TPU兼具力學(xué)強(qiáng)度和高彈性！在人形機(jī)器人領(lǐng)域潛力凸顯

人形機(jī)器人進(jìn)入工業(yè)、家庭服務(wù)等場景的核心前提，是建立穩(wěn)定可靠的人機(jī)交互安全體系。工業(yè)、家庭服務(wù)等場景具有人機(jī)接觸頻次高、交互距離近、環(huán)境變量復(fù)雜等特征，若缺乏有效的防護(hù)與減震設(shè)計，不僅可能造成人員受傷、財產(chǎn)損失，還將直接影響用戶信任度與市場接受度，由此可見，人形機(jī)器人要想實現(xiàn)應(yīng)用場景落地，其安全防護(hù)、碰撞緩沖、振動吸收能力是剛性要求。

目前行業(yè)在構(gòu)建人形機(jī)器人的安全防護(hù)與減震體系時，主要聚焦兩大技術(shù)路徑：

一是通過輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計與選型，從根源上降低碰撞發(fā)生時的風(fēng)險；

二是在易發(fā)生接觸的部位采用熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）等高性能緩沖材料進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步提升人機(jī)交互的安全性。

Optimus人形機(jī)器人從金屬硬質(zhì)外殼向軟質(zhì)包覆層迭代 來源：特斯拉

TPU是一種兼具工程塑料高強(qiáng)度和橡膠高彈性特性的高分子材料，由二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）與大分子多元醇、擴(kuò)鏈劑共同聚合而成。

來源：科思創(chuàng)

TPU兼具工程塑料的高強(qiáng)度與橡膠的高彈性，有望在人形機(jī)器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用與滲透。其優(yōu)異的彈性、韌性，可為機(jī)器人仿生皮膚、減震部件的研發(fā)制造提供核心材料支撐；出色的耐磨性、抗疲勞性，以及耐化學(xué)、耐環(huán)境特性，能夠充分滿足機(jī)器人動態(tài)運(yùn)動部件與防護(hù)結(jié)構(gòu)長期可靠使用的需求；同時，TPU良好的加工成型性與可回收性，還能助力產(chǎn)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)落地，實現(xiàn)材料的循環(huán)利用，全方位契合人形機(jī)器人應(yīng)用對材料的多重核心要求。

值得注意的是，TPU的常規(guī)配方多達(dá)百種，多元醇性質(zhì)的差異決定了其牌號的不同，可通過配方調(diào)整適配不同場景需求，同時還能與PC等材料復(fù)合，彌合剛性塑料與橡膠彈性體之間的性能差距，進(jìn)一步拓展應(yīng)用邊界。

從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來看，當(dāng)前TPU的下游應(yīng)用主要集中在制鞋、薄膜、軟管、密封劑和汽車等領(lǐng)域。據(jù)中國化工信息數(shù)據(jù)，2024年中國TPU消費(fèi)量達(dá)72萬噸，其中制鞋領(lǐng)域占比最高，達(dá)29%，薄膜、密封材料、軟管、汽車領(lǐng)域占比分別為20%、17%、15%和10%，其余領(lǐng)域合計占比9%。而隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的崛起，TPU有望突破傳統(tǒng)下游應(yīng)用邊界，迎來新的市場增長契機(jī)。

來源：開源證券研究所

與當(dāng)前機(jī)器人仿生皮膚常用的硅橡膠材料相比，TPU在密度、彈性、強(qiáng)度及加工適配性方面實現(xiàn)了更優(yōu)平衡，更契合人形機(jī)器人的量產(chǎn)與應(yīng)用需求。硅橡膠屬于熱固性材料，需經(jīng)過混合、硫化等復(fù)雜工序固化成型，且成型后難以回收再加工，不利于規(guī)模化生產(chǎn)；其機(jī)械強(qiáng)度偏低，撕裂強(qiáng)度和耐磨性有限，在長期反復(fù)拉伸、摩擦工況下易出現(xiàn)裂紋、撕裂，使用壽命受限。

反觀TPU，作為熱塑性材料，可通過注塑、擠出、吹塑及3D打印等多種工藝快速成型，既具備規(guī)模化生產(chǎn)能力，又能實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制造，適配機(jī)器人不同部件的加工需求。在力學(xué)性能上，TPU兼具高彈性與高韌性，斷裂伸長率通常可達(dá)300%-600%，適合反復(fù)彎折與周期性形變，且抗撕裂強(qiáng)度、耐磨耗性能優(yōu)異，適配動態(tài)載荷和高頻使用場景。盡管TPU的耐極端高溫性能不及硅橡膠，但其-40℃至100℃的熱穩(wěn)定區(qū)間，已完全覆蓋大多數(shù)常規(guī)工業(yè)與消費(fèi)級人形機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境，足以滿足日常使用需求。

綜合來看，TPU材料的綜合性能優(yōu)勢，恰好契合人形機(jī)器人對安全防護(hù)、長期耐用、規(guī)模化生產(chǎn)的核心需求。在人形機(jī)器人商業(yè)化落地進(jìn)程中，隨著技術(shù)的不斷成熟，TPU有望逐步替代傳統(tǒng)彈性材料，廣泛應(yīng)用于表面包覆層、減震緩沖件、關(guān)節(jié)密封件等關(guān)鍵部件，推動人形機(jī)器人安全性能升級。

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開源證券《聚氨酯TPU結(jié)構(gòu)件：防護(hù)減震理想選擇，人形機(jī)器人量產(chǎn)落地的“安全墊”》