什么是TPU?

ThermoPlastic Urethane

熱塑性聚氨酯彈性體

TPU是一種綠色環(huán)保的新型高性能彈性體材料，屬于聚氨酯下屬熱塑性彈性體的一個分支材料。由二異氰酸酯、大分子多元醇、擴(kuò)鏈劑（低分子二元醇）三類基本原料聚合而成的高分子材料。

兼具橡膠與塑料的性能，與其它類型橡膠及塑料相比擁有能耗低、污染小等明顯優(yōu)點(diǎn)，能有效替代PVC、橡膠、EVA、硅膠等傳統(tǒng)材料；能夠采用多種常規(guī)的塑料加工辦法成型，如注塑、擠出、流延、壓延、吹塑等，廢棄后可重復(fù)加工利用，且在堆肥狀態(tài)下能夠自動降解，對環(huán)境不導(dǎo)致任何污染。符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可連續(xù)發(fā)展的需求，是將來新材料的重點(diǎn)發(fā)展方向之一，市場容量巨大。

經(jīng)過獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特殊理學(xué)/化學(xué)共混改性等手段、以及材料的形貌掌控技術(shù)，賦予TPU以高強(qiáng)度、高耐寒、高耐磨、環(huán)保阻燃、耐水、耐油、耐霉菌等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于國防軍工、電子電器、石油化工、資源勘探、醫(yī)療衛(wèi)生、運(yùn)動裝備等高端制造行業(yè)，是關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵材料。

TPU的發(fā)展歷程

照片源自：美瑞新材招股說明書

TPU最早由德國拜耳機(jī)構(gòu)于1958年研制成功。隨后，德國巴斯夫、美國諾譽(yù)、陶氏化學(xué)等化工企業(yè)亦相繼研制成功。20世紀(jì)70年代，日本引進(jìn)德國TPU生產(chǎn)設(shè)備。隨后，TPU生產(chǎn)技術(shù)從日本傳入臺灣。中國大陸從20世紀(jì)80年代起始接觸TPU生產(chǎn)技術(shù)，但始終未實(shí)現(xiàn)開發(fā)與工藝上的突破。90年代以后，隨著市場對TPU材料的需要增長，在歐美、臺資企業(yè)進(jìn)入大陸后，大陸有些企業(yè)起始進(jìn)行TPU的生產(chǎn)及營銷。

生產(chǎn)原材料

TPU屬于是石油化工的下游制品：生產(chǎn)TPU需要多元醇、MD、BDO、己二酸、乙二醇等原材料，這些原材料都是石油衍生品或副制品，其價格會受到宏觀經(jīng)濟(jì)原因及石油價格波動的影響。

結(jié)構(gòu)類型

PU是由于軟鏈段與硬鏈段交互嵌段共聚形成的線型聚合物。軟段是柔性鏈段，重點(diǎn)影響TPU材料的彈性和耐低溫性能；硬段是剛性鏈段，重點(diǎn)影響TPU的硬度、耐熱性能、機(jī)械性能等。軟段和硬段交替擺列，能夠賦予TPU優(yōu)良的性能。按照軟段與硬段的區(qū)別能夠分為以下的類型：

資料源自：CNKI,華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)，華安證券科研所

TPU的生產(chǎn)工藝

近年來，我國TPU行業(yè)技術(shù)水平在自主創(chuàng)新能力方面有了顯著加強(qiáng)，雙螺桿反應(yīng)擠出等部分技術(shù)水平已接近國際先進(jìn)水平，但行業(yè)整體技術(shù)水平仍有很強(qiáng)的提高空間。原料配方是TPU的技術(shù)核心，聚酯二元醇中二元酸和二元醇的種類以及比例等都對TPU性能產(chǎn)生影響，TPU中異氰酸酯種類、以及與多元醇的匹配以及助劑的選取等亦會對TPU性能產(chǎn)生影響。

