Čo je materiál TPU? Vlastnosti, typy a kedy zvoliť Nylon vs PA

Čo je materiál TPU? Priama odpoveď

TPU, skratka pre termoplastický polyuretán, je termoplastický elastomér, ktorý sa v konečnom produkte chová ako guma a ako bežný plast na výrobnej linke. Pri zahrievaní mäkne a tečie; po vychladnutí opäť stuhne. Táto reverzibilita je definujúcim rozdielom medzi TPU a termosetovou gumou: TPU možno vstrekovať, vytláčať a 3D tlačiť a výrobný odpad možno prebrúsiť a znova použiť.

Z praktického hľadiska je TPU materiálom vo vnútri ohybných puzdier na telefóny, priemyselných hadíc, koliesok, dopravníkových pásov, plášťov káblov, vzduchovo odpružených mechov a mäkkých prelisov. Ohýba sa, naťahuje, tlmí nárazy a odoláva opotrebeniu kĺzaním, no stále beží na štandardnom zariadení na spracovanie plastov.

Typické hodnoty z publikovaných technických údajov o surovinách TPU poskytujú užitočný východiskový obraz: tvrdosť sa pohybuje od 60 Shore A do 75 Shore D, predĺženie pri pretrhnutí je medzi 300 percentami a 700 percentami a nepretržitá prevádzková teplota sa pohybuje v rozmedzí od -35 do 90 - 120 stupňov Celzia v závislosti od triedy. Presné čísla sa líšia v závislosti od typu polyolu a obsahu tvrdých segmentov, takže konečná trieda musí byť vždy overená podľa dokumentácie výrobcu.

Ako sa vyrába TPU: tvrdé a mäkké segmenty

TPU sa syntetizuje polyadičnou reakciou troch stavebných blokov: diizokyanát, zvyčajne MDI; polyol s dlhým reťazcom, buď polyester alebo polyéter; a diol s krátkym reťazcom nazývaný predlžovač reťazca. Diizokyanát reaguje s predlžovačom reťazca za vzniku tuhých tvrdých segmentov, zatiaľ čo polyol vytvára pružné mäkké segmenty. Pretože tieto dva typy segmentov sú chemicky nekompatibilné, rozdeľujú sa na mikrodomény. Tvrdé domény pôsobia ako reverzibilné fyzikálne priečne väzby, ktoré dodávajú TPU pevnosť a tepelnú odolnosť, zatiaľ čo mäkké domény dodávajú elasticitu a flexibilitu pri nízkych teplotách.

Pomer tvrdého a mäkkého určuje, ako sa TPU cíti

Ak formulátor zvýši obsah tvrdého segmentu, TPU sa stane tuhším, pevnejším a odolnejším voči teplu. Ak sa obsah mäkkých segmentov zvýši, TPU sa pri nízkej teplote stane mäkším, pružnejším a pružnejším. To je dôvod, prečo je TPU skôr skupinou materiálov než jedinou receptúrou a prečo sa dve triedy TPU s rovnakou tvrdosťou podľa Shore môžu stále líšiť v odolnosti proti oderu, kompresnej deformácii a chemickej stabilite.

TPU na báze polyesteru verzus polyéter

Dve hlavné skupiny pochádzajú z polyolu. TPU na báze polyesteru vo všeobecnosti poskytuje vyššiu pevnosť v ťahu a roztrhnutí, lepšiu odolnosť proti oderu a silnejšiu odolnosť voči olejom a palivám. TPU na báze polyéteru funguje lepšie proti hydrolýze, mikrobiálnemu napadnutiu a opakovanému ohýbaniu vo vlhkom prostredí. Na tomto výbere záleží viac ako na čísle tvrdosti pre dlhú životnosť.

Kľúčové vlastnosti TPU: Tvrdosť, pevnosť a odolnosť

Nižšie uvedené rozsahy vlastností sa opakovane objavujú v technickej literatúre dodávateľov a sú to tie, na ktoré sa inžinieri pýtajú ako prvé pri výbere materiálu.

