Ken uw materialen:TPE vs. TPU

Wanneer productontwerpers en ingenieurs willen dat een onderdeel bepaalde eigenschappen heeft, zoals schokabsorptie of een hoge slagvastheid, wenden ze zich vaak tot polymeren gemaakt van thermoplastische elastomeren.

Thermoplastische elastomeren zijn een klasse polymeren die zowel thermoplastische als elastomere eigenschappen hebben, wat betekent dat ze hittebestendig en duurzaam zijn, maar toch flexibel. Aangezien thermoplastische elastomeren kunnen worden gesmolten en omgevormd zonder de chemische of mechanische eigenschappen van het materiaal in gevaar te brengen, kan het schroot zelfs worden hergebruikt als gedeeltelijke vervanging voor nieuw plastic. Onderdelen die van dit materiaal zijn gemaakt, kunnen worden vervaardigd met behulp van verschillende processen, waaronder extrusie, spuitgieten en blaasvormen.

TPE (thermoplastisch elastomeer) en TPU (thermoplastisch polyurethaan) behoren tot de meest populaire categorieën thermoplastische elastomeren - en hoewel velen de termen door elkaar gebruiken, hebben ze enkele belangrijke verschillen. Om te beginnen zijn TPE's een categorie die een grote verscheidenheid aan thermoplastische elastomeren omvat, terwijl TPU alleen verwijst naar een kleinere subset. TPU is ook nieuwer in de maakindustrie dan TPE.

Hier volgt een uitgebreid overzicht van de belangrijkste verschillen tussen de termen TPE en TPU, en met welke aspecten hiervan rekening moet worden gehouden bij het maken van een materiaalkeuze.

Een overzicht van TPE

TPE, ook wel thermoplastisch rubber genoemd, combineert de look en feel van standaard rubber met het gebruiksgemak van een kunststof. Deze grote categorie omvat een breed scala aan polymeren, waaronder TPU, thermoplastische copolyester (TCP) en thermoplastische polyamine (TPA). Dit materiaal staat bekend om zijn elasticiteit, verwerkbaarheid, recyclebaarheid, hoge smelttemperatuur en weerstand tegen weersinvloeden.

De mechanische specificaties voor elk type TPE verschillen per merk. De mechanische specificaties voor het K2702 thermoplastische elastomeer van Kent Elastomer Products omvatten bijvoorbeeld:

• Shore A hardheid :29A
• Trek bij breuk :1100 psi (7,6 MPa)
• Verlenging :950%
• 300%-modulus :175 psi (1,2 MPa)
• 500%-modulus :330 psi (2,3 MPa)
• Bedrijfstemperatuur :-40 tot 195°F (-40 tot 91°C)

TPE is het polymeer bij uitstek voor elke toepassing die zacht moet aanvoelen en goede elastische of antislip eigenschappen moet hebben. Ze zijn ook ideaal voor toepassingen waarbij een onderdeel moet voldoen aan een bijbehorend onderdeel. Veelvoorkomende commerciële toepassingen voor TPE zijn onder meer handgrepen voor potloodgrepen, handgrepen voor hockeysticks, speelgoed en skischoenen. In de medische industrie zijn TPE's te vinden in onderdelen van beademingsapparaten, connectoren en mondstukken. In de auto-industrie wordt TPE gebruikt in weerbestendige afdichtingen, vloermatten, interieur- en exterieuronderdelen, airbagafdekkingen en bumpers.

TPE's bieden tal van voordelen ten opzichte van vergelijkbare kunststoffen, waaronder conventionele rubbermaterialen. TPE's zijn sneller te verwerken en hebben kortere fabricagetijden dan rubbers, wat de uiteindelijke kosten van het afgewerkte onderdeel verlaagt. Kortere vormcycli verhogen ook de energie-efficiëntie. In vergelijking met TPU in het algemeen kunnen TPE's elastischer zijn.

TPE's hebben enkele beperkingen die productteams in gedachten moeten houden. Het is bijvoorbeeld bekend dat TPE's bij extreem hoge temperaturen smelten en alleen mogen worden gebruikt voor onderdelen waarvan het gebruik het blootstelt aan temperaturen binnen het door de fabrikant gespecificeerde temperatuurbereik. TPE's presteren over het algemeen slechter onder zware belasting en zijn minder bestand tegen chemicaliën en temperaturen dan traditionele thermohardende rubbers. Bovendien moeten de meeste TPE-materialen worden gedroogd voordat ze worden verwerkt, dus ontwerpers moeten ervoor zorgen dat ze deze cruciale stap niet vergeten.

