Wat is TPU-materiaal? Eigenschappen, typen en wanneer u nylon versus PA moet kiezen

Wat is TPU-materiaal? Een direct antwoord

TPU, een afkorting van Thermoplastisch Polyurethaan, is een thermoplastisch elastomeer dat zich in het eindproduct als rubber gedraagt en op de productielijn als een conventioneel plastic. Bij verhitting wordt het zacht en stroomt; bij afkoeling wordt het weer hard. Die omkeerbaarheid is het bepalende verschil tussen TPU en thermohardend rubber: TPU kan worden spuitgegoten, geëxtrudeerd en 3D-geprint, en productieschroot kan opnieuw worden gemalen en hergebruikt.

Praktisch gezien is TPU het materiaal in flexibele telefoonhoesjes, industriële slangen, zwenkwielen, transportbanden, kabelmantels, luchtveringsbalgen en zacht aanvoelende overmolds. Het buigt, strekt zich uit, absorbeert schokken en is bestand tegen glijdende slijtage, maar werkt nog steeds op standaard plasticverwerkingsapparatuur.

Typische waarden uit gepubliceerde gegevensbladen over TPU-grondstoffen geven een bruikbaar startbeeld: de hardheid varieert van 60 Shore A tot 75 Shore D, de rek bij breuk ligt tussen 300 procent en 700 procent, en de continue gebruikstemperatuur varieert van ongeveer -35 tot 90-120 graden Celsius, afhankelijk van de kwaliteit. Exacte cijfers variëren afhankelijk van het polyoltype en de inhoud van het harde segment, dus het uiteindelijke cijfer moet altijd worden geverifieerd aan de hand van de documentatie van de fabrikant.

Hoe TPU wordt gemaakt: harde en zachte segmenten

TPU wordt gesynthetiseerd door een polyadditiereactie van drie bouwstenen: een diisocyanaat, meestal MDI; een polyol met lange keten, polyester of polyether; en een diol met een korte keten, een zogenaamde ketenverlenger. Het diisocyanaat reageert met de ketenverlenger om stijve harde segmenten te vormen, terwijl het polyol flexibele zachte segmenten vormt. Omdat deze twee segmenttypen chemisch incompatibel zijn, worden ze gescheiden in microdomeinen. De harde domeinen fungeren als omkeerbare fysieke verknopingen die TPU sterkte en hittebestendigheid geven, en de zachte domeinen zorgen voor elasticiteit en flexibiliteit bij lage temperaturen.

De hard-zachtverhouding bepaalt hoe TPU aanvoelt

Als een samensteller het gehalte aan harde segmenten verhoogt, wordt de TPU stijver, sterker en hittebestendiger. Als het gehalte aan zachte segmenten stijgt, wordt de TPU zachter, elastischer en flexibeler bij lage temperaturen. Dit is de reden waarom TPU een materiaalfamilie is en niet één enkel recept, en waarom twee TPU-kwaliteiten met dezelfde Shore-hardheid nog steeds kunnen verschillen wat betreft slijtvastheid, compressievastheid en chemische stabiliteit.

Op polyester gebaseerd versus op polyether gebaseerd TPU

De twee belangrijkste families komen uit de polyol. Op polyester gebaseerd TPU levert over het algemeen een hogere trek- en scheursterkte, betere slijtvastheid en een sterkere weerstand tegen oliën en brandstoffen. Op polyether gebaseerde TPU presteert beter tegen hydrolyse, microbiële aanvallen en herhaaldelijk buigen in vochtige omgevingen. Die keuze is belangrijker dan het hardheidsgetal voor een lange levensduur.

Belangrijkste eigenschappen van TPU: hardheid, sterkte en weerstand

De onderstaande eigenschappenreeksen verschijnen herhaaldelijk in de technische literatuur van leveranciers en zijn de eigenschappen waar ingenieurs het eerst naar vragen tijdens de materiaalkeuze.