資料源自：

《中國聚氯酯工業(yè)協(xié)會彈性體專業(yè)委員會2005年年會論文集》、華安證券科研所

TPU材料的優(yōu)點(diǎn)

（1） 硬度范圍廣：經(jīng)過改變TPU各反應(yīng)組分的配比，能夠得到區(qū)別硬度的制品，從邵氏A50～D85，跨越了橡膠和塑料的硬度，并且在全部硬度范圍內(nèi)擁有高彈性和耐磨性。

（2） 機(jī)械性能明顯：TPU制品擁有熱塑性彈性體中較高的抗張強(qiáng)度、良好的彈性和抗沖擊性能，以及優(yōu)異的耐磨性能，綜合機(jī)械性能在熱塑性彈性體中較為明顯，優(yōu)良顯著。

（3） 耐高/低溫：TPU的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，尤其是聚醚型TPU的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到-60oC以下，能夠在低至-40oC環(huán)境中依然保持良好的柔順性和其他理學(xué)性能；常規(guī)聚酯型TPU可在-25o環(huán)境中長時間運(yùn)用。同期，TPU擁有非常好的耐熱穩(wěn)定性，常規(guī)TPU可在80oC以下環(huán)境中長時間運(yùn)用，部分制品可在120oC環(huán)境中長時間運(yùn)用。

（4） 加工性能好：TPU可采用常規(guī)的熱塑性材料的加工辦法進(jìn)行加工，如注塑、擠出、壓延、流延、吹塑、粉末燒結(jié)等。

（5） 環(huán)保性能明顯：TPU從化學(xué)形成方向重點(diǎn)分為聚酯、聚醚兩種類型。聚醚型TPU擁有較強(qiáng)的抗水解性和抗微生物性，而聚酯型TPU因有較強(qiáng)的水解性和微生物降解性，其自然降解性和環(huán)保特征較為顯著，在特定要求下可在數(shù)月內(nèi)完全分解。

（6） 可塑性強(qiáng)：TPU與某些高分子材料如TPE、PA、POM、PC、PVC等共混改性，能夠得到性能互補(bǔ)的聚合物合金，改善其他材料的彈性、耐磨性、抗沖擊性能等；同期可經(jīng)過添加阻燃劑、抗靜電劑、導(dǎo)電劑等，賦予材料阻燃、抗靜電、導(dǎo)電等特殊性能，從而拓寬應(yīng)用行業(yè)。

（7） 可設(shè)計(jì)性強(qiáng)：因?yàn)?/span>TPU的原材料多元醇、擴(kuò)鏈劑、異氰酸酯的多樣性，以及非常寬的配方可調(diào)節(jié)性，TPU制品的差異化和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可按照客戶的詳細(xì)需要而定制研發(fā)。

（8） 高透明：在所有熱塑性彈性體材料中，熱塑性聚氨酯彈性體在透明度方面性能優(yōu)異，這一透明度特性賦予了TPU材料更加多的可設(shè)計(jì)特殊，用于制備透明的玩具、裝飾品、鞋服等個人消費(fèi)品以及管材、薄膜等工業(yè)透明品等行業(yè)，透明性優(yōu)良顯著。

（9） 耐油/耐水性能：相比傳統(tǒng)的丁腈橡膠和其它彈性體材料，TPU擁有優(yōu)異的耐油性能，可應(yīng)用于對耐油性有高需求的汽車、工業(yè)傳送、液壓、傳動、密封等行業(yè)，擁有極好的耐油壽命；同期，聚醚型TPU擁有優(yōu)異的耐水、耐菌性能，能夠用于傳送或儲運(yùn)等有水的工作環(huán)境中，以及戶外用品等高濕度工作環(huán)境中。

（10） 耐候性能：TPU材料良好的耐高、低溫性能和耐水、耐菌、抗老化和抗UV性能，統(tǒng)叫作為耐候性能，可用于眾多戶外消費(fèi)品和工業(yè)品的生產(chǎn)。