Een overzicht van TPU

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is de subset van sterke, multifunctionele thermoplastische elastomeren die bekend staan ​​om hun duurzaamheid, flexibiliteit en geschiktheid voor tal van hoogwaardige toepassingen. Net als andere TPE's heeft dit materiaal eigenschappen van zowel thermoplasten als conventionele rubbers, maar TPU biedt een superieur draagvermogen, hoge rek bij breuk en uitstekende treksterkte. TPU's zijn ook goed bestand tegen chemicaliën, oliën, vetten en andere veelvoorkomende oplosmiddelen.

Mechanische specificaties voor TPU kunnen variëren. De mechanische specificaties voor Ultrafuse TPU 85A omvatten:

• Shore A hardheid :90A
• Dichtheid (gedrukt en geconditioneerd) :1082 kg/m3
• Glasovergangstemperatuur :-44 °C
• Slijtvastheid :82 mm3
• Treksterkte (bij 100% rek, XY-richting, geconditioneerd) :8,7 MPa
• Trek bij breuk (in XY-richting, geconditioneerd) :34 MPa
• Elasticiteitsmodulus (in XY-richting, geconditioneerd) :20MPa

TPU is te vinden in een brede dwarsdoorsnede van industrieën, van auto's tot landbouw en textiel. De unieke combinatie van kras- en slijtvastheid van het materiaal maakt het een uitstekend materiaal voor het vervaardigen van auto-interieuronderdelen zoals versnellingsknoppen, instrumentenpanelen of consoleonderdelen. De flexibiliteit en het ademend vermogen maken het zeer geschikt voor sportkleding en sportschoenen. Sommige ingenieurs hebben ook niche-TPU's ontwikkeld om te voldoen aan de toenemende vraag naar hoogwaardige polymeren met lage compressiesets, slijtvastheid en oliebestendigheid voor afdichtingen en pakkingen.

In vergelijking met polyvinylchloride (PVC) is TPU lichter, elastischer en slijtvaster. Het is ook mogelijk om TPU te kleuren en te verwerken. Het is vanuit milieuoogpunt logisch om TPU boven PVC te kiezen, omdat dit materiaal recyclebaar is en vaak wordt gebruikt om de CO2-uitstoot te verlagen. Ook overtreft TPU de meeste andere TPE's op een aantal belangrijke manieren. TPU is over het algemeen harder, duurzamer en krimpbestendiger dan de meeste TPE's. Bovendien is het gemakkelijker om mee te printen en belooft het over het algemeen nauwkeurigere resultaten.

Aan de andere kant is TPU echter duurder dan vergelijkbare kunststoffen en hebben sommige soorten TPU een relatief korte houdbaarheid. Net als andere TPE's moeten TPU's vóór verwerking worden gedroogd. Bovendien hebben TPU's over het algemeen een kleiner hardheidsbereik dan andere thermoplastische elastomeren en een kleiner temperatuurbereik voor verwerking, waardoor bepaalde produceerbaarheidsbeperkingen ontstaan.

Aan de slag met TPE en TPU

TPE en TPU zijn veelzijdige kunststoffen die alle productteams in hun repertoire zouden moeten hebben. Productteams moeten echter worden gewaarschuwd om de twee materialen niet door elkaar te halen. TPE's, een grote categorie polymeren die kunnen worden geclassificeerd als thermoplastische elastomeren, zijn zachter dan TPU en beter geschikt voor toepassingen die zacht moeten aanvoelen. TPU daarentegen is de subset van TPE's die sterker en beter geschikt zijn voor hoogwaardige toepassingen die een hoge chemische en slijtvastheid vereisen. Productteams moeten altijd grondig onderzoek doen en doorlichten om ervoor te zorgen dat ze het juiste materiaal voor hun project kiezen. Gelukkig kan een ervaren productiepartner het materiaalkeuzeproces veel eenvoudiger maken.

Wanneer bedrijven samenwerken met Fast Radius, werken ze samen met een team van on-demand productie-experts die jarenlange ervaring hebben met het tot leven brengen van producten met behulp van zowel traditionele als additieve productiemethoden. Ons team van ontwerpers, ingenieurs en adviseurs kan productteams naadloos door het materiaalselectieproces leiden en ervoor zorgen dat ze altijd de juiste keuze maken - zodat ze zich kunnen concentreren op het leveren van superieure producten, elke keer weer. Neem vandaag nog contact met ons op om aan de slag te gaan.

Voor meer diepgaande materiaalgidsen, bekijk andere "Know Your Materials"-artikelen in het Fast Radius-bronnencentrum.