什么是TPU?
ThermoPlastic Urethane
热塑性聚氨酯弹性体
TPU是一种绿色环保的新型高性能弹性体材料，属于聚氨酯下属热塑性弹性体的一个分支材料。由二异氰酸酯、大分子多元醇、扩链剂（低分子二元醇）三类基本原料聚合而成的高分子材料。
兼具橡胶与塑料的性能，与其它类型橡胶及塑料相比拥有能耗低、污染小等明显优点，能有效替代PVC、橡胶、EVA、硅胶等传统材料；能够采用多种常规的塑料加工办法成型，如注塑、挤出、流延、压延、吹塑等，废弃后可重复加工利用，且在堆肥状态下能够自动降解，对环境不导致任何污染。符合循环经济和可连续发展的需求，是将来新材料的重点发展方向之一，市场容量巨大。
经过独特分子结构设计、特殊理学/化学共混改性等手段、以及材料的形貌掌控技术，赋予TPU以高强度、高耐寒、高耐磨、环保阻燃、耐水、耐油、耐霉菌等优异性能，被广泛应用于国防军工、电子电器、石油化工、资源勘探、医疗卫生、运动装备等高端制造行业，是关联产业转型升级的关键材料。
TPU的发展历程
照片源自：美瑞新材招股说明书
TPU最早由德国拜耳机构于1958年研制成功。随后，德国巴斯夫、美国诺誉、陶氏化学等化工企业亦相继研制成功。20世纪70年代，日本引进德国TPU生产设备。随后，TPU生产技术从日本传入台湾。中国大陆从20世纪80年代起始接触TPU生产技术，但始终未实现开发与工艺上的突破。90年代以后，随着市场对TPU材料的需要增长，在欧美、台资企业进入大陆后，大陆有些企业起始进行TPU的生产及营销。
生产原材料
TPU属于是石油化工的下游制品：生产TPU需要多元醇、MD、BDO、己二酸、乙二醇等原材料，这些原材料都是石油衍生品或副制品，其价格会受到宏观经济原因及石油价格波动的影响。
结构类型
PU是由于软链段与硬链段交互嵌段共聚形成的线型聚合物。软段是柔性链段，重点影响TPU材料的弹性和耐低温性能；硬段是刚性链段，重点影响TPU的硬度、耐热性能、机械性能等。软段和硬段交替摆列，能够赋予TPU优良的性能。按照软段与硬段的区别能够分为以下的类型：
资料源自：CNKI,华经情报网，华安证券科研所
TPU的生产工艺
近年来，我国TPU行业技术水平在自主创新能力方面有了显著加强，双螺杆反应挤出等部分技术水平已接近国际先进水平，但行业整体技术水平仍有很强的提高空间。原料配方是TPU的技术核心，聚酯二元醇中二元酸和二元醇的种类以及比例等都对TPU性能产生影响，TPU中异氰酸酯种类、以及与多元醇的匹配以及助剂的选取等亦会对TPU性能产生影响。
资料源自：
《中国聚氯酯工业协会弹性体专业委员会2005年年会论文集》、华安证券科研所
TPU材料的优点
（1） 硬度范围广：经过改变TPU各反应组分的配比，能够得到区别硬度的制品，从邵氏A50～D85，跨越了橡胶和塑料的硬度，并且在全部硬度范围内拥有高弹性和耐磨性。
（2） 机械性能明显：TPU制品拥有热塑性弹性体中较高的抗张强度、良好的弹性和抗冲击性能，以及优异的耐磨性能，综合机械性能在热塑性弹性体中较为明显，优良显著。
（3） 耐高/低温：TPU的玻璃化转变温度低，尤其是聚醚型TPU的玻璃化转变温度达到-60ºC以下，能够在低至-40ºC环境中依然保持良好的柔顺性和其他理学性能；常规聚酯型TPU可在-25º环境中长时间运用。同期，TPU拥有非常好的耐热稳定性，常规TPU可在80ºC以下环境中长时间运用，部分制品可在120ºC环境中长时间运用。
（4） 加工性能好：TPU可采用常规的热塑性材料的加工办法进行加工，如注塑、挤出、压延、流延、吹塑、粉末烧结等。
（5） 环保性能明显：TPU从化学形成方向重点分为聚酯、聚醚两种类型。聚醚型TPU拥有较强的抗水解性和抗微生物性，而聚酯型TPU因有较强的水解性和微生物降解性，其自然降解性和环保特征较为显著，在特定要求下可在数月内完全分解。
（6） 可塑性强：TPU与某些高分子材料如TPE、PA、POM、PC、PVC等共混改性，能够得到性能互补的聚合物合金，改善其他材料的弹性、耐磨性、抗冲击性能等；同期可经过添加阻燃剂、抗静电剂、导电剂等，赋予材料阻燃、抗静电、导电等特殊性能，从而拓宽应用行业。
