萬華化學集團近期獲得發明專利授權，推出了一種高回彈、低熔點的熱塑性聚氨酯（TPU）彈性體材料。
材料性能分析
高回彈性與分子結構設計：
該TPU材料最大的亮點在于兼具橡膠般的高彈性和可塑性。在分子結構上，萬華專利采用了一種特殊的擴鏈劑體系。將常規小分子二醇擴鏈劑與含叔丁基取代基的二胺衍生物組合使用。
傳統TPU通常使用1,4-丁二醇等二醇擴鏈劑，形成聚氨酯脲硬段。
而引入叔丁基二胺衍生物后，硬段中生成一定比例的脲鍵。叔丁基這樣的體積龐大取代基能夠阻礙硬段的過度結晶，使材料在保持強氫鍵作用的同時，硬段更柔韌不脆，從而實現卓越的回彈性能和柔軟手感。實測顯示，該材料在300%應變下的形變恢復率超過95%，即被拉伸數倍后幾乎能夠完全回彈復原。相比常規TPU，新的配方顯著降低了大應變后的殘余變形，提高了彈性保留率。
低熔點與粘接性能：
這款TPU的熔融溫度僅為85–120 ℃。這一熔點遠低于許多傳統TPU，表明材料更易于在較低溫度下熔融加工。這既降低了加工能源消耗，又意味著可在不損傷溫敏部件的條件下，與電子元件或其它基材進行熱貼合成型。
材料在低溫下熔融流動性好，能實現對復雜表面的良好粘接。專利指出該TPU具有優異的粘結性能—這通常意味著其熔融態對自身或其它聚合物具有較強的黏附力，冷卻后形成牢固結合。
機器人表皮往往需要覆合在骨架或傳感器層上，TPU良好的自粘接能力有助于皮膚材料和底層結構緊密貼合而不剝離。
與常規TPU的差異：
新型TPU在配方上通過“二醇+叔丁基二胺”擴鏈的分子設計，實現了傳統TPU難以兼顧的性能組合——高回彈和低熔點兼備。避免了依賴外加增塑劑來降低硬度或熔點，材料的力學強度和耐久性未受削弱。
萬華的方案通過調整硬段化學結構就實現了軟硬兼施。材料在室溫下柔軟高彈，但內部硬段仍提供足夠的物理交聯支撐，因而彈性恢復和強度表現卓越。由于引入脲鍵，材料的耐濕熱老化性能和氫鍵密度有所提升，長久使用中力學性能更穩定。這些差異使該TPU在彈性體家族中獨樹一幟，非常適合作為機器人仿生皮膚的材料基礎。
工藝可行性
一步法雙螺桿擠出工藝：
萬華的新型TPU采用雙螺桿擠出機一步法反應合成，即在連續擠出過程中完成多元醇、二異氰酸酯和擴鏈劑的聚合反應，并直接制得粒料。
連續式雙螺桿設備能夠精確計量各原料配比，確保反應配料的準確性。
雙螺桿強制混合使得物料分散均勻，反應溫度易于控制，物料在機筒內停留時間也均一可控。這些特點保證了聚合過程穩定可重復，所得TPU產品性能批次間一致性高。
相較傳統的預聚體法，一步法省去了預聚體合成和后續混合的步驟，工藝流程更簡化，生產效率更高，能耗更低。對于含二胺擴鏈劑的配方，反應速率較快，雙螺桿擠出提供了良好的瞬時混合和及時降溫條件，避免了局部過度反應或凝膠問題。可直接利用成熟的擠出設備大規模生產該材料，無需新建復雜反應釜體系，工業實施成本較低，利于快速投入應用。
工業應用優勢：
雙螺桿一步法還有利于將該材料融入下游加工。可直接將反應擠出的TPU熔體壓延成薄膜或擠出成型特定型材，為機器人皮膚材料提供半成品。制品制造環節，由于材料熔點低，加工溫度只需約120–150 ℃即可，常規注塑、擠出、3D打印等工藝均可適用。
應用價值
人形機器人皮膚材料需要同時滿足柔軟緩沖、生物相容和耐磨耐用等多重要求。萬華高回彈TPU的性能恰好契合這些關鍵指標。柔軟高彈特性使機器人表層觸感接近人體皮膚，輕觸時柔順貼合，受到碰撞時能夠形變吸能，降低對人和機器內部的沖擊。高回彈率保證了皮膚在反復按壓拉扯后依然迅速恢復原狀，不會永久變形影響美觀與功能。材料經醫用級原料制備，化學性質惰性，生物相容性優良，不會刺激皮膚或釋放有害物質，適宜與人頻繁接觸。
相較其他材料，TPU的一個重要優勢在于易于與多種基材集成。萬華TPU具備良好的粘接性能，可在加工過程中直接覆合于機器人外骨骼或傳感器表面。
同類材料對比
當前機器人仿生皮膚常用的彈性材料主要是硅基彈性體，Ecoflex和Dragon Skin系列硅膠，以及傳統的硅橡膠材料。硅膠的生物惰性也很好，長期接觸皮膚不過敏。但硅膠為熱固性，需要混合固化成型，制造過程較繁瑣且難以回收再加工。對機械強度較低，撕裂強度和耐磨性有限，長時間反復拉伸后易出現裂紋或撕裂。
TPU彈性體在力學性能和可加工性上具有綜合優勢。TPU制品的抗撕裂和耐磨耗性能通常優于軟硅膠，使用壽命更長。TPU為可熱塑加工材料，可采用注塑、擠出、吹塑甚至3D打印等方式快速成型，適合規模化生產和復雜結構制造。TPU的熱穩定性雖不及硅膠耐極端高溫，但85–120 ℃的熔點已經覆蓋大部分常規工作環境。
潛在應用市場
萬華高回彈低熔點TPU的問世，除了作為人形機器人的外覆蓋皮膚外，該材料在可穿戴設備和生物界面等領域也具備廣闊前景。TPU的低致敏性和良好貼附性，也是皮膚貼片傳感器的理想基底，能夠長時間舒適地貼在人體上監測生理信號。在醫療器械方面，醫用級TPU已被用于導管、人工皮膚敷料等產品。
當前，化工材料企業正與機器人公司緊密合作，加速仿生皮膚技術的落地應用。除了萬華化學的此次專利突破，國際化工巨頭如巴斯夫等也已與機器人廠商聯手，推進聚氨酯彈性體在仿生皮膚、柔性關節等部件上的規模化應用。據中國聚氨酯工業協會預測，到2030年聚氨酯類仿生皮膚材料在機器人領域的市場規模將突破百億元人民幣。顯然，具備高回彈性和易加工特質的TPU材料將是這片藍海中的重要一員。
