由于热塑性聚氨酯具有优异的耐磨性、较高的拉伸强度和伸长率，同时兼具低温柔韧性，以及硬度范围广、承载能力大等性能，应用范围十分广泛，如汽车车体外部配件、电缆护套等、工业胶管、齿轮、密封件、胶带、滑雪鞋和各种胶轮等。但是，由于TPU生产成本高、加工性能不如聚烯烃等，从而限制了了它的进一步推广应用。因此，人们正在通过种种努力，在TPU中掺加与之相容的聚合物，制成聚合物“合金”，从而达到降低成本、改善某些特殊性能的目的。另外，TPU作为塑料改性剂，可赋予塑料某些特殊性能。由于TPU的热塑性，其共混体系的开发潜力比热固性共聚体系要大。
5.4.4.1 TPU与聚合物的共混体系
共混的目的是为了获得单一聚合物所不具备的综合性能。TPU与热塑性塑料共混体系的性能与许多因素有关，最重要的因素是TPU与塑料之间的相容性。TPU与塑料共混体系的相容性与它们各自的溶度参数、极性、表面张力、结晶能力、粘度等诸因素有关。科研开发人员对TPU-ABS、TPU-PVC、TPU-POM、TPU-PC等共混体系做了大量的工作，已有部分产品投入市场，并且应用到汽车工艺中。
（1）TPU-PVC合金
用聚氯乙烯（PVC）改性TPU，可降低TPU的成本，改进TPU的加工性能，改善材料耐侯性，提高TPU的阻燃性、改善TPU的耐热性能以及其它性能；用TPU改性PVC可改善后者的耐磨性、抗冲击性能、耐油和耐化学品性能、低温性能及粘附性能。
PVC与聚酯型TPU共混比与聚醚型TPU共混效果好。
通常先将PVC、增塑剂和硬脂酸等用二联辊预混合，再加入到热塑性聚氨酯弹性体中混炼混合，然后，按照所选用的加工方法和工艺成型。
日本DIC公司曾对聚己内酯-MDI型TPU(Pandex5000)和硬PVC的共混改性进行研究，实验结果如表5-21所示。他们采用的方法是首先把PVC、环氧增塑剂、硬脂酸盐在双辊上与混合成成片，然后再加TPU混炼10min，加压成型制成试片。其50/50共混物成片条件为：混合温度160~170℃，制作试片温度160~170℃，压力20MPa，试片厚度2mm.
表5-21 TPU和PVC共混聚合物样品的力学性能
|
TPU/PVC质量比
|
0/100
|
25/75
|
50/50
|
75/25
|
100/0
|
|
邵氏硬度
拉伸强度/MPa
断裂伸长率/%
100%模量/MPa
200%模量/MPa
300%模量/MPa
简支梁冲击度/（kJ／㎡）
|
86D
75.8
10
―
―
―
8.5
|
75D
41.1
160
15.0
―
―
60
|
96A
21.4
550
14.1
19.0
20.8
不断
|
87A
18.0
700
6.8
10.0
12.7
不断
|
84A
22.7
800
4.9
7.5
10.0
不断
|
注：配方中均加硬脂酸锌及硬脂酸钡各1份，环氧增塑剂5份。
从表5-21可以看出，TPU的混入明显提高了硬质聚录乙烯的冲击强度和伸长率，且增加的幅度较大，尽管TPU的加入使PVC的强度和硬度等有所下降。TPU对PVC有良好的增塑效果，是PVC的永久增塑剂，可替代DOP增塑PVC，克服增塑剂迁移问题。
TPU与PVC共混，采用相容化改性剂（如氯化聚乙烯）可明显改善共混物的性能。。日本塑料技术公司开发出一种热塑性聚氨酯-聚氯乙烯弹性体。这种材料以TPU和PVC及第三组分配合后经混炼而成，充分发挥了TPU和PVC两者的优良特性，TPU作为PVC的增塑剂使用，PVC材料的脆化温度也由-30℃降低到-68℃，达到了特殊耐寒等级。另一方面，由于有效的利用了PVC树脂加工良好的特性，因而不需要特殊的加工机械，采用挤出、注射、压延等方法均可成型。利用PVC的特性还解决了TPU的耐水性和耐候性，消除了单一TPU材料变色、褪色问题。其材料具有优良的耐油性、耐热性、耐磨性和透明性，可自由着色。该公司具有配合食品用耐寒、柔软、高回弹性等特殊品级的多种产品。此外，正在开拓薄膜、人造革、片材、软管、车内装潢、家具等方面用途的材料。
由热塑性聚氨酯弹性体与软质聚氯乙烯共混而成的塑料已用于特殊功能的输液和输血双压医用胶管。
