Co to jest materiał TPU? Właściwości, typy i kiedy wybrać nylon zamiast PA

Co to jest materiał TPU? Bezpośrednia odpowiedź

TPU, skrót od termoplastycznego poliuretanu, to termoplastyczny elastomer, który zachowuje się jak guma w produkcie końcowym i jak konwencjonalny plastik na linii produkcyjnej. Po podgrzaniu mięknie i płynie; po ochłodzeniu ponownie twardnieje. Ta odwracalność stanowi zasadniczą różnicę między TPU a gumą termoutwardzalną: TPU można formować wtryskowo, wytłaczać i drukować w 3D, a złom produkcyjny można ponownie zmielić i ponownie wykorzystać.

W praktyce TPU to materiał używany do produkcji elastycznych obudów telefonów, węży przemysłowych, kółek samonastawnych, przenośników taśmowych, osłon kabli, miechów zawieszenia pneumatycznego i miękkich w dotyku form. Wygina się, rozciąga, pochłania uderzenia i jest odporny na zużycie ślizgowe, a mimo to nadal działa na standardowym sprzęcie do przetwarzania tworzyw sztucznych.

Typowe wartości z opublikowanych arkuszy danych surowców TPU dają użyteczny obraz wyjściowy: twardość waha się od 60 Shore A do 75 Shore D, wydłużenie przy zerwaniu mieści się w zakresie od 300 do 700 procent, a temperatura ciągłej pracy wynosi od -35 do 90-120 stopni Celsjusza, w zależności od gatunku. Dokładne liczby różnią się w zależności od rodzaju poliolu i zawartości twardych segmentów, dlatego ostateczną ocenę należy zawsze sprawdzić w oparciu o dokumentację producenta.

Jak powstaje TPU: twarde i miękkie segmenty

TPU jest syntetyzowany w reakcji poliaddycji trzech elementów składowych: diizocyjanianu, zwykle MDI; długołańcuchowy poliol, albo poliester, albo polieter; oraz krótkołańcuchowy diol zwany przedłużaczem łańcucha. Diizocyjanian reaguje z przedłużaczem łańcucha, tworząc sztywne, twarde segmenty, podczas gdy poliol tworzy elastyczne, miękkie segmenty. Ponieważ te dwa typy segmentów są chemicznie niezgodne, rozdzielają się na mikrodomeny. Twarde domeny działają jak odwracalne fizyczne wiązania poprzeczne, które zapewniają wytrzymałość TPU i odporność na ciepło, natomiast miękkie domeny zapewniają elastyczność i elastyczność w niskich temperaturach.

Stosunek twardości do miękkości określa wrażenia z TPU

Jeśli formulator zwiększy zawartość twardych segmentów, TPU stanie się sztywniejszy, mocniejszy i bardziej odporny na ciepło. Jeśli zawartość miękkich segmentów wzrasta, TPU staje się bardziej miękki, bardziej elastyczny i bardziej elastyczny w niskiej temperaturze. Właśnie dlatego TPU jest rodziną materiałów, a nie pojedynczą recepturą i dlatego dwa gatunki TPU o tej samej twardości w skali Shore'a mogą nadal różnić się odpornością na ścieranie, odkształceniem po ściskaniu i stabilnością chemiczną.

TPU na bazie poliestru a TPU na bazie polieteru

Dwie główne rodziny pochodzą z polioli. TPU na bazie poliestru ogólnie zapewnia wyższą wytrzymałość na rozciąganie i rozdarcie, lepszą odporność na ścieranie oraz większą odporność na oleje i paliwa. TPU na bazie polieteru lepiej radzi sobie z hydrolizą, atakiem drobnoustrojów i powtarzającym się zginaniem w wilgotnym środowisku. Dla długiej żywotności ten wybór ma większe znaczenie niż liczba twardości.

Kluczowe właściwości TPU: twardość, wytrzymałość i odporność

Poniższe zakresy właściwości pojawiają się wielokrotnie w literaturze technicznej dostawców i to właśnie o nie inżynierowie pytają w pierwszej kolejności podczas wyboru materiału.

Zachowanie w zakresie twardości

Twardość Shore’a to najszybszy sposób przekazania wymagań dotyczących TPU. Typowe gatunki części elastycznych mieszczą się w zakresie od 80 A do 95 A, natomiast gatunki półsztywne wahają się od 55D do 75D. Sama twardość nie wystarczy: odkształcenie na ściskanie i wytrzymałość na rozdarcie pozwalają lepiej przewidzieć długoterminowe uszczelnienie i zachowanie przy powtarzającym się zginaniu, zwłaszcza w przypadku uszczelek i mieszków.

