，英文名稱是polyurethane，英文縮寫PU或PUR。它是一種有機高分子材料，被譽為“第五大塑料”。聚氨酯最早于1937年在德國發明，由異氰酸酯（單體）與羥基化合物（聚醚型或聚酯型）在一定比例下反應聚合而成。

PU具有諸多優良特性，包括：

（1）性能可調范圍寬、適應性強；

（2）耐磨性能好；

（3）機械強度大；

（4）粘接性能好；

（5）彈性好，具有優良的復原性，可用于動態接縫；

（6）低溫柔性好；

（7）耐候性好，使用壽命長；

（8）耐油性好；

（9）憎水率高。

聚氨酯是以異氰酸酯和聚醚、聚酯多元醇為主要原料，在發泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合，經高壓發泡而成高分子聚合物，主要分為軟泡（Flexile PU）、硬泡(Rigid PU)、彈性體（PU Elastomers）等幾種類型。

聚氨酯發泡材料是以異氰酸酯和聚醚、聚酯多元醇為主要原料，在發泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合，經高壓發泡而成的高分子聚合物。

聚氨酯軟泡為開孔結構，具有密度低、彈性回復好、吸音、透氣、保溫等性能，發揮的主要功能是緩沖，非常適合作為墊材材料，墊材也是軟泡用量最大的應用領域如床墊、沙發、座椅、枕頭等；同時聚氨酯軟泡也是理想的吸音材料，可以用來制成吸音棉。

聚氨酯軟泡材料

聚氨酯硬泡是一種熱固型塑料，為閉孔結構，具有保溫與防水功能；導熱系數低為0.022~0.1W/(m·Κ)相當于擠塑板的一半，是目前所有同一層次保溫材料中導熱系數最低的。聚氨酯硬泡主要用于建筑行業，如外墻保溫板材、冷藏冷凍設備及冷庫保溫材料、管道保溫材料等。

聚氨酯硬泡材料

聚氨酯復合材料的發展歷程

? 1937年，德國奧托·拜耳發明了聚氨酯

? 20世紀60年代，拜爾與瑞士CIBA公司開發了RIM（反應注射成型工藝）

? 20世紀70年代，美國GE公司推出RIM自動線；玻纖開始用于RIM增強

? 20世紀80年代，出現了S-RIM（結構反應注射成型工藝）；我國引入了RIM技術

? 20世紀80年代以來20多年間，作為FRSP聚氨酯復合材料工藝主要是RIM

?至今，纖維增強聚氨酯復合材料發展了長纖維注射(LFI)、拉擠、纏繞、樹脂傳遞成型等工藝，主要用不發泡的聚氨酯復合材料生產窗框、電線桿、浴缸、汽車大型部件等制品。

其中的聚氨酯拉擠成型已經實現了商業化。在聚氨酯拉擠過程中，可以使用更多的增強纖維，使制品的強度大大提高。同時，由于聚氨酯本身優異的沖擊強度、拉伸強度和層間剪切強度，制品可制得更薄更輕。聚氨酯拉擠材料包括型材、桿件和板材，如梯子桿、工具柄、電線桿橫擔、電線桿、曲棍球桿、貨柜板材等。

聚氨酯拉擠材料最新的應用是門窗系統，它能夠制得更大、更薄而強度足夠的型材，用于大窗框甚至幕墻。這種窗框比鋁、木和塑料窗框更好，具有良好的脹縮性能、耐候性好、外觀經涂漆后可形成木質外觀。

工藝的發展使聚氨酯復材的適用性更加廣泛。

1 節能門窗

在建筑中，門窗、外墻、屋面和地面為建筑主要能耗的四大部位，我國門窗的絕熱性過去相比歐美國家較差。據不完全統計，就我國的典型圍護部件而言，門窗的能耗約為墻體的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，約占圍護部件總能耗的40%～50%。外窗作為建筑耗能的最大漏點，近年來已得到業界廣泛重視，各地區相繼提高了原有節能門窗標準。究其原因，除了經濟水平有落差之外，門窗材料的選用仍是最為重要的原因之一。

隨著經濟發展，符合消費者要求的新型門窗幕墻結構陸續出現,從國外引進的節能門窗在國內已經被多數門窗公司及鋁型材生產廠接受并采用，目前節能窗種類有塑鋼窗、鋁塑復合窗、雙層窗、鋁包木窗、鋁合金隔熱斷橋窗等。