（7） 可设计性强：因为TPU的原材料多元醇、扩链剂、异氰酸酯的多样性，以及非常宽的配方可调节性，TPU制品的差异化和可设计性强，可按照客户的详细需要而定制研发。
（8） 高透明：在所有热塑性弹性体材料中，热塑性聚氨酯弹性体在透明度方面性能优异，这一透明度特性赋予了TPU材料更加多的可设计特殊，用于制备透明的玩具、装饰品、鞋服等个人消费品以及管材、薄膜等工业透明品等行业，透明性优良显著。
（9） 耐油/耐水性能：相比传统的丁腈橡胶和其它弹性体材料，TPU拥有优异的耐油性能，可应用于对耐油性有高需求的汽车、工业传送、液压、传动、密封等行业，拥有极好的耐油寿命；同期，聚醚型TPU拥有优异的耐水、耐菌性能，能够用于传送或储运等有水的工作环境中，以及户外用品等高湿度工作环境中。
（10） 耐候性能：TPU材料良好的耐高、低温性能和耐水、耐菌、抗老化和抗UV性能，统叫作为耐候性能，可用于众多户外消费品和工业品的生产。
TPU的行业分析
产业链
TPU行业上游原材料重点来自石油、煤衍生品或副制品，包含MDI、多元醇、BDO、己二酸、EDO等重点原材料。中游为聚氨酯，TPU属于聚氨酯弹性体的一种，处在石油化工的下游制品，更为接近终端的消费市场。在日用消费品、工业生产、医疗健康、国防军工等多个百姓经济行业需要连续增多，下游覆盖行业非常广阔，持有庞大的消费市场。
资料源自:美瑞新材招股说明书
全世界TPU产量规模
数据源自：立鼎产业科研中心
2016年全世界TPU产量为86.1万吨，2020年增长至109.2万吨。2020年TPU全世界产量109.2万吨，橡胶全世界产量1,278.2万吨，PVC全世界产量5,425.9万吨。基于良好的性能优良和环保优良，TPU能有效代替PVC、橡胶、EVA和硅胶等传统材料。与以上可替代类似材料产能产量相比，TPU产量仍较小，将来替代增涨空间巨大。
全世界TPU材料行业消费状况
数据源自：立鼎产业科研中心
TPU全世界消费占比以亚太地区为主，亚洲和澳洲市场增速最快。从全世界范围看，TPU需要差异化很强，2020年亚太地区TPU消费占比为60.3%，北美地区消费占比17.7%，欧洲地区消费占比16.8%，其他地区消费占比5.2%。
亚洲和澳洲地区的TPU消费增速高于全世界平均增速，欧美地区TPU消费增速与全世界TPU消费水平增速相当，非洲以及南美地区对TPU消费增速最低。将来全世界TPU的市场增速仍以亚洲以及欧美等地区为主。
中国TPU材料行业状况
数据源自：天天化工网
2016年，我国TPU消费量32.1万吨，2021年，TPU消费量已然达到60.2万吨，2022年，受宏观环境影响终端消费疲弱，加上TPU上游原料价格处在历史较高水平，国内TPU消费量同比下降5.48%，降至56.9万吨。2017-2022复合增长率达到10.4%，已然占据全世界TPU市场的消费大户。在低端市场TPU材料在取代PVC、EVA等材料，高端市场是产业转型升级的关键材料，市场前景广阔，预计到2026年其消费量将达到90万吨上下，将来五年年复合增长率在10%上下。
面对TPU巨大的消费市场和广阔的市场前景，跨境企业如：美国路博润、美国亨斯迈、德国科思创、德国巴斯夫等纷纷在我国新建或扩建生产基地，我国TPU企业面临着很强的竞争压力。
中国TPU材料行业的头部企业和行业竞争格局
日前国内TPU生产企业重点分为三种类型：
第1类：以万华化学、华峰化学为表率的持有MDI、多元醇或己二酸等重点原材料规模化生产能力的化工企业。这类企业的特点是持有浑厚的化工生产基本、产业链长、整体规模大，拥有显著的成本优良，业务行业亦不限于TPU行业。
第二类：以美瑞新材为表率的专注于TPU的开发生产，并以技术创新和专业服务为核心的企业。这类企业成长快速，技术实力较强，在市场研发、客户服务等方面表现出竞争优良，在细分市场发展较快。
第三类：是数量众多的小型企业，制品单1、技术含量低、生产环境存在区别程度的安全或环保问题，这类企业竞争力相对不足。
数据源自：率捷咨询
但从整体上看，我国TPU生产企业大多属于小型或微型企业，技术研发能力薄弱、生产分散、自动化水平低、规模生产能力不足、缺乏核心竞争力，重点制品集中在技术含量低、竞争激烈的中低端制品市场。
