出品：机器人新材料
万华化学集团近期获得发明专利授权，推出了一种高回弹、低熔点的热塑性聚氨酯（TPU）弹性体材料。
材料性能分析高回弹性与分子结构设计：
该TPU材料最大的亮点在于兼具橡胶般的高弹性和可塑性。在分子结构上，万华专利采用了一种特殊的扩链剂体系。将常规小分子二醇扩链剂与含叔丁基取代基的二胺衍生物组合使用。
传统TPU通常使用1,4-丁二醇等二醇扩链剂，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键。叔丁基这样的体积庞大取代基能够阻碍硬段的过度结晶，使材料在保持强氢键作用的同时，硬段更柔韧不脆，从而实现卓越的回弹性能和柔软手感。实测显示，该材料在300%应变下的形变恢复率超过95%，即被拉伸数倍后几乎能够完全回弹复原。相比常规TPU，新的配方显著降低了大应变后的残余变形，提高了弹性保留率。
低熔点与粘接性能：
这款TPU的熔融温度仅为85–120 ℃。这一熔点远低于许多传统TPU，表明材料更易于在较低温度下熔融加工。这既降低了加工能源消耗，又意味着可在不损伤温敏部件的条件下，与电子元件或其它基材进行热贴合成型。
材料在低温下熔融流动性好，能实现对复杂表面的良好粘接。专利指出该TPU具有优异的粘结性能—这通常意味着其熔融态对自身或其它聚合物具有较强的黏附力，冷却后形成牢固结合。
机器人表皮往往需要覆合在骨架或传感器层上，TPU良好的自粘接能力有助于皮肤材料和底层结构紧密贴合而不剥离。
与常规TPU的差异：
新型TPU在配方上通过“二醇+叔丁基二胺”扩链的分子设计，实现了传统TPU难以兼顾的性能组合——高回弹和低熔点兼备。避免了依赖外加增塑剂来降低硬度或熔点，材料的力学强度和耐久性未受削弱。
万华的方案通过调整硬段化学结构就实现了软硬兼施。材料在室温下柔软高弹，但内部硬段仍提供足够的物理交联支撑，因而弹性恢复和强度表现卓越。由于引入脲键，材料的耐湿热老化性能和氢键密度有所提升，长久使用中力学性能更稳定。这些差异使该TPU在弹性体家族中独树一帜，非常适合作为机器人仿生皮肤的材料基础。
工艺可行性一步法双螺杆挤出工艺：
万华的新型TPU采用双螺杆挤出机一步法反应合成，即在连续挤出过程中完成多元醇、二异氰酸酯和扩链剂的聚合反应，并直接制得粒料。
连续式双螺杆设备能够精确计量各原料配比，确保反应配料的准确性。
双螺杆强制混合使得物料分散均匀，反应温度易于控制，物料在机筒内停留时间也均一可控。这些特点保证了聚合过程稳定可重复，所得TPU产品性能批次间一致性高。相较传统的预聚体法，一步法省去了预聚体合成和后续混合的步骤，工艺流程更简化，生产效率更高，能耗更低。
对于含二胺扩链剂的配方，反应速率较快，双螺杆挤出提供了良好的瞬时混合和及时降温条件，避免了局部过度反应或凝胶问题。可直接利用成熟的挤出设备大规模生产该材料，无需新建复杂反应釜体系，工业实施成本较低，利于快速投入应用。
工业应用优势：双螺杆一步法还有利于将该材料融入下游加工。可直接将反应挤出的TPU熔体压延成薄膜或挤出成型特定型材，为机器人皮肤材料提供半成品。制品制造环节，由于材料熔点低，加工温度只需约120–150 ℃即可，常规注塑、挤出、3D打印等工艺均可适用。
应用价值
人形机器人皮肤材料需要同时满足柔软缓冲、生物相容和耐磨耐用等多重要求。万华高回弹TPU的性能恰好契合这些关键指标。柔软高弹特性使机器人表层触感接近人体皮肤，轻触时柔顺贴合，受到碰撞时能够形变吸能，降低对人和机器内部的冲击。
高回弹率保证了皮肤在反复按压拉扯后依然迅速恢复原状，不会永久变形影响美观与功能。材料经医用级原料制备，化学性质惰性，生物相容性优良，不会刺激皮肤或释放有害物质，适宜与人频繁接触。相较其他材料，TPU的一个重要优势在于易于与多种基材集成。万华TPU具备良好的粘接性能，可在加工过程中直接覆合于机器人外骨骼或传感器表面。
同类材料对比
当前机器人仿生皮肤常用的弹性材料主要是硅基弹性体，Ecoflex和Dragon Skin系列硅胶，以及传统的硅橡胶材料。硅胶的生物惰性也很好，长期接触皮肤不过敏。但硅胶为热固性，需要混合固化成型，制造过程较繁琐且难以回收再加工。对机械强度较低，撕裂强度和耐磨性有限，长时间反复拉伸后易出现裂纹或撕裂。
图/小鹏IRON 人形机器人
全包覆柔性皮肤TPU弹性体在力学性能和可加工性上具有综合优势。TPU制品的抗撕裂和耐磨耗性能通常优于软硅胶，使用寿命更长。
TPU为可热塑加工材料，可采用注塑、挤出、吹塑甚至3D打印等方式快速成型，适合规模化生产和复杂结构制造。TPU的热稳定性虽不及硅胶耐极端高温，但85–120 ℃的熔点已经覆盖大部分常规工作环境。
潜在应用市场
万华高回弹低熔点TPU的问世，除了作为人形机器人的外覆盖皮肤外，该材料在可穿戴设备和生物界面等领域也具备广阔前景。TPU的低致敏性和良好贴附性，也是皮肤贴片传感器的理想基底，能够长时间舒适地贴在人体上监测生理信号。在医疗器械方面，医用级TPU已被用于导管、人工皮肤敷料等产品。
当前，化工材料企业正与机器人公司紧密合作，加速仿生皮肤技术的落地应用。除了万华化学的此次专利突破，国际化工巨头如巴斯夫等也已与机器人厂商联手，推进聚氨酯弹性体在仿生皮肤、柔性关节等部件上的规模化应用。
据中国聚氨酯工业协会预测，到2030年聚氨酯类仿生皮肤材料在机器人领域的市场规模将突破百亿元人民币。显然，具备高回弹性和易加工特质的TPU材料将是这片蓝海中的重要一员。