Správanie tvrdosti

Tvrdosť Shore je najrýchlejší spôsob, ako oznámiť požiadavku TPU. Bežné triedy flexibilných dielov sú medzi 80A a 95A, zatiaľ čo polotuhé triedy sa pohybujú od 55D do 75D. Samotná tvrdosť nestačí: pevnosť v tlaku a pevnosť v roztrhnutí lepšie predpovedajú dlhodobé utesnenie a správanie pri opakovanom ohybe, najmä v tesneniach a vlnovcoch.

Mechanická pevnosť a elasticita

Pevnosť v ťahu v rozsahu 25-70 MPa je skromná v porovnaní s kovmi alebo nylonom plneným sklom, ale TPU túto pevnosť spája s 300-700 percentným predĺžením. Kombinácia určuje absorpciu energie: materiál sa skôr deformuje ako praskne, potom sa vráti do pôvodného tvaru. To je dôvod, prečo TPU nárazníky a puzdrá prežijú pády, ktoré by zlomili pevné kryty.

Tepelné limity

Štandardné triedy TPU sú určené na nepretržitú prevádzku okolo 90-120 stupňov Celzia. Krátkodobé vrcholy môžu byť vyššie, ale predĺžená expozícia narúša sieť elastoméru a znižuje mechanické vlastnosti. Ak je aplikácia umiestnená v blízkosti horúceho motora, vo vnútri uzavretej zostavy osvetlenia alebo kdekoľvek, kde sa aplikuje teplo spájky, nylon alebo PPA je bezpečnejší smer.

Chemická a environmentálna odolnosť

TPU na báze polyesteru dobre odoláva olejom, palivám a rozpúšťadlám. TPU na báze polyéteru odoláva vode, hydrolýze a mikrobiálnemu rastu. Vystavenie slnečnému žiareniu zmení farbu a skrehne nemodifikované TPU, takže vonkajšie diely používajú sadze alebo UV-stabilizované triedy. Správna trieda vždy závisí od konkrétnych chemikálií, ktorých sa dielec dotkne.

TPU vs Nylon (PA6, PA66, PPA): Ktorý sa hodí pre vás?

TPU a nylon sú vysokovýkonné polyméry s rôznymi technickými odpoveďami. Nylon, tiež nazývaný polyamid, je tuhý semikryštalický technický termoplast, ktorého chémia a kvalita sú vysvetlené v našom článku o aký je nylonový materiál . TPU je elastomér. Voľba zvyčajne spočíva v jednej otázke: ohýba sa a skáče súčiastka, alebo nesie zaťaženie a drží tvar?

Zvoľte TPU, keď sa diel musí ohýbať

• Tesnenia, mechy, priechodky a protiprachové návleky, ktoré sa ohýbajú pri každom cykle
• Ochranné puzdrá a puzdrá pohlcujúce pády pre elektroniku a náradie
• Pojazdné kolieska, kolieska korčúľ a dopravníkové valčeky vystavené neustálemu opotrebovaniu
• Hadice a hadičky, ktoré vyžadujú odolnosť voči oleju a malý polomer ohybu
• Jemné prelisy na rukovätiach, rukovätiach a gombíkoch

Vyberte si nylon, keď diel musí niesť zaťaženie a držať tvar

• Ozubené kolesá, remenice a ložiská, ktoré vyžadujú tuhosť a odolnosť proti opotrebovaniu
• Konštrukčné konzoly a kryty, kde by ohyb spôsobil nesúlad
• Časti bežia nepretržite nad 120 stupňov Celzia
• Komponenty, ktoré musia udržiavať rozmery vo vlhkom teple, čo uprednostňuje PPA s nízkou vlhkosťou

Pre diely, ktoré pristanú v nylonovom stĺpe, je ďalším krokom prispôsobenie nylonovej chémie požiadavkám. The Séria čipov PA6 je štandardným východiskovým bodom pre zvýšenú tuhosť a vyvážené náklady. Ak záleží na sile aj tepelnej deformácii, Séria čipov PA66 vylepšuje mechanický strop. Pre elektroniku a súčiastky vystavené teplu, Plastová séria PPA udržuje nízku absorpciu vody a vysokú rozmerovú stabilitu.

