在材料加工与应用领域，收缩率是一个至关重要的参数，它直接关系到制品的尺寸精度、形状稳定性以及后续的装配和使用。TPU(热塑性聚氨酯弹性体)和TPR(热塑性橡胶，通常指以SBS、SEBS等为基材的热塑性弹性体复合材料)作为两种常用的热塑性弹性体材料，广泛应用于鞋材、玩具、汽车内饰、电线电缆护套等多个行业。TPU和TPR的收缩率究竟是不是一样的呢?要解答这个问题，我们需要深入了解TPU和TPR的化学结构、物理性能、加工工艺以及影响收缩率的诸多因素。

TPU的结构、性能与收缩率特点

TPU的化学结构

TPU是由二异氰酸酯、扩链剂和多元醇通过聚合反应形成的线性或轻度交联的高分子材料。根据多元醇的类型不同，TPU可分为聚酯型TPU和聚醚型TPU。聚酯型TPU以聚酯多元醇为软段，具有较高的强度、耐磨性和耐油性；聚醚型TPU则以聚醚多元醇为软段，具有更好的耐水解性、低温柔韧性和弹性。这种独特的化学结构赋予了TPU一系列优异的性能。

TPU的物理性能

TPU具有优异的弹性，其弹性恢复率可达95%以上，能够在受力后迅速恢复原状。TPU还具有良好的机械强度，包括较高的拉伸强度、撕裂强度和弯曲强度，能够承受较大的外力而不发生破坏。TPU的耐磨性也非常出色，其耐磨性能是天然橡胶的3 – 5倍，这使得它在需要频繁摩擦的场合具有广泛的应用。

TPU收缩率的影响因素及特点

材料类型：如前文所述，聚酯型TPU和聚醚型TPU由于软段结构的不同，收缩率也会有所差异。聚酯型TPU的收缩率相对较大，这是因为聚酯多元醇中的酯基在加工过程中可能会发生一定的水解或酯交换反应，导致分子链结构发生微小变化，从而影响制品的尺寸稳定性。而聚醚型TPU由于聚醚软段的耐水解性较好，收缩率相对较小。

硬度：TPU的硬度对其收缩率有显著影响。通常情况下，硬度越高的TPU，收缩率越小。这是因为高硬度的TPU分子链排列更加紧密，分子间作用力较大，在冷却过程中分子链的运动受到限制，导致收缩程度减小。相反，低硬度的TPU分子链较为柔软，在冷却过程中分子链容易发生重新排列和收缩，收缩率相对较大。

加工工艺：注射成型是TPU制品常用的加工方法之一。在注射成型过程中，注射压力、注射速度、模具温度和冷却时间等工艺参数都会对TPU的收缩率产生影响。较高的注射压力可以使TPU熔体更好地填充模具型腔，减少制品内部的孔隙和缺陷，从而降低收缩率。较快的注射速度可以缩短熔体在模具中的停留时间，减少熔体的冷却收缩。较高的模具温度会使TPU熔体在模具中的冷却速度减慢，分子链有更多的时间进行重新排列，可能导致收缩率增大；而较低的模具温度则会加快冷却速度，限制分子链的运动，使收缩率减小。适当的冷却时间可以确保制品充分冷却定型，减少后收缩。如果冷却时间不足，制品在脱模后可能会继续收缩，影响尺寸精度。

制品形状和尺寸：制品的形状和尺寸也会对TPU的收缩率产生影响。对于形状复杂、壁厚不均匀的制品，由于在冷却过程中不同部位的冷却速度不同，会导致收缩不均匀，从而产生内应力和变形。壁厚较厚的部位收缩率较大，壁厚较薄的部位收缩率较小。制品的长度和宽度方向上的收缩率也可能存在差异，需要根据具体情况进行考虑和调整。

TPR的结构、性能与收缩率特点

TPR的化学结构

TPR通常是以SBS（苯乙烯 – 丁二烯 – 苯乙烯嵌段共聚物）、SEBS（氢化苯乙烯 – 丁二烯 – 苯乙烯嵌段共聚物）等为基材，通过添加油、树脂、填充剂和其他助剂共混改性制成的复合材料。SBS和SEBS具有独特的两相结构，即苯乙烯段形成的硬段和丁二烯段形成的软段。这种结构使得TPR既具有橡胶的弹性，又具有热塑性塑料的加工性能。

TPR的物理性能

TPR具有良好的柔韧性和弹性，能够在较宽的温度范围内保持其性能。它的手感柔软，表面光泽度较好，可以根据需要调配出各种颜色。TPR的加工性能优良，可以采用注塑、挤出、吹塑等常规的热塑性塑料加工工艺进行成型加工，无需硫化处理，生产效率高，成本低。

TPR收缩率的影响因素及特点

基材类型：SBS基TPR和SEBS基TPR由于基材结构的不同，收缩率也会有所区别。SEBS基TPR相对于SBS基TPR来说，由于丁二烯段经过了氢化处理，分子链的稳定性更好，在加工过程中的收缩率相对较小。而SBS基TPR的分子链中含有较多的双键，在加工过程中可能会受到热、氧等因素的影响，发生一定程度的降解或交联反应，导致收缩率相对较大。