目前全球各國主要采用的門窗材料無外乎鋁合金和PVC兩種。歐美國家市場普遍使用PVC塑鋼門窗，主要因其出色的保溫性能。而在我國，PVC型材因其生產門檻不高，加之用戶采購成本的壓力，導致各類PVC型材產品質量良莠不齊。變形、漏水等各種問題最終致使PVC塑鋼門窗市場口碑不佳，在中高端用戶群體中很難被接受。而鋁合金型材由于金屬材料本身導熱能力強的特性，對節能十分不利，成本居高不下。

據歐洲相關權威機構調查發現，在歐洲市場，聚氨酯拉擠型材門窗作為新一代的節能門窗產品已經成為門窗主流。在我國，聚氨酯拉擠型材門窗也在繁榮興起。科思創、亨斯邁等企業已經在中國市場布局多年，萬科、綠地、上海建工等知名房企采用，還在上海第九人民醫院、西岸人工智能大會B館、以及多個幼兒園及學校等文教、醫療類的公共建筑中得到了使用。

亨斯邁集團與集韌科技共同開發的玻纖增強聚氨酯拉擠型材是將聚氨酯為基體，以玻璃纖維為增強材料，通過先進的注射浸膠拉擠工藝生產出的門窗型材。據相關數字表明，玻纖增強聚氨酯復合材料的生產能耗僅為鋁合金的1/60，生產過程無揮發性組分、無工業廢水排放；且有完整的廢料統一回收體系、研磨制成附框等，可循環利用，是綠色環保的建筑節能解決方案。

玻纖增強聚氨酯復合材料質量輕、強度高，彎曲強度高達1442Mpa，是鋁合金的6~8倍，是鋼的3~7倍，主要用于汽車輕量化、風力發電葉片、航空航天等領域。又因其耐候性優異，耐酸堿、耐鹽霧，被廣泛應用于環境嚴酷的領域，如：海堤、風電、海洋工程等。同時，聚氨酯材料廣泛應用于人體直接接觸的各個方面，包括醫學領域，是公認的安全無害材料，零揮發組分。

玻纖增強聚氨酯復合材料門窗相較于斷橋鋁合金和PVC塑鋼門窗來說，在保溫、抗風壓、氣密性、水密性、隔聲、防火、耐腐蝕等各方面性能都具有明顯優勢。同時型材表面可做各種涂裝處理，效果豐富。該型材的導熱系數是鋁合金的1/700，導熱系數僅0.22W/m·K，所制成的門窗真正做到了門窗“全斷橋”。僅搭配雙玻6Low-E+12A+6即可做到整窗K值1.8，配合三玻可達到被動房標準：K=0.9。針對北京2021年即將執行的整窗K值要求不得大于1.1的新標準，玻纖增強聚氨酯復合材料門窗僅需60系列就可做到K值1.1，而斷橋鋁合金則需要90及以上系列。相較之下，玻纖增強聚氨酯門窗比斷橋鋁和PVC塑鋼門窗性價比更高。

玻纖增強聚氨酯復合材料門窗除了具備保溫表現優異從而降低建筑能耗這一優勢的同時，還有極佳的耐火性能，搭配各種防火玻璃，耐火完整性可做到1~1.5小時。

2 聚氨酯塑膠

聚氨酯塑膠是一種新型的高分子合成材料,該材料具有彈性好、強度高、耐磨、耐低溫、抗老化、防滑、防水、整體黏結性強、施工成型方便等特點,是一種非常好的室內鋪裝和運動場地的鋪裝材料。

聚氨酯塑膠材料主要用于運動跑道、網球場、籃球場、排球場、體操房以及幼兒園活動場地等各類運動設施。聚氨酯作為鋪裝材料,雖然成本很高,但以其優異的性能和良好的效果在建筑業日益受到重視。

3 聚氨酯建筑玻璃密封膠

密封膠主要用于填縫,其使用已遍及建筑、汽車、機床、船舶、飛機等產業領域,但80%用于建筑，每年以2位數的速度增長。建筑用的密封膠主要是聚硫、有機硅以及聚氨酯，而聚氨酯密封膠對各種建筑材料都具有良好的黏合性，可應用于建筑領域的各個部門。并且其價格比有機硅和聚硫密封膠便宜，因此從20世紀90年代開始聚氨酯密封膠的需求量超過有機硅和聚硫密封膠而占主導地位。

聚氨酯密封膠是繼聚硫硅橡膠之后又一個無溶劑型密封膠，通常用于中高層的預制構件的建筑，它是以異氰酸酯基(-NCO)為主料與含活潑氫化合物固化劑反應而成的室溫固化型聚氨酯密封膠，分為單組分和雙組分2種。

單組分的有加入筒形管和密封罐2種，通過與空氣中的水分反應而固化，因此在保存時要存放在陰冷干燥的地方；雙組分是由主料和固化劑組成,使用時需按比例配制,操作比較麻煩。