TPU的行業(yè)分析

產(chǎn)業(yè)鏈

TPU行業(yè)上游原材料重點(diǎn)來自石油、煤衍生品或副制品，包含MDI、多元醇、BDO、己二酸、EDO等重點(diǎn)原材料。中游為聚氨酯，TPU屬于聚氨酯彈性體的一種，處在石油化工的下游制品，更為接近終端的消費(fèi)市場。在日用消費(fèi)品、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康、國防軍工等多個百姓經(jīng)濟(jì)行業(yè)需要連續(xù)增多，下游覆蓋行業(yè)非常廣闊，持有龐大的消費(fèi)市場。

資料源自:美瑞新材招股說明書

全世界TPU產(chǎn)量規(guī)模

數(shù)據(jù)源自：立鼎產(chǎn)業(yè)科研中心

2016年全世界TPU產(chǎn)量為86.1萬噸，2020年增長至109.2萬噸。2020年TPU全世界產(chǎn)量109.2萬噸，橡膠全世界產(chǎn)量1,278.2萬噸，PVC全世界產(chǎn)量5,425.9萬噸。基于良好的性能優(yōu)良和環(huán)保優(yōu)良，TPU能有效代替PVC、橡膠、EVA和硅膠等傳統(tǒng)材料。與以上可替代類似材料產(chǎn)能產(chǎn)量相比，TPU產(chǎn)量仍較小，將來替代增漲空間巨大。

全世界TPU材料行業(yè)消費(fèi)狀況

數(shù)據(jù)源自：立鼎產(chǎn)業(yè)科研中心

TPU全世界消費(fèi)占比以亞太地區(qū)為主，亞洲和澳洲市場增速最快。從全世界范圍看，TPU需要差異化很強(qiáng)，2020年亞太地區(qū)TPU消費(fèi)占比為60.3%，北美地區(qū)消費(fèi)占比17.7%，歐洲地區(qū)消費(fèi)占比16.8%，其他地區(qū)消費(fèi)占比5.2%。

亞洲和澳洲地區(qū)的TPU消費(fèi)增速高于全世界平均增速，歐美地區(qū)TPU消費(fèi)增速與全世界TPU消費(fèi)水平增速相當(dāng)，非洲以及南美地區(qū)對TPU消費(fèi)增速最低。將來全世界TPU的市場增速仍以亞洲以及歐美等地區(qū)為主。

中國TPU材料行業(yè)狀況

數(shù)據(jù)源自：天天化工網(wǎng)

2016年，我國TPU消費(fèi)量32.1萬噸，2021年，TPU消費(fèi)量已然達(dá)到60.2萬噸，2022年，受宏觀環(huán)境影響終端消費(fèi)疲弱，加上TPU上游原料價格處在歷史較高水平，國內(nèi)TPU消費(fèi)量同比下降5.48%，降至56.9萬噸。2017-2022復(fù)合增長率達(dá)到10.4%，已然占據(jù)全世界TPU市場的消費(fèi)大戶。在低端市場TPU材料在取代PVC、EVA等材料，高端市場是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵材料，市場前景廣闊，預(yù)計(jì)到2026年其消費(fèi)量將達(dá)到90萬噸上下，將來五年年復(fù)合增長率在10%上下。

面對TPU巨大的消費(fèi)市場和廣闊的市場前景，跨境企業(yè)如：美國路博潤、美國亨斯邁、德國科思創(chuàng)、德國巴斯夫等紛紛在我國新建或擴(kuò)建生產(chǎn)基地，我國TPU企業(yè)面臨著很強(qiáng)的競爭壓力。