Hardheid gedrag

Shore-hardheid is de snelste manier om een TPU-vereiste te communiceren. Gangbare kwaliteiten met flexibele onderdelen liggen tussen 80A en 95A, terwijl halfstijve kwaliteiten lopen van 55D tot 75D. Hardheid alleen is niet voldoende: druksterkte en scheursterkte voorspellen het afdichtings- en herhaalde buiggedrag op de lange termijn beter, vooral bij pakkingen en balgen.

Mechanische sterkte en elasticiteit

De treksterkte in het bereik van 25-70 MPa is bescheiden vergeleken met metalen of met glas gevuld nylon, maar TPU combineert die sterkte met een rek van 300-700 procent. De combinatie bepaalt de energieabsorptie: het materiaal vervormt in plaats van te scheuren en keert vervolgens terug naar zijn oorspronkelijke vorm. Dat is de reden waarom TPU-bumpers en -behuizingen een val overleven die de stijve behuizing zou doen breken.

Thermische grenzen

Standaard TPU-kwaliteiten zijn geschikt voor continu gebruik rond de 90-120 graden Celsius. Pieken op de korte termijn kunnen hoger zijn, maar langdurige blootstelling breekt het elastomeernetwerk af en vermindert de mechanische eigenschappen. Als de toepassing zich in de buurt van een hete motor bevindt, in een gesloten verlichtingssamenstel of waar dan ook waar soldeerwarmte wordt toegepast, is nylon of PPA de veiligere richting.

Chemische en milieubestendigheid

Op polyester gebaseerd TPU is goed bestand tegen oliën, brandstoffen en oplosmiddelen. TPU op polyetherbasis is bestand tegen water, hydrolyse en microbiële groei. Blootstelling aan zonlicht verkleurt en bros ongemodificeerde TPU, dus buitenonderdelen gebruiken carbon black of UV-gestabiliseerde kwaliteiten. De juiste kwaliteit hangt altijd af van de specifieke chemicaliën waarmee het onderdeel in aanraking zal komen.

TPU versus nylon (PA6, PA66, PPA): welke past bij uw onderdeel?

TPU en nylon zijn beide hoogwaardige polymeren met verschillende technische antwoorden. Nylon, ook wel polyamide genoemd, is een stijve, semikristallijne technische thermoplast waarvan de chemie en kwaliteiten worden uitgelegd in ons artikel over wat nylonmateriaal is . TPU is een elastomeer. De keuze komt meestal neer op één vraag: buigt en stuitert het onderdeel, of draagt ​​het een last en behoudt het zijn vorm?

Kies TPU wanneer het onderdeel moet buigen

• Afdichtingen, balgen, doorvoertules en stoflaarzen die bij elke cyclus buigen
• Beschermkoffers en valabsorberende behuizingen voor elektronica en gereedschap
• Zwenkwielen, skatewielen en transportrollen worden blootgesteld aan constante slijtage
• Slangen en buizen die oliebestendigheid en een kleine buigradius nodig hebben
• Zacht aanvoelende omhulsels op handgrepen, handgrepen en knoppen

Kies nylon als het onderdeel belasting moet dragen en vorm moet behouden

• Tandwielen, katrollen en lagers die stijfheid en slijtvastheid nodig hebben
• Structurele beugels en behuizingen waarbij buiging een verkeerde uitlijning zou veroorzaken
• Onderdelen die continu boven de 120 graden Celsius draaien
• Componenten die hun afmetingen moeten behouden bij vochtige hitte, wat de voorkeur geeft aan PPA met een laag vochtgehalte

Voor onderdelen die in de nylonkolom terechtkomen, is de volgende stap het afstemmen van de nylonchemie op de vereiste. De PA6-chipserie is het standaard uitgangspunt voor verbeterde stijfheid en evenwichtige kosten. Als sterkte en warmteafbuiging er beide toe doen, dan is de PA66-chipserie upgradet het mechanische plafond. Voor elektronica en aan hitte blootgestelde onderdelen geldt de PPA-kunststof serie houdt de wateropname laag en de maatvastheid hoog.

