TPE vs. TPU: De juiste thermoplastische elastomeer kiezen voor uw ontwerp

Wanneer productontwerpers en ingenieurs willen dat een deel bepaalde eigenschappen heeft zoals schokabsorptie of hoge impactssterkte, keren 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 nog steeds flexibel. Aangezien thermoplastische elastomeren gesmolten en herschikt kunnen worden zonder de chemische of mechanische eigenschappen van het materiaal te compromitteren, kan het afvalmateriaal zelfs hergebruikt worden als een gedeeltelijke vervanging voor virgin plastic. Delen gemaakt van dit materiaal kunnen geproduceerd worden met een verscheidenheid aan processen, waaronder extrusie, injectiegieten en blaasgieten.

TPE (thermoplastische elastomeer) en TPU (thermoplastische polyurethaan) zijn onder de meest populaire categorieën van thermoplastische elastomeren – en hoewel velen de termen uitwisselbaar gebruiken, hebben ze enkele sleutelverschillen. Voor beginners, TPE's zijn een categorie die een brede verscheidenheid aan thermoplastische elastomeren omvat terwijl TPU alleen verwijst naar een kleinere subset. TPU is ook nieuwer in de productieindustrie dan TPE.

Hier is een uitgebreide uitleg van de sleutelverschillen tussen de termen TPE en TPU, en welke aspecten van deze in overweging te nemen bij het maken van een materiaalkeuze.

Een overzicht van TPE

TPE, ook bekend als thermoplastisch rubber, combineert de uitstraling en het gevoel van standaard rubber met het gebruiksgemak van een plastic. Deze grote categorie dekt een breed scala aan polymeren waaronder TPU, thermoplastische copolyester (TCP), en thermoplastische polyamine (TPA). Dit materiaal is bekend om zijn elasticiteit, verwerkbaarheid, recycleerbaarheid, hoge smelttemperatuur, en weerstand tegen vertering.

De mechanische specificaties voor elk soort TPE zullen variëren per merk. De mechanische specificaties voor de K2702 thermoplastische elastomeer van Kent Elastomer Products omvatten:

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

TPE is de polymereer van keuze voor elke toepassing die zacht aan het voelen moet zijn en goede elastische of anti-slip eigenschappen moet hebben. Ze zijn ook ideaal voor toepassingen waarin een deel moet conformeren aan een companion deel. Veelvoorkomende commerciële uses voor TPE zijn potloodgrijphandvaten, grijpen voor hokeystickjes, speelgoed, en skiboots. In de medische industrie, kunnen TPE's gevonden worden in resuscitator onderdelen, connectors en mondstukken. In de auto-industrie wordt TPE gebruikt in weersbestendige afdichtingen, vloermatten, interieur- en exterieurdelen, airbagkappen, en bumpers.

TPE's bieden tal van voordelen ten opzichte van vergelijkbare kunststoffen, inclusief conventionele rubbermaterialen. TPE's zijn sneller te verwerken en hebben kortere fabricagetijden dan rubber, wat de eindkost van het afgewerkte deel verlaagt. Kortere gietcycli boosten ook de energie-efficiëntie. In vergelijking met TPU in het algemeen, kunnen TPE's meer elastisch zijn.

TPE's hebben wel een paar beperkingen die productteams in gedachten moeten houden. TPE's zijn bekend om te smelten bij extreem hoge temperaturen en zouden alleen gebruikt moeten worden voor delen wiens gebruik ze zal blootstellen aan temperaturen binnen de gespecificeerde temperatuurbereik van de fabrikant. TPE's presteren doorgaans slechter onder zware lasten en hebben minder chemische en temperatuurbestendigheid dan traditionele thermohars rubberen. Ook moeten de meeste TPE-materialen gedroogd worden voor verwerking, dus ontwerpers moeten voorzichtig zijn om deze cruciale stap niet te vergeten.