填充剂含量：在TPR中添加填充剂（如碳酸钙、滑石粉等）可以降低成本，同时也会对收缩率产生影响。随着填充剂含量的增加，TPR的收缩率会减小。这是因为填充剂颗粒填充在TPR分子链之间，限制了分子链的运动，减少了制品在冷却过程中的收缩。过多的填充剂可能会导致制品的强度和弹性下降，影响其使用性能。

加工工艺：与TPU类似，注射成型也是TPR制品常用的加工方法。注射压力、注射速度、模具温度和冷却时间等工艺参数同样会影响TPR的收缩率。较高的注射压力和较快的注射速度可以使TPR熔体更好地填充模具型腔，减少收缩。模具温度和冷却时间的调整也需要根据TPR的具体特性和制品要求进行优化，以获得合适的收缩率和尺寸精度。

制品厚度：制品的厚度对TPR的收缩率有较大影响。较厚的制品在冷却过程中，内部和外部的冷却速度差异较大，导致收缩不均匀，容易产生内应力和变形。制品厚度越大，收缩率越大。在设计TPR制品时，需要合理控制制品的厚度，以减少收缩带来的尺寸偏差。

TPU和TPR收缩率的对比分析

收缩率数值范围

从整体上看，TPU和TPR的收缩率都受到多种因素的影响，但它们的收缩率数值范围存在一定的差异。TPU的收缩率范围在0.5% – 3%之间，具体数值取决于TPU的类型、硬度、加工工艺等因素。而TPR的收缩率范围相对较宽，通常在1% – 5%之间，不同基材、填充剂含量和加工工艺下的TPR收缩率差异较大。

收缩趋势的相似性与差异性

TPU和TPR在收缩趋势上有一定的相似性。随着硬度的增加，两者的收缩率都会减小；在注射成型过程中，较高的注射压力和较快的注射速度都有助于降低收缩率。它们也存在一些明显的差异性。TPU的收缩率受材料类型（聚酯型或聚醚型）的影响较大，而TPR的收缩率则更多地受到基材类型（SBS或SEBS）和填充剂含量的影响。TPU的分子链结构相对较为规整，在冷却过程中的收缩行为相对较为稳定；而TPR由于是共混改性材料，分子链之间的相互作用和排列方式较为复杂，收缩行为可能会受到更多因素的影响，导致收缩不均匀性相对较大。

实际应用中的收缩率表现

在实际应用中，TPU和TPR的收缩率表现会对制品的质量和性能产生重要影响。对于一些对尺寸精度要求较高的制品，如精密电子零件、医疗器械等，需要选择收缩率较小、尺寸稳定性较好的TPU材料。而对于一些对尺寸精度要求相对较低、更注重柔韧性和手感的制品，如玩具、鞋材等，TPR材料可能是一个更合适的选择，但也需要通过合理的加工工艺和配方设计来控制收缩率，以满足制品的使用要求。

控制TPU和TPR收缩率的方法与策略

材料选择

在材料选择阶段，应根据制品的具体要求选择合适的TPU或TPR材料。如果对尺寸精度要求较高，可以选择硬度较高、收缩率较小的TPU材料，或者选择SEBS基、填充剂含量较高的TPR材料。要选择质量稳定、性能可靠的材料供应商，确保材料的质量符合要求。

配方优化

通过优化TPU或TPR的配方，可以有效控制收缩率。对于TPU，可以调整二异氰酸酯、扩链剂和多元醇的比例，或者添加一些收缩抑制剂等助剂来降低收缩率。对于TPR，可以合理调整SBS或SEBS基材、油、树脂和填充剂的含量，以达到最佳的收缩率控制效果。适当增加填充剂的含量可以减小收缩率，但要注意填充剂对材料其他性能的影响。

加工工艺调整

在加工过程中，合理调整注射压力、注射速度、模具温度和冷却时间等工艺参数是控制收缩率的关键。可以通过实验和模拟的方法，找到最佳的工艺参数组合，以获得合适的收缩率和尺寸精度。采用分段冷却的方法，先对制品进行快速冷却，使其表面迅速定型，然后再缓慢冷却，减少内部收缩，从而减小收缩不均匀性。

模具设计

模具设计也会对TPU和TPR制品的收缩率产生影响。合理的模具结构可以保证制品在冷却过程中均匀收缩，减少内应力和变形。在模具中设置适当的冷却水道，使制品各部位的冷却速度均匀；对于形状复杂的制品，可以采用镶块结构或增加脱模斜度等方法，便于制品脱模，减少因脱模困难而导致的收缩变形。

结论

TPU和TPR的收缩率并不是一样的。它们在化学结构、物理性能、影响收缩率的因素以及收缩率特点等方面都存在明显的差异。TPU的收缩率受到材料类型、硬度、加工工艺等多种因素的影响，收缩率范围相对较窄；而TPR的收缩率则更多地受到基材类型、填充剂含量和加工工艺的影响，收缩率范围相对较宽。在实际应用中，我们需要根据制品的具体要求，综合考虑TPU和TPR的性能特点、收缩率表现以及成本等因素，选择合适的材料，并通过材料选择、配方优化、加工工艺调整和模具设计等方法来控制收缩率，以确保制品的质量和性能满足使用要求。随着材料科学和加工技术的不断发展，相信我们对TPU和TPR收缩率的控制将会更加精准，为这两个材料在各个领域的广泛应用提供更有力的支持。

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