TPU (열가소성 폴리우레탄) 

 

1. TPU(Thermoplastic Urethane)
열가소성 폴리우레탄의 약자로, 폴리우레탄의 한 종류입니다.

폴리우레탄(PU) 계열의 열가소성 고분자로, 소프트 세그먼트(Soft Segment)와 하드 세그먼트(Hard Segment)의

미세상 분리(Microphase Separation) 구조를 가집니다.

두 구조가 결합하여 TPU의 탄성·내마모성·유연성을 결정합니다.

폴리우레탄은 우레탄 결합(-NHCOO-)을 가진 고분자의 총칭이며, TPU는 열을 가하면 연화되어 성형이 가능하고,

냉각하면 다시 경화되는 특징을 가지고 있습니다.

 

2. TPU의 특징
1) 뛰어난 탄성 - 고무와 같이 매우 뛰어난 탄성을 가지고 있어 충격 흡수력이 뛰어납니다.
2) 내마모성 - 마찰에 강하여 내구성이 좋습니다.
3) 내유성 - 기름이나 연료에 강한 내성을 가지고 있습니다.
4) 내후성 - 외부 환경 변화에 강하여 오랫동안 성능을 유지합니다.
5) 생체 적합성 - 인체에 무해하여 의료기기, 식품 포장재 등에 사용됩니다.
6) 저온 유연성 - 저온에서도 유연성을 유지합니다.

 

3. TPU의 용도
1) 운동화, 워커 등의 밑창, 중창  신발 소재로 사용됩니다.
2) 카테터, 인공 장기, 의료용 튜브 등에 사용됩니다.
3) 호스, 벨트, 시일 등에 사용됩니다.
4) 유연성이 필요한 부품 제작에 사용됩니다.
5) 헬멧, 보호대 등에 사용됩니다.

 

4. TPU의 종류 (제조방법)
1) 에스터형 TPU - 가장 일반적인 TPU로, 뛰어난 탄성과 내마모성을 가지고 있습니다.

2) 에테르형 TPU - 저온에서의 유연성이 뛰어나며, 내후성이 좋습니다.
3) 폴리에스터형 TPU - 내열성과 내화학성이 우수합니다.

 

5. TPU 장단점

장점	단점
뛰어난 탄성	고온에서 변형될 수 있음
내마모성	다른 플라스틱에 비해 가격이 비쌈
내유성
내후성
생체 적합성
저온 유연성

 

6. TPU 필름 제조 방법

T-다이(T-die) 압출 방식이나 캘린더링(Calendering) 공정으로 제조합니다.

1) 압출(T-Die Extrusion) 공정 조건

① 압출기 Barrel 온도

TPU 경도·종류(Polyether/Polyester)에 따라 다르지만 일반 범위:
- 1구역: 170–180℃
- 2구역: 180–190℃
- 3구역: 190–200℃
- 4구역: 200–210℃
- T-die 헤드: 200–220℃

→ 과열 시 황변(yellowing), 분해 위험이 있어 220℃ 초과 지양
→ Polyether TPU가 Polyester TPU보다 약 5–10℃ 더 낮은 온도를 사용하기도 함

② 스크류 압력 (Back Pressure)
일반 압력: 70–150 bar
높은 압력이 용융 안정성과 필름 균일성을 향상
과도한 압력은 분해·배압 불안정을 유발

③ 다이 간격 (Die Lip Gap)
0.2–1.0 mm (필름 목표 두께에 따라 조절)

④ 냉각 롤 온도
25–40℃가 일반적이며, 투명 필름은 20~25℃로 낮게 유지하여 광학적 성능 안정

 

2) 캘린더링(Calendering) 공정 조건
TPU를 롤 사이로 통과시키며 필름 두께를 조절하는 방법입니다.
- 가열 롤 온도: 150–190
- 롤 압력: 40–120 bar
- 라인 속도: 2–15 m/min
- 지나친 롤 압력은 표면 광택 저하·롤 자국 발생 가능

 

3) TPU 필름 생산 시 추가 고려 요소
(1) 건조(Drying)
- TPU는 수분 흡수성이 있어, 압출 전에 반드시 건조: 80–100℃에서 2–4시간
- 수분 > 0.02% → 기포·백화·기계적 강도 저하

(2) 필름 두께
- 일반 필름: 0.03–0.3 mm
- 산업·방수·접착용: 0.3–1.5 mm

(3)압출 속도
- 1–10 m/min (두께 및 용융 점도에 따라)

 