Wytrzymałość mechaniczna i elastyczność

Wytrzymałość na rozciąganie w zakresie 25–70 MPa jest niewielka w porównaniu z metalami lub nylonem wypełnionym szkłem, ale TPU łączy tę wytrzymałość z wydłużeniem na poziomie 300–700 procent. Kombinacja ta decyduje o absorpcji energii: materiał zamiast pękać, odkształca się, po czym powraca do swojego pierwotnego kształtu. Dlatego zderzaki i obudowy z TPU wytrzymują upadki, które mogłyby uszkodzić sztywną obudowę.

Granice termiczne

Standardowe gatunki TPU są przystosowane do ciągłej pracy w temperaturze około 90-120 stopni Celsjusza. Krótkoterminowe wartości szczytowe mogą być wyższe, ale długotrwałe narażenie powoduje uszkodzenie sieci elastomeru i zmniejszenie właściwości mechanicznych. Jeśli aplikacja znajduje się w pobliżu gorącego silnika, wewnątrz zamkniętego zespołu oświetleniowego lub w dowolnym miejscu, w którym stosowane jest ciepło lutownicze, bezpieczniejszym rozwiązaniem jest nylon lub PPA.

Odporność chemiczna i środowiskowa

TPU na bazie poliestru jest dobrze odporny na oleje, paliwa i rozpuszczalniki. TPU na bazie polieteru jest odporny na wodę, hydrolizę i rozwój drobnoustrojów. Narażenie na światło słoneczne odbarwia i kruszy niezmodyfikowany TPU, dlatego w częściach zewnętrznych stosuje się sadzę lub gatunki odporne na promieniowanie UV. Właściwy gatunek zawsze zależy od konkretnych substancji chemicznych, z którymi dana część będzie się stykać.

TPU vs Nylon (PA6, PA66, PPA): który pasuje do Twojej części?

Zarówno TPU, jak i nylon to wysokowydajne polimery o różnych rozwiązaniach inżynieryjnych. Nylon, zwany także poliamidem, jest sztywnym, półkrystalicznym tworzywem termoplastycznym, którego skład chemiczny i skład wyjaśniono w naszym artykule na temat jaki jest materiał nylonowy . TPU jest elastomerem. Wybór zwykle sprowadza się do jednego pytania: czy część wygina się i odbija, czy może przenosi obciążenie i utrzymuje kształt?

Wybierz TPU, gdy część musi się zgiąć

• Uszczelki, mieszki, przelotki i osłony przeciwpyłowe, które wyginają się podczas każdego cyklu
• Ochronne i amortyzujące obudowy do elektroniki i narzędzi
• Kółka samonastawne, rolki łyżwowe i rolki przenośnika narażone na ciągłe zużycie
• Węże i rurki wymagające odporności na olej i małego promienia zgięcia
• Miękkie w dotyku nakładki na uchwytach, uchwytach i gałkach

Wybierz nylon, gdy część musi przenosić obciążenie i utrzymywać kształt

• Przekładnie, koła pasowe i łożyska wymagające sztywności i odporności na zużycie
• Wsporniki konstrukcyjne i obudowy, w których ugięcie mogłoby spowodować niewspółosiowość
• Części pracują w sposób ciągły w temperaturze powyżej 120 stopni Celsjusza
• Komponenty, które muszą zachować wymiary w wilgotnym upale, co sprzyja PPA o niskiej zawartości wilgoci

W przypadku części lądujących w kolumnie nylonowej następnym krokiem jest dopasowanie składu chemicznego nylonu do wymagań. The Seria chipów PA6 to standardowy punkt wyjścia dla zwiększonej sztywności i zrównoważonych kosztów. Jeśli liczy się zarówno wytrzymałość, jak i odkształcenie pod wpływem ciepła, to Seria chipów PA66 modernizuje sufit mechaniczny. W przypadku elektroniki i części narażonych na działanie ciepła, Seria z tworzywa PPA utrzymuje niski pobór wody i wysoką stabilność wymiarową.

