水性聚氨酯的硬段由活性二异氰酸酯基团单独或与伸链延长剂一起组成，其中存在一些强极性基团，如氨基甲酸酯、芳基或取代尿素基团。一般来说，聚合物的高温性能和软化熔化温度取决于硬段。
首先，由于异氰酸酯的结构极大地影响硬链段的刚性，看来水性氰酸酯的种类极大地影响聚氨酯材料的性能。 如果硬链段结构由芳族异氰酸酯组成，则其刚性强且难以改变其构象，因此当由刚性芳环形成水性聚氨酯的聚氨酯时，PU可具有强的内聚力。 由对称二异氰酸酯基团形成的水性聚氨酯的分子结构更有序，形成的氢键更好，因此与由不对称二异氰酸酯(TDI)制备的水性聚氨酯相比，4，4-MDI制备的聚氨酯的撕裂强度、内聚力和模量都更好。 通常，硬链段由刚性芳环组成，且内聚强度大于由脂族异氰酸酯类型组成硬链段的内聚强度，使得所制备的聚氨酯材料也很强。 然而，存在相对容易发生变黄的缺点。 此外，水性聚氨酯材料的耐久性也在一定程度上受到异氰酸酯结构的影响，芳环上的氢难以氧化，并且比较了聚氨酯材料的抗氧化性。 芳族异氰酸酯的抗热氧化性能优于脂族异氰酸酯聚氨酯。

此外，扩链剂对聚氨酯的性能也有一定的影响。在材料强度方面，在相同条件下，用脂肪族二元醇扩链剂制备的聚氨酯材料强度比用芳香族二元醇制备的聚氨酯材料强度要差。使用二胺扩链剂、聚氨酯和使用乙二醇作为聚氨酯链增长剂相比,具有更好的机械强度、附着力和模量,同时有一个更好的低温性能,原因是二胺型链增长剂可以形成尿素关键,相对于氨酯键(NHCO -),尿素键(NHCONH -)引起的极性较强。