Fabrikanten van PPA-plastic chips, fabriek van polyftalamide-plastic chips Als Chinese fabrikanten van PPA-plastic chips en de fabriek van polyphthalamide-plastic chips, is Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd... Bekijk Product →

Nylon 66-chips, polyamide 66-chips, PA66-chipsfabrikanten, fabriek Terwijl China nylon 66-chipsfabrikanten en Polyamide 66-chips, PA66-chipsfabriek, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pro ... Bekijk Product →

Fabrikanten van nylon 6-chips, polyamide 6, PA6-chips, fabriek Terwijl China nylon 6-chipsfabrikanten en Polyamide 6-chips, PA6-chipsfabriek, professeert Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd ... Bekijk Product →

Veel voorkomende TPU-toepassingen per branche

De verwerkingsflexibiliteit van TPU komt tot uiting in zeer verschillende producten. De typische toepassingen hieronder zijn gerangschikt per sector, zodat u de dichtstbijzijnde analoog bij uw eigen onderdeel kunt vinden.

• Consumentenelektronica: flexibele telefoonhoesjes, smartwatch-bandjes, beschermende bumpers, behuizingen voor oordopjes en trekontlastingen voor kabels.
• Automotive: luchtveringsbalgen, beschermlaarzen, doorvoertules, kabelmantels en zacht aanvoelende binnenoppervlakken.
• Industrieel: transportbanden, aandrijfriemen, zwenkwielen, hogedrukslangen, afdichtingen, membranen en dempingselementen.
• Schoeisel en sportartikelen: schoenzolen, schoenplaten, beschermende kussens en opblaasbare structuren.
• Textiel en gecoate stoffen: waterdichte membranen, opblaasbare boten en beschermende kledinglagen.
• Additieve productie: flexibele prototypes, op maat gemaakte pakkingen en zachte onderdelen in kleine volumes, gedrukt in TPU-filament of poeder.

Verwerking TPU: spuitgieten, extrusie en 3D-printen

TPU-processen worden uitgevoerd op conventionele kunststofapparatuur, maar volgen andere regels dan stijve thermoplasten. De twee punten die de meeste kwaliteitsproblemen veroorzaken zijn vocht en schuifkracht.

Drogen is niet optioneel

TPU-pellets nemen snel vocht op. De meeste leveranciers adviseren om vóór verwerking twee tot vier uur te drogen bij 80-100 graden Celsius. Ongedroogd materiaal veroorzaakt spatsporen op gegoten onderdelen en een meetbare daling van de mechanische eigenschappen omdat het vocht het polymeer afbreekt tijdens het smelten.

Richtlijnen voor spuitgieten

Typische smelttemperaturen blijven afhankelijk van de kwaliteit binnen het bereik van 170-220 graden Celsius. Schimmels worden vaak tussen de 20 en 50 graden Celsius gehouden. Omdat de TPU-viscositeit gevoelig is voor de afschuifsnelheid, zijn de meest voorkomende fouten brandplekken door hoge injectiesnelheid en korte schoten door slechte ventilatie. Het vergroten van de poort- en runnerdoorsneden lost de meeste vulproblemen op voordat enige wijziging van de formulering nodig is.

Extrusie en 3D-printen

Film-, plaat- en buisextrusie volgen dezelfde droogregel en gebruiken iets lagere smelttemperaturen dan gieten. Voor FDM 3D-printen print een typisch 95A TPU-filament bij mondstuktemperaturen rond de 220-250 graden Celsius en met lagere voedingssnelheden dan PLA of nylon om te voorkomen dat het zachte filament knikt. Gedrukte TPU-onderdelen offeren wat sterkte op in vergelijking met gegoten onderdelen vanwege de hechting van de lagen, maar ze werken goed voor prototypes, pakkingen en op maat gemaakte zachte componenten.

Hoe u de juiste kwaliteit kiest: TPU of nylon

Gebruik de onderstaande reeks om de beslissing snel te filteren.