4) 두꺼운 TPU 필름 블로우 방식 생산 시 요구사항

(1) 필수조건
- 고점도 TPU(High melt strength grade)0
- 90–95A 경도
- 안정화 첨가제(anti-block / slip) 적용
- 고온(200–210℃) 버블 안정화 장치 필요
- 대형 Die + 낮은 Blow-up ratio (1.2~1.5)
- 초저속 생산 (0.5~2 m/min)

(2) 가능한 설비
- 3-Layer Coextrusion Blown Film 라인 - 중간층에 고점도 TPU, 외층은 낮은 점도 TPU

또는 Single layer but with internal bubble cooling(IBC)
즉, 특수 TPU + 특수 블로운 설비가 있어야 현실적으로 가능

 

7. TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 경도별 권장 압출 조건표

항목	70A	85A	95A
건조 조건(전처리)	80–90℃, 3–4 hr	80–100℃, 3–4 hr	90–100℃, 4 hr
Barrel Zone 1	165–175℃	170–180℃	175–185℃
Barrel Zone 2	175–185℃	180–190℃	185–195℃
Barrel Zone 3	185–195℃	190–200℃	195–205℃
Barrel Zone 4	195–205℃	200–210℃	205–215℃
T-Die Head	200–205℃	205–215℃	210–220℃
스크류 압력(Back Pressure)	60–100 bar	70–110 bar	90–140 bar
냉각 롤 온도	20–30℃	20–30℃	20–35℃
라인 속도	2–5 m/min	3–6 m/min	4–8 m/min

 

8. TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 물성

항목	단위 (Unit)	값
구조	Soft segment + Hard segment	–
밀도	1.10 ~ 1.25	g/cm³
외관	투명 ~ 반투명	–
수분흡수율 (24h)	0.5 ~ 1.5	%
경도 (Hardness)	Shore A/D	80A ~ 95A (최대 75D)
비중 (Specific Gravity)	g/cm^3	1.10 ~ 1.25
인장 강도 (Tensile Strength)	kgf/cm^2	300 ~ 600
신율 (Elongation at Break)	%	300 ~ 700
인열 강도 (Tear Strength)	kgf/cm	70 ~ 150
마모 감량 (Abrasion Loss)	mm^3	20 ~ 50
사용 온도 (Heat Resistance)	°C	-40 ~ 120 (단기 130)
유리 전이 온도 (Tg)	°C	-20 ~ -50
유리전이온도 (Tg)	-50 ~ -20	°C
연화온도 (Vicat)	80 ~ 160	°C
융점 (Hard segment)	160 ~ 220	°C
열팽창계수 (CTE)	150 ~ 200 ×10⁻⁶	°C
인장탄성률	10 ~ 100	MPa
내마모성 (Taber)	매우 우수	–
반발탄성	우수	–
체적저항률	10⁹ ~ 10¹²	Ω·cm
절연파괴강도	20 ~ 40	kV/mm
유전율	5 ~ 7	1kHz
유전손실	0.02 ~ 0.05	Df
내유성	우수
내마모성	매우 우수
내알코올	우수
내산성	보통
내알칼리성	보통
내수분해성	에테르계 우수 / 에스터계 보통
저온 유연성	-40℃에서도 유지
내피로성	매우 우수
내후성	우수 (에테르계 > 에스터계)
UV 안정성	보통 (안정제 필요)

. TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 제조업체

회사명	제품/특징(Key Products/Features)	비고
(주)진흥공업	한국 최초 TPU 필름 개발 및 상품화. 고기능 TPU 필름, 무황변 TPU 등 150여 종의 제품군.	TPU 필름 전문 선두 기업
한국유화	다양한 종류의 우레탄 필름(TPU) 생산. Bio 함량 TPU 필름 등 친환경 제품.	의류, 가방, 신발 등 적용
(주)벤트윈	친환경 고분자 소재인 열가소성 폴리우레탄(TPU) 제조 및 판매전문 기업.	독자적인 기술력 보유
에스엔케이폴리텍	다양한 필름 제조 (우레탄 필름 포함).	-
엔아이씨	우레탄 필름 (TPU) 제조 및 공급.	-
동성케미컬	TPU 원료(수지) 제조및 공급. 국내 유일 무황변 TPU상업 생산 (필름 제조에 사용되는 원료).	고분자 소재 전문
휘성산업	국내 신발 산업 관련 TPU 기업	-
호성폴리머	국내 신발 산업 관련 TPU 기업	-
이프텍주식회사	TPU 필름 활용한 스마트폰 보호필름 제품화.	주로 가공/응용 분야
재즐엔터프라이즈	TPU 필름/시트 세계적 제조사(Mativ/Argotec)의 한국총판으로 국내에 공급.	수입 및 기술 지원