Co je materiál TPU? Vlastnosti, typy a kdy zvolit Nylon vs PA

Co je materiál TPU? Přímá odpověď

TPU, zkratka pro termoplastický polyuretan, je termoplastický elastomer, který se v konečném produktu chová jako pryž a jako běžný plast na výrobní lince. Při zahřátí měkne a teče; po vychladnutí opět ztuhne. Tato reverzibilita je definujícím rozdílem mezi TPU a termosetovou pryží: TPU lze vstřikovat, vytlačovat a 3D tisknout a výrobní odpad lze přebrousit a znovu použít.

Z praktického hlediska je TPU materiálem uvnitř ohebných pouzder na telefony, průmyslových hadic, koleček, dopravních pásů, plášťů kabelů, měchů se vzduchovým odpružením a měkkých krycích forem. Ohýbá se, natahuje, tlumí nárazy a odolává kluznému opotřebení, přesto stále běží na standardním zařízení na zpracování plastů.

Typické hodnoty z publikovaných datových listů surovin TPU poskytují užitečný výchozí obrázek: tvrdost se pohybuje od 60 Shore A do 75 Shore D, prodloužení při přetržení je mezi 300 procenty a 700 procenty a nepřetržitá provozní teplota se pohybuje kolem -35 až 90-120 stupňů Celsia v závislosti na jakosti. Přesná čísla se liší podle typu polyolu a obsahu tvrdého segmentu, takže konečná jakost musí být vždy ověřena podle dokumentace výrobce.

Jak se vyrábí TPU: tvrdé a měkké segmenty

TPU se syntetizuje polyadiční reakcí tří stavebních bloků: diisokyanátu, obvykle MDI; polyol s dlouhým řetězcem, buď polyester nebo polyether; a diol s krátkým řetězcem nazývaný prodlužovač řetězce. Diisokyanát reaguje s prodlužovačem řetězce za vzniku tuhých tvrdých segmentů, zatímco polyol tvoří pružné měkké segmenty. Protože tyto dva typy segmentů jsou chemicky nekompatibilní, rozdělí se na mikrodomény. Tvrdé domény působí jako reverzibilní fyzické příčné vazby, které dodávají TPU pevnost a tepelnou odolnost, a měkké domény dodávají elasticitu a flexibilitu při nízkých teplotách.

Poměr tvrdého a měkkého určuje, jak se TPU cítí

Pokud formulátor zvýší obsah tvrdého segmentu, TPU se stane tužší, pevnější a odolnější vůči teplu. Pokud se obsah měkkého segmentu zvýší, TPU se při nízké teplotě stane měkčím, elastičtějším a pružnějším. To je důvod, proč je TPU spíše skupinou materiálů než jedinou recepturou a proč se dvě třídy TPU se stejnou tvrdostí Shore mohou stále lišit v odolnosti proti oděru, deformaci v tlaku a chemické stabilitě.

TPU na bázi polyesteru versus polyether

Dvě hlavní rodiny pocházejí z polyolu. TPU na bázi polyesteru obecně poskytuje vyšší pevnost v tahu a roztržení, lepší odolnost proti oděru a silnější odolnost vůči olejům a palivům. TPU na bázi polyetheru funguje lépe proti hydrolýze, mikrobiálnímu napadení a opakovanému ohýbání ve vlhkém prostředí. Tato volba je pro dlouhou životnost důležitější než číslo tvrdosti.

Klíčové vlastnosti TPU: Tvrdost, pevnost a odolnost

Níže uvedené rozsahy vlastností se opakovaně objevují v technické literatuře dodavatelů a jsou to ty, na které se inženýři při výběru materiálu ptají jako první.

Chování tvrdosti

Tvrdost Shore je nejrychlejší způsob, jak sdělit požadavek TPU. Běžné třídy s flexibilními díly se pohybují mezi 80A a 95A, zatímco polotuhé třídy se pohybují od 55D do 75D. Samotná tvrdost nestačí: pevnost v tlaku a pevnost v roztržení lépe předpovídají dlouhodobé utěsnění a chování při opakovaném ohybu, zejména u těsnění a vlnovců.

Mechanická pevnost a elasticita

Pevnost v tahu v rozsahu 25-70 MPa je skromná vedle kovů nebo nylonu plněného sklem, ale TPU spáruje tuto pevnost s 300-700 procentním prodloužením. Tato kombinace určuje absorpci energie: materiál se spíše deformuje než praská a poté se vrátí do původního tvaru. To je důvod, proč TPU nárazníky a pouzdra přežijí pády, které by rozbily tuhá pouzdra.