Producenci chipów z tworzyw sztucznych PPA, fabryka chipów z tworzyw sztucznych polifelamidowych Jako chińscy producenci chipów z tworzyw sztucznych PPA i fabryka chipów z tworzyw sztucznych poftalamidowych, firma Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd ... Zobacz produkt →

Chipsy nylonowe 66, wióry poliamidowe 66, producenci chipów PA66, fabryka Ponieważ chińscy producenci chipów nylonowych 66 i chipy poliamidowe 66, fabryka chipów PA66, firma Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pro... Zobacz produkt →

Chipsy nylonowe 6, producenci chipów poliamidowych 6, PA6, fabryka Ponieważ chińscy producenci chipów nylonowych 6 i chipy poliamidowe 6, fabryka chipów PA6, firma Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd specjalizuje się w ... Zobacz produkt →

Typowe zastosowania TPU według branży

Elastyczność przetwarzania TPU objawia się w przypadku bardzo różnych produktów. Typowe zastosowania poniżej są uporządkowane według sektorów, dzięki czemu możesz zlokalizować analog najbliższy swojej części.

• Elektronika użytkowa: elastyczne etui na telefony, opaski do smartwatchów, zderzaki ochronne, obudowy słuchawek dousznych i elementy odciążające kable.
• Motoryzacja: miechy zawieszenia pneumatycznego, buty ochronne, przelotki, osłony kabli i miękkie w dotyku powierzchnie wewnętrzne.
• Przemysłowe: przenośniki taśmowe, pasy napędowe, koła samonastawne, węże wysokociśnieniowe, uszczelki, membrany i elementy tłumiące.
• Obuwie i artykuły sportowe: podeszwy butów, korki, podkładki ochronne i konstrukcje nadmuchiwane.
• Tekstylia i tkaniny powlekane: membrany wodoodporne, pontony i warstwy odzieży ochronnej.
• Produkcja przyrostowa: elastyczne prototypy, niestandardowe uszczelki i miękkie części o małej objętości drukowane z włókna TPU lub proszku.

Przetwarzanie TPU: formowanie wtryskowe, wytłaczanie i druk 3D

TPU przetwarza się na konwencjonalnym sprzęcie z tworzyw sztucznych, ale podlega innym zasadom niż sztywne tworzywa termoplastyczne. Dwa punkty powodujące najwięcej problemów z jakością to wilgoć i ścinanie.

Suszenie nie jest opcjonalne

Granulki TPU szybko wchłaniają wilgoć. Większość dostawców zaleca suszenie w temperaturze 80–100 stopni Celsjusza przez dwie do czterech godzin przed przetwarzaniem. Niewysuszony materiał powoduje powstawanie śladów na formowanych częściach i mierzalny spadek właściwości mechanicznych, ponieważ wilgoć powoduje degradację polimeru podczas topienia.

Wytyczne dotyczące formowania wtryskowego

Typowe temperatury topnienia mieszczą się w zakresie 170–220 stopni Celsjusza, w zależności od gatunku. Formy są często przechowywane w temperaturze od 20 do 50 stopni Celsjusza. Ponieważ lepkość TPU jest wrażliwa na szybkość ścinania, częstymi awariami są ślady przypaleń spowodowane dużą prędkością wtrysku i krótkie strzały spowodowane słabą wentylacją. Zwiększenie przekrojów poprzecznych bramy i prowadnicy rozwiązuje większość problemów z napełnianiem, zanim konieczna będzie jakakolwiek zmiana receptury.

Wytłaczanie i druk 3D

Wytłaczanie folii, arkuszy i rur odbywa się zgodnie z tą samą zasadą suszenia i wymaga nieco niższych temperatur topnienia niż w przypadku formowania. W przypadku druku 3D FDM typowy żarnik TPU 95A drukuje przy temperaturach dyszy około 220-250 stopni Celsjusza i przy niższych prędkościach podawania niż PLA lub nylon, aby zapobiec wyboczeniu miękkiego włókna. Drukowane części TPU tracą pewną wytrzymałość w porównaniu z częściami formowanymi ze względu na przyczepność warstw, ale dobrze sprawdzają się w przypadku prototypów, uszczelek i niestandardowych miękkich komponentów.

Jak wybrać odpowiednią klasę: TPU lub nylon

Skorzystaj z poniższej sekwencji, aby szybko przefiltrować decyzję.