中國TPU材料行業(yè)的頭部企業(yè)和行業(yè)競爭格局

日前國內(nèi)TPU生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)分為三種類型：

第1類：以萬華化學(xué)、華峰化學(xué)為表率的持有MDI、多元醇或己二酸等重點(diǎn)原材料規(guī)模化生產(chǎn)能力的化工企業(yè)。這類企業(yè)的特點(diǎn)是持有渾厚的化工生產(chǎn)基本、產(chǎn)業(yè)鏈長、整體規(guī)模大，擁有顯著的成本優(yōu)良，業(yè)務(wù)行業(yè)亦不限于TPU行業(yè)。

第二類：以美瑞新材為表率的專注于TPU的開發(fā)生產(chǎn)，并以技術(shù)創(chuàng)新和專業(yè)服務(wù)為核心的企業(yè)。這類企業(yè)成長快速，技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，在市場研發(fā)、客戶服務(wù)等方面表現(xiàn)出競爭優(yōu)良，在細(xì)分市場發(fā)展較快。

第三類：是數(shù)量眾多的小型企業(yè)，制品單1、技術(shù)含量低、生產(chǎn)環(huán)境存在區(qū)別程度的安全或環(huán)保問題，這類企業(yè)競爭力相對不足。

數(shù)據(jù)源自：率捷咨詢

但從整體上看，我國TPU生產(chǎn)企業(yè)大多屬于小型或微型企業(yè)，技術(shù)研發(fā)能力薄弱、生產(chǎn)分散、自動化水平低、規(guī)模生產(chǎn)能力不足、缺乏核心競爭力，重點(diǎn)制品集中在技術(shù)含量低、競爭激烈的中低端制品市場。

TPU材料的重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)

數(shù)據(jù)源自：美瑞新材招股說明書

將來TPU材料的增長行業(yè)

1）頁巖油氣橡膠軟管

頁巖油氣開采是橡膠軟管行業(yè)的重要下游行業(yè)。因?yàn)?/span>頁巖油氣開采擁有高難度、高繁雜性，頁巖油氣管材對制品性能需求極高，如抗壓性、耐磨性、耐腐蝕性、抗撕裂等方面的需求極高，TPU材料能夠滿足行業(yè)管材需要。頁巖油氣開采行業(yè)的快速發(fā)展有利于助力TPU管材市場的興旺和長足發(fā)展。按照國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)表示，2022年頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到240億立方米，較2018年增多122%。

2）TPU薄膜

3）中高端鞋材

中國做為世界上最大的鞋類生產(chǎn)和出口國，運(yùn)動鞋市場保持相對快速的增長，近5年年均復(fù)合增長率達(dá)到近18%。

與傳統(tǒng)鞋底材料相比，TPU材料性能更佳，擁有卓越的回彈性、減震性，被廣泛用于鞋大底、鞋中底、氣墊、鞋飾、鞋面紗線等，因此呢鞋材是TPU下游應(yīng)用第1大市場，2021年占比高達(dá)31%。將來，隨著技術(shù)進(jìn)一步成熟，全鞋采用TPU材料將在鞋類行業(yè)掀起新熱潮，帶動TPU發(fā)泡鞋底材料需要放量。

電線電纜

4）電線電纜

（1） 傳統(tǒng)的電線電纜

2021年敗興我國電線電纜行業(yè)市場預(yù)測規(guī)模如下：

數(shù)據(jù)源自：前瞻產(chǎn)業(yè)科研院

電線電纜的傳統(tǒng)重點(diǎn)原材料為銅、鋁等金屬材料以及橡塑材料，其中橡塑材料占比達(dá)20%。隨著環(huán)保政策持續(xù)收緊，線纜料回收、降解將作為一個巨大的問題，而TPU材料做為一種可降解材料，有得天獨(dú)厚的優(yōu)良，能夠對原來的材料進(jìn)行替代；同期，擁有高附加值的特種電纜制品比例亦將持續(xù)增多，而做為優(yōu)秀的護(hù)套絕緣材料的TPU線纜勢必將得到電線電纜市場份額的，將來TPU材料在線纜行業(yè)的用量將持續(xù)增長。