（2）POM-TPU合金 聚甲醛（POM）是高密度、高结晶性的线性聚合物。由于POM的原料价廉易得，产品有坚硬耐磨、耐疲劳和尺寸稳定等优良性能，且成型加工方便，是一种重要的热塑性工程塑料，使用范围广泛。但是POM脆性大，抗冲击性能差，限制了它的应用范围。为了改善其韧性，通常加入增韧组分，如聚氨酯。国内外在TPU和POM共混方面也做了大量工作TPU有很好的韧性，能与POM部分混溶。单纯以热塑性聚氨酯与聚甲醛共混，共混物的缺口冲击强度的增加的幅度十分有限。为了增强共混物的界面粘结，可在共混物体系加入适当的增溶剂，有利于共混的进行，以取得很好的共混效果。国内有研究表明当聚甲醛与聚氨酯配比为60:40时，与未加增溶剂体系相比，缺口冲击强度提高了2.5倍以上，最大值约为纯聚甲醛缺口冲击强度的10倍，拉伸强度也略有上升。
TPU-POM共混树脂的熔融粘度较TPU熔融粘度低，容易加工，但共混树脂较POM易蠕变。据DuPont公司介绍，模具温度要控制在70℃以下，因为较低的模具温度可使TPU粒径边小，促使其在POM基体中均匀分散；亦可使POM结晶化速度降低，内部应力减小。
聚氨酯除了增韧作用，还是成核中心，是POM晶体变得更细。由于PU加入，被增韧POM的机械性能及摩擦性能不同。用10%PU增韧并填充聚四氟乙烯（PTFE）及硅油的POM具有较好的湿润滑性能及耐磨耗性能。增韧POM用于制造聚合物轴承、接头等。
均聚甲醛的分子量、TPU的类型、TPU中软链段的玻璃化温度、POM与TPU的比例、加工条件是影响共混物性能的主要因素。在增韧POM中，聚甲醛占60%~95%（质量分数），要求其软段的分子量一般为1000~2500.TPU的玻璃化转变温度应低于-15℃。其它条件相同时，T
g愈低，共混材料的抗冲击率愈高
。在POM中加入TPU，以般使POM得拉伸强度下降，而冲击强度增加，但随着TPU用量增加到某一程度，冲击强度达到最大值后下降。
国外TPU-POM共混树脂商品牌号较多，如杜邦公司的DebrinST及T系列增韧POM,Hoechst-Celanese公司的Celon,用于制作链轮、仪表盘柱脚、开关按钮、玩具夹、汽车车身部件、运动设备及吹塑制品等。
也可以用POM改性TPU。TPU中添加5%~20%的POM，可改善树脂的挤出和吹塑加工性能；添加30%~50%的POM时，树脂的耐热性、抗湿老化及耐溶剂性能比纯TPU树脂提高。
（3）TPI-PC合金
双酚A型聚碳酸酯（PC）坚硬而有韧性，具有高抗冲击性、尺寸稳定性和很宽的使用温度，以及良好的电绝缘体和耐蠕变性等，应用范围很广。但其耐开裂性和耐溶剂性较差，可在PC中掺混其它聚合物的耐溶剂、耐化学品和应力开裂性能得到改善；PC可赋予共混物较好的拉伸强度、弯曲模量、热变形温度、线型热膨胀系数和加工性。TPU与PC共混物的物理性能见表5-22
表5-22 TPU同PC共混物的物理性能
|
TPU/PC质量比
|
100/0
|
80/20
|
60/40
|
40/60
|
20/80
|
0/100
|
|
邵氏硬度
拉伸强度/MPa
断裂伸长率/%
100%模量/MPa
200%模量/MPa
300%模量/MPa
弯曲模量/MPa
撕裂强度/（kN／m）
|
67
48.3
370
26.9
30.3
37.9
459
236
|
72
33.8
305
31.4
36.6
34.5
703
223
|
77
47
210
37.2
46.9
―
1069
211
|
79
55.2
175
45.5
―
―
1717
228
|
82
55.9
150
51.7
―
―
2241
228
|
83
49.6
40
―
―
―
2386
193
|
注：TPU由PBA-MDI-BD合成，软段质量分数37.5%。
聚碳酸酯与TPU共混能提高TPU弹性体的硬度、强度、屈挠模量、热稳定性、耐油和耐水解性，在汽车工业中有着较为广泛的应用。一些公司已开发了TPU-PC共混物，如Mobay公司开发的Texin系列的注射级TPU-PC产品
。
（4）TPI-ABS合金
由于ABS树脂（聚丙烯
腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）具有良好的刚性、抗冲击性、高硬度、低线性膨胀系数和良好的加工性能，已被广泛用作结构材料。在ABS中添加少量TPU共混可以改善ABS的耐磨性、低温耐冲击性能、可涂饰性、耐油性。在TPU中添加ABS共混降低了成本，并改进了TPU的耐热性和加工性能。美国Dow化学公司开发了TPU与ABS合金，并已在汽车保险杠上得到应用。
国内安徽大学高分子研究所利用TPU改性ABS，成功地制造了纺织行业用纬纱管。
将TPU与ABS干燥处理后，按配比在双辊混炼机中进行共混，再用平板压片。工艺条件为：双辊温度135~145℃，共混时间10~15min。不同配比的TPU与ABS力学性能列于表5-23.
