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热塑性聚氨酯弹性体(TPU)由于具有强度高、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，广泛用于各个领域。然而TPU的耐热性能较差，尤其在较高温度下或较高温度老化一定时间后的力学性能下降明显，这限制了它在某些领域的应用。本文在保持TPU本身性能优势的基础上，通过熔融共混挤出的方法，分别选用有机刚性粒子(尼龙1212，PA1212)和无机刚性粒子(纳米碳酸钙，纳米CaCO3)作为热塑性聚氨酯弹性体的改性剂，进行了TPU/PA1212、TPU/PA1212/MDI、TPU/纳米CaCO3等共混体系研究，结合SEM、TEM、POM、DSC、FTIR以及力学性能测试等多种技术手段深入研究了不同共混体系对TPU相形态、结晶行为、力学性能和耐热性等的影响。
1.TPU/PA1212共混体系研究
分别选取两种不同类型的TPU与两种不同粘度的PA1212熔融共混挤出制备TPU/有机刚性粒子复合材料。从分子结构、分子间氢键相互作用和界面张力等角度分析了TPU和PA1212之间的相容性。研究发现，不同粘度的PA1212对TPU的影响不同，PA1212与TPU的粘度越相近，PA1212与TPU的相容性越好；PA1212对聚醚型TPU的改性效果优于聚酯型TPU；少量PA1212的加入可以提高TPU的拉伸强度和断裂伸长率。DSC结果表明，PA1212的加入降低了聚醚型TPU软段的玻璃化转变温度，增加了TPU的微相分离程度。SEM观察表明，PA1212在TPU基体中分散均匀，粒子尺寸为亚微米级，且两相界面模糊。耐热性测试表明，在TPU基体中添加PA1212可以显著改善TPU的热稳定性。
2.TPU/PA1212/MDI共混体系研究
考察了低粘度PA1212对聚醚型TPU形态和性能的影响，并在熔融共混挤出过程中添加微量MDI使之与TPU及PA1212同时反应，把TPU和PA1212通过化学键连接起来，形成微交联，可增加二者的界面相容性。毛细管流变和力学性能测试表明，体系粘度增加明显，拉伸强度大幅度提高(提高50％)，而断裂伸长率仍维持在较高水平(大于500％)。SEM观察发现，添加MDI后，TPU的形貌有较大变化，呈现类似球晶的形貌结构。TEM、POM和DSC分析表明，MDI在熔融共混挤出过程中使TPU硬段的聚集速率加快，同时微交联的形成使结晶温度降低，最终导致TPU形成更为有序的结构。耐热性结果表明，TPU/PA1212/MDI共混物的高温热稳定性、耐热性及耐环境介质性能显著提高。
3.TPU/纳米CaCO3共混体系研究
制备了聚氨酯预聚体改性的纳米CaCO3(MS-CaCO3)，并用FTIR、SEM、TGA等方法进行了表征。将MS-CaCO3与未改性的纳米CaCO3及常用的硬脂酸改性的纳米CaCO3一同制备TPU复合材料。系统考察了不同改性剂、含量、分散形态以及界面结构等对TPU性能的影响。SEM和TEM观察表明，改性的纳米CaCO3分散性好于未改性的纳米CaCO3，聚氨酯预聚体改性的纳米CaCO3界面相容性好于硬脂酸改性的纳米CaCO3。流变结果表明，添加纳米CaCO3使体系的剪切粘度降低。力学性能测试表明，添加0.5-1 wt％MS-CaCO3后，TPU的拉伸强度和断裂伸长率增加，达到了同时增强增韧的效果。TPU/纳米CaCO3复合物在70℃热空气老化后的强度增加，这可能与界面层厚度增加及形成更多次晶结构有关。