（2） 新能源汽車配套的電線電纜

隨著新能源汽車市場迎來高速發(fā)展期，配套設(shè)備充電樁需要旺盛，充電基本設(shè)備進(jìn)入快速發(fā)展周期：按照中國電動車充電基本設(shè)備促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)暗示，截止2023年5月我國充電設(shè)備累計(jì)數(shù)量為635.6萬臺，同比2022年5月份增多77.5%。2023年1-5月，充電基本設(shè)備增量為114.7萬臺，新能源汽車銷量294.0萬輛，充電基本設(shè)備與新能源汽車?yán)^續(xù)快速增長，樁車增量比為1：2.6。

由于長時間戶外運(yùn)用且拖拽頻繁，新能源汽車充電樁線纜對材料性能的需求比較高，我國針對充電樁線纜制定了專門的檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T33594，對線纜護(hù)套材料種類、性能做了知道規(guī)定，日前我國市場重點(diǎn)采用TPU和TPE材料。TPE材料的耐熱性、強(qiáng)伸性、耐候性、耐油性及耐磨性相對TPU存在必定差距，因此呢將來TPU替代空間非常廣闊。

綜上所述，在將來新能源汽車市場滲透率持續(xù)加強(qiáng)，配套基本設(shè)備持續(xù)完善的趨勢下，電線電纜應(yīng)用行業(yè)對TPU材料的需要將得到進(jìn)一步釋放。

綜述

盡管TPU材料在中國的發(fā)展時間僅有40余年的時間，在制品配方、生產(chǎn)工藝等方面與行業(yè)領(lǐng)先的跨境企業(yè)存在必定的差距。但經(jīng)太多年的發(fā)展，中國的技術(shù)逐步完善，TPU制品的種類和產(chǎn)量都有了顯著進(jìn)步，無論是產(chǎn)量還是銷量都在全世界TPU材料市場上霸占著重要的地位?；赥PU優(yōu)秀的可拓展性和寬廣的可應(yīng)用性，將來市場前景廣闊。

政策法規(guī)

隨著社會對節(jié)能、環(huán)保、可連續(xù)發(fā)展注重程度的持續(xù)加強(qiáng)，國家積極引導(dǎo)、支持新材料行業(yè)的發(fā)展，以帶動材料工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。彈性體制造屬于國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，TPU屬于國家重點(diǎn)制品和服務(wù)，始終受到國家關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)政策的支持。TPU做為有望替代PVC、橡膠、EVA、硅膠等傳統(tǒng)材料的新型環(huán)保材料，受到國家政策的重點(diǎn)關(guān)注與扶持被加入《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)歸類（2018）》重點(diǎn)制品和服務(wù)目錄。其他關(guān)聯(lián)偵測內(nèi)容如下：

資料源自：

華安證券科研所、行業(yè)經(jīng)濟(jì)科研網(wǎng)、智研咨詢、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)、天天化工網(wǎng)、前瞻性產(chǎn)業(yè)科研院、美瑞新材招股說明書、中國電動車充電基本設(shè)備促進(jìn)聯(lián)盟、中國公安部、率捷咨詢、立鼎產(chǎn)業(yè)科研中心、天天化工網(wǎng)、《中國聚氯酯工業(yè)協(xié)會彈性體專業(yè)委員會2005年年會論文集》、華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)、CNKI等。

參考文獻(xiàn)

《國內(nèi)外熱塑性聚氨酯材料的技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展》作者：陳斌

《國內(nèi)外聚氨酯行業(yè)情況分析科研》作者：秦穎

《熱塑性聚氨酯彈性體技術(shù)與市場發(fā)展近況》作者：黃茂松

《耐低溫?zé)崴苄跃郯滨椥泽w的合成及其性能科研》作者：耿燕斐

化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，《聚氨酯彈性體的新發(fā)展》作者：李汾