Een overzicht van TPU

Thermoplastische polyurethaan (TPU) is de subset van sterke, veelzijdige thermoplastische elastomeren die bekend zijn om hun duurzaamheid, flexibiliteit en geschiktheid voor tal van hoogpresterende toepassingen. Als andere TPE's heeft dit materiaal eigenschappen van zowel thermoplasten als conventionele rubberen, maar TPU biedt superieure lastdraagcapaciteit, hoge rek bij breuk, en uitstekende trekkingssterkte. TPU's staan ook goed tegen chemicaliën, oliën, vetten en andere veelvoorkomende oplosmiddelen.

Mechanische specificaties voor TPU zullen variëren. De mechanische specificaties voor Ultrafuse TPU 85A zijn:

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

TPU kan gevonden worden in een brede doorsnede van industrieën, van auto, tot landbouw, tot textiel. De unieke combinatie van krassen- en slijtvaste maakt het een uitstekend materiaal voor het fabriceren van auto-interieurdelen zoals versnellingsknoppen, instrumentenpanelen, of consoleonderdelen. De flexibiliteit en ademendheid maken het goed geschikt voor sportkleding en atleetsschoenen. Sommige ingenieurs hebben ook niche TPU's ontwikkeld om aan de toenemende vraag te voldoen aan hoogpresterende polymeren lage compressieset, slijtvaste, en oliebestendigheid voor afdichtingen en pakkingen.

In vergelijking met polyvinylchloride (PVC), is TPU lichter, meer elastisch, en meer slijtvaste. Het is ook mogelijk om TPU te kleuren en te verwerken. Het maakt zin om TPU te kiezen boven PVC vanuit een milieuperspectief omdat dit materiaal recycleerbaar is en frequent gebruikt wordt om koolstofemissies te verlagen. Ook overstijgt TPU de meeste andere TPE's in een paar sleutelmanieren. TPU is doorgaans harder, duurzamer, en meer krimpbestendig dan de meeste TPE's – plus het is gemakkelijker om mee te printen en belooft doorgaans nauwkeurigere resultaten.

Aan de andere kant, echter, is TPU duurder dan vergelijkbare kunststoffen en sommige graden van TPU hebben een relatief korte houdbaarheidstijd. Als andere TPE's, moeten TPU's gedroogd worden voor verwerking. Daarnaast hebben TPU's doorgaans een smaller hardheidsbereik dan andere thermoplastische elastomeren en een smaller temperatuurbereik voor verwerking, wat bepaalde fabricagebeperkingen creëert.

Aan de slag met TPE en TPU

TPE en TPU zijn veelzijdige kunststoffen die alle productteams in hun repertoire zouden moeten hebben. Echter, productteams zouden gewaarschuwd moeten worden om de twee materialen niet te verwarren. TPE's, een grote categorie polymeren die geclassificeerd kunnen worden als thermoplastische elastomeren, zijn zachter dan TPU en beter geschikt voor toepassingen die zacht aan het voelen moeten zijn. TPU, aan de andere kant, is de subset van TPE's die tougher zijn en beter geschikt voor hoogpresterende toepassingen die hoge chemische en slijtvaste vereisen. Productteams moeten altijd grondig onderzoek en vetting doen om te garanderen dat ze het juiste materiaal voor hun project kiezen. Gelukkig kan een ervaren productiepartner het materiaalselectieproces veel eenvoudiger maken.

Wanneer bedrijven partneren met Fast Radius, partneren ze met een team van on-demand productie-experts die jarenlange ervaring hebben in het tot leven brengen van producten met zowel traditionele als additieve productiemethoden. Ons team van ontwerpers, ingenieurs en adviseurs kan productteams naadloos begeleiden door het materiaalselectieproces, en garanderen dat ze altijd de juiste keuze maken – zodat ze zich kunnen richten op het leveren van superieure producten elke keer. Neem vandaag nog contact met ons op om te starten.

Voor meer diepgang materiaalgidsen, bekijk andere "Know Your Materials" artikelen in het Fast Radius resource center.