表5-23
不同配比TPU/ABS的力学性能
|
TPU/ABS质量比
|
0/100
|
5/95
|
10/90
|
20/80
|
30/70
|
100/0
|
|
拉伸强度/MPa
弯曲强度/MPa
冲击强度/（kJ／㎡）
缺口
无缺口
压缩强度/MPa
|
37.8
70.0
17.9
22.5
78.5
|
35.6
78.5
22.4
44.5
68.5
|
34.5
73.3
29.6
71.4
63.4
|
32.0
72.1
―
87.0
62.6
|
25.4
70.8
24.9
57.3
61.2
|
33.8
78.5
―
不断
66.5
|
从表5-22可以看出，少量TPU可明显改善ABS的弯曲强度和冲击强度。随TPU含量的增大，共混材料的冲击强度增加。共混物仍保持了ABS的质轻刚硬、尺寸稳定的优点，耐磨性也达到了改善。
（5）TPU的其它共混体系 可与TPU共混或共聚的聚合物除了POM、ABS、PVC、PC以外，还有聚苯乙烯（PS）、聚丙烯酸酯、聚酯树脂、SBS、EVA、PP、CPE、聚酰胺等。例如，苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）同TPU共混可提高TPU的刚性和模量，同时也降低了TPU的成本。在聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）树脂中加入5%~30%的TPU共混，能减少PBT的成型收缩率和改性制品翘曲、变形等缺陷。苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶与热塑性聚氨酯弹性体的共混物，主要用于聚氯乙烯和某些热固性橡胶的代用品，在制鞋、防水材料、胶辊、弹性胶中有所应用。在聚醚酯TPU中加入氯化聚乙烯（CPE），熔体流动得到了改善，TPU粘辊的问题也随CPE用量的增加而得到改善。聚合物合金维持了TPU的耐油性及耐寒性。
此外，还可利用PP、EVA等高分子材料同TPU共混来获得某些特殊材料。PS与TPU的混溶性较差，在共混时，可加入某些增溶剂。聚酰胺（尼龙）中加入10%以内的TPU，可改善其在低温及室温下韧性。
还可将叔胺基团或丙烯酸酯的核基引入链段中，制成含有部分丙烯酸酯的聚苯乙烯，再按一定的比例与TPU共混，制成PS-TPU的IPN混合物。用聚丙烯酸甲酯（PMA）或聚甲基丙烯酸（PMMA）与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体制成的IPN共混物。当两者的质量比为40/60时，能呈现出很好的物理机械性能，其中的某些性能高于两种混合聚合物自身的值。‘有人以PTMEG、MDI及扩链剂N-甲基二乙醇胺（MDEA）在溶剂DMF中合成的含叔胺基TPU,与聚丙烯酸（PAA）溶液进行溶液混合，溶剂挥发后制得共混物，发现加入5%~10%的PAA后，拉伸强度增加了6倍左右，这是由于PU中加入少量PAA后，PU硬段中叔胺基与PAA的羟基之间能形成离子键作用，从而改善了PU的微观相分离程度，明显改善其力学性能
。
5.4.4.2 TPU的增强
热塑性聚氨酯硬度范围从邵氏A80至邵氏D74、弹性模量在10~1000MPa范围，一般的TPU树脂还不能满足工程制件，如汽车车体制件、保险杠、侧门板及车门的要求。人们发现，用玻璃纤维作增强材料，可以明显提高TPU材料的力学性能。20世纪80年代以来，热塑增强热塑性聚氨酯得到越来越多的应用，欧洲、美国的汽车生产商使用玻纤增强TPU制作部件，如保险杠、车厢侧面门、侧板之内的大型制件。
TPU用玻璃纤维增强后，力学性能如弯曲模量、拉伸强度大幅度提高，弹性模量高达5000MPa，耐热性能明显改善，热膨胀系数为（1.5~3.5）×10-6/K,与金属相近。增强TPU在冲击性能方面有巨大的优势，弹性模量低于2500MPa的增强TPU受冲击时不发生断裂，是汽车车身大型制件所需的重要材料。
玻璃纤维的用量、玻璃纤维的长径比及长度，对制成的增强TPU塑料的性能有重要影响。玻璃纤维的越细，增强效果越好。如在玻纤表面采用液体聚合物处理，可改善玻纤与TPU的粘接性，提高材料的撕裂强度、拉伸弹性模量和冲击强度。
由于脆性玻璃纤维的加入，材料的韧性下降，但下降幅度不大，当玻璃纤维的含量＜20%（质量）时，受冲击时增强TPU不断裂，耐冲击性能优于聚氨酰。
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