1. Bepaal of het onderdeel moet buigen of stijf moet blijven. Elastisch herstel bij afdichting en impact betekent TPU; draagvermogen en maatnauwkeurigheid betekent nylon.
2. Stel het hardheidsdoel in. Horlogebanden en grepen zitten rond de 80-95A; structurele maar enigszins flexibele onderdelen beginnen bij 55D en hoger.
3. Kies de polyolfamilie. Olie- en brandstofomgevingen geven de voorkeur aan TPU op polyesterbasis; vochtige of buitenomgevingen geven de voorkeur aan op polyether gebaseerde TPU.
4. Controleer het thermische plafond. Continue hitte boven de 120 graden Celsius diskwalificeert de meeste standaard TPU-kwaliteiten en wijst op PA66 of PPA.
5. Controleer de vocht- en maatvastheid. Onderdelen die zijn blootgesteld aan vochtige hitte houden de toleranties beter vast in PPA dan in standaard PA6.

Ook aanbodoverwegingen spelen een rol. De huidige stand van zaken in de nylon 6-chipindustrie heeft invloed op de prijzen en doorlooptijden voor op PA6 gebaseerde materialen, wat de moeite waard is om te controleren voordat u een grote productierun uitvoert. Als recycleerbaarheid een prioriteit is, gerecyclede polyamidekorrels zijn een van de beschikbare routes om de kringloop op het gebied van nylonafval te sluiten.

Veelgestelde vragen over TPU-materiaal

Is TPU hetzelfde als rubber of siliconen?

Nee. TPU is een thermoplastisch elastomeer, dus het smelt en kan opnieuw worden gevormd. Thermohardend rubber hardt uit en kan niet opnieuw worden gesmolten. Siliconen is een ander elastomeer met een hogere hittetolerantie, maar een zachter scheur- en schuurgedrag. TPU wint waar slijtage en taaiheid de prioriteit hebben; siliconen winnen waar extreme hitte en lage compressieset domineren.

Wat betekenen hardheidsgetallen zoals Shore 95A en Shore 55D?

Shore-hardheid meet de weerstand tegen indrukking met een durometer. A-schaalgetallen onder de 80 beschrijven zachte, rubberachtige materialen; getallen boven 90A beschrijven stevige flexibele materialen. D-schaalgetallen boven de 50 beschrijven halfstijve materialen die nog steeds enige flexibiliteit hebben. De 95A- en 55D-regio's voelen in de hand hetzelfde aan, maar de twee schalen gebruiken verschillende inspringingen, dus vergelijk alleen binnen dezelfde schaal of gebruik een conversietabel.

Welke temperatuur kan TPU weerstaan?

De continue servicelimieten voor standaard TPU-kwaliteiten liggen afhankelijk van de formulering rond de 80-120 graden Celsius, en polyethertypen blijven flexibel tot ongeveer -35 graden Celsius of lager. Voor aanhoudende hitte boven de 120 graden Celsius is PA66 met hittestabilisatoren of PPA het geschiktere materiaal.

Kan TPU gerecycled worden?

Omdat TPU thermoplastisch is, kunnen productieschroot en aanspuitingen opnieuw worden gemalen en verwerkt, en zijn gerecyclede TPU-kwaliteiten in de handel verkrijgbaar. Diezelfde hersmeltbaarheid is terug te vinden in de nylonfamilie, waar gerecyclede polyamidekorrels worden gebruikt om het gehalte aan nieuw materiaal in gegoten producten te verminderen.

Welke is beter bestand tegen olie: TPU of nylon?

Op polyester gebaseerd TPU biedt uitstekende olie- en brandstofbestendigheid, over het algemeen beter dan ongewapend nylon bij flexibele afdichtingstoepassingen. Nylon is ook bestand tegen oliën, maar absorbeert water en dat vocht heeft na verloop van tijd invloed op de afmetingen. Voor een flexibel onderdeel dat voortdurend in contact staat met olie is TPU de gebruikelijke eerste keuze.

Is TPU moeilijk te spuitgieten?

TPU is niet per definitie moeilijk, maar vereist een strengere procescontrole dan de meeste nylonsoorten. Houd de pellets droog, gebruik een lagere smelttemperatuur dan veel technische kunststoffen, en ontwerp royale poorten en ventilatieopeningen; het materiaal vult prima. Bij het ontwerpen van gereedschappen tolereert TPU lagere matrijstemperaturen en kortere cycli dan hittegestabiliseerde nylons.