1. Zdecyduj, czy część ma się zginać, czy pozostać sztywna. Elastyczne odzyskiwanie w uszczelnieniu i uderzeniu oznacza TPU; nośność i dokładność wymiarowa oznaczają nylon.
2. Ustaw docelową twardość. Paski i uchwyty do zegarków mieszczą się w przedziale 80–95 A; części strukturalne, ale nieco elastyczne, zaczynają się od 55D i więcej.
3. Wybierz rodzinę polioli. Środowiska zaolejone i paliwowe preferują TPU na bazie poliestru; środowiska wilgotne lub zewnętrzne preferują TPU na bazie polieteru.
4. Sprawdź sufit termiczny. Ciągłe ciepło powyżej 120 stopni Celsjusza dyskwalifikuje większość standardowych gatunków TPU i wskazuje na PA66 lub PPA.
5. Sprawdź wilgotność i stabilność wymiarową. Części wystawione na działanie wilgotnego ciepła zachowują tolerancje lepiej w PPA niż w standardowym PA6.

Względy podaży również odgrywają rolę. The obecny stan branży nylonowych 6 chipów wpływa na cenę i czas realizacji materiałów na bazie PA6, co warto sprawdzić przed podjęciem decyzji o dużej serii produkcyjnej. Jeśli priorytetem jest recykling, granulat poliamidowy z recyklingu są jedną z dostępnych dróg zamknięcia obiegu odpadów nylonowych.

Często zadawane pytania dotyczące materiałów TPU

Czy TPU to to samo co guma lub silikon?

Nie. TPU to elastomer termoplastyczny, więc topi się i można go ponownie formować. Guma termoutwardzalna utwardza ​​się i nie można jej przetapiać. Silikon to inny elastomer o wyższej tolerancji na ciepło, ale bardziej miękki w przypadku rozdarcia i ścierania. TPU sprawdza się tam, gdzie priorytetem jest ścieranie i wytrzymałość; silikon wygrywa tam, gdzie dominują ekstremalne temperatury i niska kompresja.

Co oznaczają wartości twardości, takie jak Shore 95A i Shore 55D?

Twardość Shore'a mierzy odporność na wgniecenie za pomocą twardościomierza. Liczby w skali A poniżej 80 opisują miękkie, gumowate materiały; liczby powyżej 90A opisują mocne, elastyczne materiały. Liczby w skali D powyżej 50 opisują materiały półsztywne, które nadal charakteryzują się pewną elastycznością. Regiony 95A i 55D leżą w dłoni podobnie, ale w obu skalach zastosowano różne wcięcia, dlatego należy porównywać tylko w obrębie tej samej skali lub skorzystać z tabeli konwersji.

Jaką temperaturę wytrzymuje TPU?

Limity ciągłej pracy dla standardowych gatunków TPU wynoszą około 80-120 stopni Celsjusza, w zależności od składu, a typy polieterowe zachowują elastyczność do około -35 stopni Celsjusza lub mniej. W przypadku utrzymujących się temperatur powyżej 120 stopni Celsjusza bardziej odpowiednim materiałem jest PA66 ze stabilizatorami termicznymi lub PPA.

Czy TPU można poddać recyklingowi?

Ponieważ TPU jest tworzywem termoplastycznym, złom produkcyjny i wlewki można ponownie zmielić i ponownie przetworzyć, a na rynku dostępne są gatunki TPU pochodzące z recyklingu. Ta sama zdolność do ponownego topienia występuje w całej rodzinie nylonów, gdzie granulaty poliamidowe pochodzące z recyklingu stosuje się w celu zmniejszenia zawartości materiału pierwotnego w produktach formowanych.

Co jest bardziej odporne na olej: TPU czy nylon?

TPU na bazie poliestru zapewnia doskonałą odporność na olej i paliwo, ogólnie lepszą niż niewzmocniony nylon w elastycznych zastosowaniach uszczelniających. Nylon jest również odporny na oleje, ale pochłania wodę, a wilgoć z czasem wpływa na wymiary. W przypadku elastycznej części będącej w stałym kontakcie z olejem, zazwyczaj pierwszym wyborem jest TPU.

Czy TPU jest trudny do formowania wtryskowego?

TPU nie jest z natury trudny, ale wymaga bardziej rygorystycznej kontroli procesu niż większość gatunków nylonu. Utrzymuj granulki w suchości, używaj niższej temperatury topnienia niż w przypadku wielu konstrukcyjnych tworzyw sztucznych i projektuj duże bramy i otwory wentylacyjne; materiał dobrze się wypełnia. W projektowaniu narzędzi TPU toleruje niższe temperatury formy i krótsze cykle niż nylony stabilizowane termicznie.