TPU材料的重点应用行业
数据源自：美瑞新材招股说明书
将来TPU材料的增长行业
1）页岩油气橡胶软管
页岩油气开采是橡胶软管行业的重要下游行业。因为页岩油气开采拥有高难度、高繁杂性，页岩油气管材对制品性能需求极高，如抗压性、耐磨性、耐腐蚀性、抗撕裂等方面的需求极高，TPU材料能够满足行业管材需要。页岩油气开采行业的快速发展有利于助力TPU管材市场的兴旺和长足发展。按照国家能源局数据表示，2022年页岩气产量达到240亿立方米，较2018年增多122%。
2）TPU薄膜
3）中高端鞋材
中国做为世界上最大的鞋类生产和出口国，运动鞋市场保持相对快速的增长，近5年年均复合增长率达到近18%。
与传统鞋底材料相比，TPU材料性能更佳，拥有卓越的回弹性、减震性，被广泛用于鞋大底、鞋中底、气垫、鞋饰、鞋面纱线等，因此呢鞋材是TPU下游应用第1大市场，2021年占比高达31%。将来，随着技术进一步成熟，全鞋采用TPU材料将在鞋类行业掀起新热潮，带动TPU发泡鞋底材料需要放量。
电线电缆
4）电线电缆
（1） 传统的电线电缆
2021年败兴我国电线电缆行业市场预测规模如下：
数据源自：前瞻产业科研院
电线电缆的传统重点原材料为铜、铝等金属材料以及橡塑材料，其中橡塑材料占比达20%。随着环保政策持续收紧，线缆料回收、降解将作为一个巨大的问题，而TPU材料做为一种可降解材料，有得天独厚的优良，能够对原来的材料进行替代；同期，拥有高附加值的特种电缆制品比例亦将持续增多，而做为优秀的护套绝缘材料的TPU线缆势必将得到电线电缆市场份额的，将来TPU材料在线缆行业的用量将持续增长。
（2） 新能源汽车配套的电线电缆
随着新能源汽车市场迎来高速发展期，配套设备充电桩需要旺盛，充电基本设备进入快速发展周期：按照中国电动车充电基本设备促进联盟统计数据暗示，截止2023年5月我国充电设备累计数量为635.6万台，同比2022年5月份增多77.5%。2023年1-5月，充电基本设备增量为114.7万台，新能源汽车销量294.0万辆，充电基本设备与新能源汽车继续快速增长，桩车增量比为1：2.6。
由于长时间户外运用且拖拽频繁，新能源汽车充电桩线缆对材料性能的需求比较高，我国针对充电桩线缆制定了专门的检测标准GB/T33594，对线缆护套材料种类、性能做了知道规定，日前我国市场重点采用TPU和TPE材料。TPE材料的耐热性、强伸性、耐候性、耐油性及耐磨性相对TPU存在必定差距，因此呢将来TPU替代空间非常广阔。
综上所述，在将来新能源汽车市场渗透率持续加强，配套基本设备持续完善的趋势下，电线电缆应用行业对TPU材料的需要将得到进一步释放。
综述
尽管TPU材料在中国的发展时间仅有40余年的时间，在制品配方、生产工艺等方面与行业领先的跨境企业存在必定的差距。但经太多年的发展，中国的技术逐步完善，TPU制品的种类和产量都有了显著进步，无论是产量还是销量都在全世界TPU材料市场上霸占着重要的地位。基于TPU优秀的可拓展性和宽广的可应用性，将来市场前景广阔。
政策法规
随着社会对节能、环保、可连续发展注重程度的持续加强，国家积极引导、支持新材料行业的发展，以带动材料工业的转型升级。弹性体制造属于国家战略性新兴产业，TPU属于国家重点制品和服务，始终受到国家关联产业政策的支持。TPU做为有望替代PVC、橡胶、EVA、硅胶等传统材料的新型环保材料，受到国家政策的重点关注与扶持被加入《战略性新兴产业归类（2018）》重点制品和服务目录。其他关联侦测内容如下：
资料源自：
华安证券科研所、行业经济科研网、智研咨询、中国产业信息网、天天化工网、前瞻性产业科研院、美瑞新材招股说明书、中国电动车充电基本设备促进联盟、中国公安部、率捷咨询、立鼎产业科研中心、天天化工网、《中国聚氯酯工业协会弹性体专业委员会2005年年会论文集》、华经情报网、CNKI等。
参考文献
《国内外热塑性聚氨酯材料的技术和应用发展》作者：陈斌
《国内外聚氨酯行业情况分析科研》作者：秦颖
《热塑性聚氨酯弹性体技术与市场发展近况》作者：黄茂松
《耐低温热塑性聚氨酯弹性体的合成及其性能科研》作者：耿燕斐
化学推进剂与高分子材料，《聚氨酯弹性体的新发展》作者：李汾