Výrobcovia plastových čipov PPA, továreň na výrobu polyftalamidových plastových čipov Ako výrobcovia plastových čipov PPA v Číne a továreň na výrobu polyftalamidových plastových čipov, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd s... Zobraziť produkt →

Nylonové čipy 66, čipy polyamid 66, čipy PA66, výrobcovia, továreň Ako výrobcovia čipov z Číny nylonu 66 a čipov z polyamidu 66, továreň na čipy PA66, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pre... Zobraziť produkt →

Nylon 6 čipy, polyamid 6, výrobcovia čipov PA6, továreň Ako výrobcovia čipov z Číny nylon 6 a čipy z polyamidu 6, továreň na čipy PA6, spoločnosť Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd profes... Zobraziť produkt →

Bežné aplikácie TPU podľa odvetvia

Flexibilita spracovania TPU sa prejavuje vo veľmi odlišných produktoch. Nižšie uvedené typické použitia sú usporiadané podľa sektorov, takže môžete nájsť analóg, ktorý je najbližšie k vašej vlastnej časti.

• Spotrebná elektronika: flexibilné puzdrá na telefóny, remienky inteligentných hodiniek, ochranné nárazníky, kryty slúchadiel a odľahčovače ťahu káblov.
• Automobilový priemysel: vzduchom odpružené mechy, ochranné topánky, priechodky, plášť káblov a vnútorné povrchy mäkké na dotyk.
• Priemyselné: dopravné pásy, hnacie remene, kolieska, vysokotlakové hadice, tesnenia, membrány a tlmiace prvky.
• Obuv a športové potreby: podrážky topánok, kopačky, ochranné vypchávky a nafukovacie konštrukcie.
• Textílie a potiahnuté látky: nepremokavé membrány, nafukovacie člny a ochranné vrstvy odevov.
• Aditívna výroba: flexibilné prototypy, tesnenia na mieru a maloobjemové mäkké diely vytlačené z TPU vlákna alebo prášku.

Spracovanie TPU: vstrekovanie, vytláčanie a 3D tlač

TPU sa spracováva na konvenčnom plastovom zariadení, ale riadi sa inými pravidlami ako tuhé termoplasty. Dva body, ktoré spôsobujú najväčšie problémy s kvalitou, sú vlhkosť a šmyk.

Sušenie nie je voliteľné

TPU pelety rýchlo absorbujú vlhkosť. Väčšina dodávateľov odporúča pred spracovaním sušiť pri teplote 80-100 stupňov Celzia dve až štyri hodiny. Nevysušený materiál vytvára na vylisovaných dieloch škvrny a merateľný pokles mechanických vlastností, pretože vlhkosť degraduje polymér počas tavenia.

Pokyny pre vstrekovanie

Typické teploty taveniny zostávajú v rozmedzí 170-220 stupňov Celzia v závislosti od kvality. Plesne sa často udržiavajú pri teplote 20 až 50 stupňov Celzia. Pretože viskozita TPU je citlivá na šmykovú rýchlosť, bežnými poruchami sú stopy po popálení z vysokej rýchlosti vstrekovania a krátke výstrely zo zlého odvetrávania. Zväčšenie prierezu vtoku a žľabu rieši väčšinu problémov s plnením skôr, ako je potrebná zmena receptúry.

Extrúzia a 3D tlač

Vytláčanie fólie, fólie a rúrky sa riadi rovnakým pravidlom sušenia a používa mierne nižšie teploty taveniny ako lisovanie. Pri 3D tlači FDM tlačí typické vlákno TPU 95A pri teplotách trysky okolo 220 – 250 stupňov Celzia a pri nižších rýchlostiach podávania ako PLA alebo nylon, aby sa mäkké vlákno nekrútilo. Tlačené diely TPU obetujú určitú pevnosť v porovnaní s lisovanými dielmi v dôsledku priľnavosti vrstiev, ale fungujú dobre pre prototypy, tesnenia a vlastné mäkké komponenty.

Ako si vybrať správnu triedu: TPU alebo Nylon

Na rýchle filtrovanie rozhodnutia použite nasledujúcu sekvenciu.