4 聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料是為了克服傳統的瀝青系列防水涂料和防水卷材不足，于20世紀60年代在歐美和日本出現的一種新型防水涂料。由于其整體防水效果優異、性能穩定可靠、施工維修方便,加上其組成調節靈活,適用于建筑物不同部位的防水和堵漏而受到重視。

聚氨酯防水涂料一般有雙組分和單組分兩種形式，雙組分聚氨酯防水涂料的甲組分一般是由聚醚多元醇與異氰酸酯縮聚而成的端異氰酸酯基(NCO)預聚體，乙組分是含有活潑氫交聯劑的黏稠狀液體，施工時將甲、乙組分按比例混合均勻，涂刷在防水基層上，常溫固化成有彈性的涂膜，從而起到防水的作用。

單組分聚氨酯防水涂料是含NCO端基的預聚體和空氣中的潮氣反應,生成脲鍵而固化成膜。單組分聚氨酯防水涂料克服了雙組分聚氨酯防水涂料施工時需要現場調配的缺點，使用方便，已逐漸受到重視。但單組分聚氨酯防水涂料固化速度受溫度和空氣濕度的影響，冬季固化慢,因此適應性不及雙組分防水涂料。

5 聚氨酯保溫材料

在建筑領域,設計建筑必須考慮絕熱保溫、提高能源效率和降低能耗等問題，硬質聚氨酯泡沫具有質量輕、導熱系數低、耐熱性好、耐老化、容易與其他基材黏結、燃燒不產生熔滴等優異性能，被譽為目前國際上性能最好的保溫材料，廣泛用于建筑物的屋頂、墻體、天花板、地板、門窗等作為保溫隔熱材料。

6 聚氨酯墻地磚陶瓷橡膠模具

隨著建筑陶瓷產量的迅速增長，墻地磚陶瓷模具也面臨著越來越激烈的挑戰。現在的模具生產，已不再滿足于一般常規制造，而是對模具結構和模具材料的最佳選擇，并同時減少和杜絕磚坯缺陷，從而實現整套模具高壽命、高質量、高效率等方面都提出了很高的要求。近年來，根據模具生產形勢，我國用國產設備、國產材料研制開發了聚氨酯橡膠模具，質量已達到進口橡膠模具的水平。

聚氨酯橡膠模具,又叫橡膠模，是在金屬鋼模的表面覆蓋一層有特殊性能的高分子材料的模具，國外從20世紀80年代開始使用，我國雖然起步較晚，但在聚氨酯橡膠模具的研制和制造以及在建筑陶瓷行業的廣泛應用，已處于世界領先水平。

7 聚氨酯道路嵌縫膠

聚氨酯道路嵌縫膠是一種新型雙組分常溫固化嵌縫材料,甲組分為多異氰酸酯預聚體,乙組分為低聚物多元醇和功能助劑的混合物,其產品具有黏結強度好、強度高、彈性好、抗老化、延伸率好、固含量高、使用壽命長、操作方便等特點,并不含焦油和石油樹脂及瀝青等對人體有害的溶劑,廣泛用于高速公路接縫、機場停機坪及跑道、橋面的伸縮縫、地下隧道、水庫堤壩等接縫施工。

8 聚氨酯灌漿材料

聚氨酯灌漿材料是應用于巖上、土木建筑工程中起堵水、防滲、加固作用的一種新型灌漿材料。它遇水后立即反應,體積迅速膨脹,生成一種不溶于水、有較高強度和彈性的凝膠體,廣泛應用于地下工程的防水堵漏、建筑物地基加固、復雜地層的穩固、大壩基礎加固、隧道防止滴水、破碎體加固、地下鐵道基礎加固、橋基加固和裂縫補強、礦井建設中的止水和加固等方面。

聚氨酯灌漿材料分水溶性和油溶性兩種,兩者都能防水、堵漏、加固地基。水溶性聚氨酯灌漿材料包水量大、滲透半徑大。油溶性聚氨酯灌漿材料形成的固結體強度大、抗滲好,適用于加固地表和防水兼備的工程,適用于堵填動水層的涌水和土質表面層的防護。

小結

聚氨酯材料作為一種新型的材料已應用到了各行各業中，發揮的作用也愈來愈大，隨著建筑業的發展、人們對環境保護意識的逐漸提高、聚氨酯新技術的不斷出現，聚氨酯在建筑中的應用還會愈來愈廣泛。

部分素材來源

公眾號聚氨酯技術：聚氨酯在建筑領域的應用舉例

聚氨酯材料（PU）在節能門窗領域中的應用，《建設科技》總第360期，作者 溫格潤節能門窗有限公司 程金學 黃雪瓊