1. Rozhodnite sa, či sa časť musí ohýbať alebo zostať tuhá. Elastické zotavenie v tesnení a nárazových prostriedkoch TPU; nosnosť a rozmerová presnosť znamená nylon.
2. Nastavte cieľovú tvrdosť. Remienky a rukoväte hodiniek sedia okolo 80-95A; štrukturálne, ale mierne flexibilné časti začínajú na 55D a vyššie.
3. Vyberte skupinu polyolov. Olejnaté a palivové prostredie uprednostňuje TPU na báze polyesteru; vlhké alebo vonkajšie prostredie uprednostňuje TPU na báze polyéteru.
4. Skontrolujte tepelný strop. Nepretržité teplo nad 120 stupňov Celzia diskvalifikuje väčšinu štandardných tried TPU a poukazuje na PA66 alebo PPA.
5. Overte vlhkosť a rozmerovú stálosť. Časti vystavené vlhkému teplu držia tolerancie lepšie v PPA ako v štandardnom PA6.

Úlohu zohrávajú aj úvahy o ponuke. The súčasný stav priemyslu výroby čipov z nylonu 6 ovplyvňuje ceny a dodacie lehoty pre materiály na báze PA6, čo sa oplatí skontrolovať pred tým, ako sa pustíte do veľkého výrobného cyklu. Ak je recyklovateľnosť prioritou, recyklované polyamidové granule sú jednou z dostupných ciest na uzavretie slučky na nylonovom odpade.

Časté otázky o materiáli TPU

Je TPU to isté ako guma alebo silikón?

Nie. TPU je termoplastický elastomér, takže sa roztaví a dá sa znovu tvarovať. Termosetová guma vytvrdzuje a nedá sa pretaviť. Silikón je iný elastomér s vyššou tepelnou toleranciou, ale mäkším správaním sa pri roztrhnutí a odieraní. TPU víťazí tam, kde je prioritou oder a húževnatosť; silikón víťazí tam, kde dominuje extrémne teplo a nízka kompresia.

Čo znamenajú čísla tvrdosti ako Shore 95A a Shore 55D?

Tvrdosť Shore meria odolnosť proti vtlačeniu pomocou tvrdomeru. Čísla na stupnici A pod 80 označujú mäkké, gumové materiály; čísla nad 90A popisujú pevné pružné materiály. Čísla na stupnici D nad 50 opisujú polotuhé materiály, ktoré majú stále určitú flexibilitu. Oblasti 95A a 55D sú na dotyk podobné, ale tieto dve stupnice používajú rôzne odsadzovače, takže porovnávajte iba v rámci rovnakej stupnice alebo použite konverzný graf.

Akú teplotu znesie TPU?

Nepretržité prevádzkové limity pre štandardné typy TPU sa pohybujú okolo 80-120 stupňov Celzia v závislosti od zloženia a typy polyéterov zostávajú flexibilné až do asi -35 stupňov Celzia alebo menej. Pre trvalé teplo nad 120 stupňov Celzia je vhodnejším materiálom PA66 s tepelnými stabilizátormi alebo PPA.

Dá sa TPU recyklovať?

Pretože TPU je termoplast, výrobný odpad a vtoky môžu byť prebrúsené a spracované a recyklované druhy TPU sú komerčne dostupné. Rovnaká pretaviteľnosť sa prejavuje aj v rámci rodiny nylonu, kde sa recyklované polyamidové granule používajú na zníženie obsahu pôvodného materiálu v lisovaných výrobkoch.

Čo lepšie odoláva oleju: TPU alebo nylon?

TPU na báze polyesteru ponúka vynikajúcu odolnosť voči oleju a palivu, vo všeobecnosti lepšiu ako nevystužený nylon v aplikáciách flexibilného tesnenia. Nylon tiež odoláva olejom, ale absorbuje vodu a tá vlhkosť časom ovplyvňuje rozmery. Pre flexibilnú časť v neustálom kontakte s olejom je TPU obvyklou prvou voľbou.

Je ťažké vstrekovať TPU do formy?

TPU nie je vo svojej podstate ťažké, ale vyžaduje prísnejšiu kontrolu procesu ako väčšina druhov nylonu. Udržujte pelety suché, používajte nižšiu teplotu taveniny ako mnohé technické plasty a navrhujte veľkorysé brány a vetracie otvory; materiál dobre vypĺňa. V dizajne nástrojov TPU toleruje nižšie teploty formy a kratšie cykly ako tepelne stabilizované nylony. $