Tepelné limity

Standardní třídy TPU jsou určeny pro nepřetržitý provoz kolem 90-120 stupňů Celsia. Krátkodobé špičky mohou být vyšší, ale delší expozice narušuje elastomerní síť a snižuje mechanické vlastnosti. Pokud je aplikace umístěna v blízkosti horkého motoru, uvnitř uzavřené sestavy osvětlení nebo kdekoli, kde je aplikováno teplo pájky, je nylon nebo PPA bezpečnější směr.

Odolnost vůči chemikáliím a prostředí

TPU na bázi polyesteru dobře odolává olejům, palivům a rozpouštědlům. TPU na bázi polyetheru odolává vodě, hydrolýze a mikrobiálnímu růstu. Vystavení slunečnímu světlu změní barvu a zkřehne nemodifikované TPU, takže venkovní díly používají saze nebo UV stabilizované třídy. Správná třída vždy závisí na konkrétních chemikáliích, kterých se díl dotkne.

TPU vs Nylon (PA6, PA66, PPA): Který se hodí pro vás?

TPU a nylon jsou vysoce výkonné polymery s různými technickými odpověďmi. Nylon, také nazývaný polyamid, je tuhý semikrystalický technický termoplast, jehož chemie a jakosti jsou vysvětleny v našem článku o jaký je nylonový materiál . TPU je elastomer. Volba obvykle vede k jedné otázce: ohýbá se a skáče součástka, nebo nese zátěž a drží tvar?

Zvolte TPU, když se díl musí ohýbat

• Těsnění, měchy, průchodky a prachovky, které se ohýbají při každém cyklu
• Ochranná pouzdra a pouzdra pohlcující pád pro elektroniku a nářadí
• Pojezdová kolečka, kolečka bruslí a dopravníkové válečky vystavené neustálému opotřebení
• Hadice a trubky, které vyžadují odolnost vůči oleji a malý poloměr ohybu
• Na úchopech, držadlech a knoflících měkké na dotek přelitky

Vyberte si nylon, když díl musí nést zatížení a držet tvar

• Ozubená kola, řemenice a ložiska vyžadující tuhost a odolnost proti opotřebení
• Konstrukční držáky a pouzdra, kde by ohyb způsobil nesouosost
• Součásti běží nepřetržitě nad 120 stupňů Celsia
• Komponenty, které musí udržovat rozměry ve vlhkém teple, což upřednostňuje PPA s nízkou vlhkostí

U dílů, které dosedají na nylonový sloupec, je dalším krokem přizpůsobení nylonové chemie požadavkům. The Řada čipů PA6 je standardním výchozím bodem pro zvýšenou tuhost a vyvážené náklady. Pokud záleží jak na pevnosti, tak na tepelném průhybu, Řada čipů PA66 vylepšuje mechanický strop. Pro elektroniku a tepelně exponované díly Plastová řada PPA udržuje nízkou absorpci vody a vysokou rozměrovou stabilitu.

Výrobci plastových čipů PPA, továrna na výrobu polyftalamidových plastových čipů Vzhledem k tomu, že výrobci plastových čipů PPA v Číně a továrna na výrobu polyftalamidových plastových čipů, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd s... Zobrazit produkt →

Čipy nylon 66, čipy polyamid 66, čipy PA66, výrobci, továrna Jako Čína výrobci čipů nylon 66 a čipy polyamid 66, továrna na čipy PA66, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pro... Zobrazit produkt →

Čipy nylon 6, polyamid 6, výrobci čipů PA6, továrna Jako Čína výrobci čipů nylon 6 a čipy polyamid 6, továrna na čipy PA6, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd profes... Zobrazit produkt →

Běžné aplikace TPU podle odvětví

Flexibilita zpracování TPU se projevuje u velmi odlišných produktů. Níže uvedená typická použití jsou uspořádána podle sektorů, takže můžete najít nejbližší analog k vašemu vlastnímu dílu.

• Spotřební elektronika: flexibilní pouzdra na telefony, pásky na chytré hodinky, ochranné nárazníky, pouzdra na sluchátka a odlehčení tahu kabelů.
• Automobilový průmysl: vzduchové měchy, ochranné boty, průchodky, opláštění kabelů a vnitřní povrchy měkké na dotek.
• Průmysl: dopravní pásy, hnací řemeny, pojezdová kola, vysokotlaké hadice, těsnění, membrány a tlumicí prvky.
• Obuv a sportovní potřeby: podrážky bot, kopačky, ochranné vycpávky a nafukovací konstrukce.
• Textilie a povrstvené tkaniny: nepromokavé membrány, nafukovací čluny a ochranné vrstvy oděvů.
• Aditivní výroba: flexibilní prototypy, zakázková těsnění a maloobjemové měkké díly tištěné z TPU vlákna nebo prášku.

Zpracování TPU: vstřikování, vytlačování a 3D tisk

TPU se zpracovává na konvenčním zařízení na výrobu plastů, ale řídí se jinými pravidly než tuhé termoplasty. Dva body, které způsobují největší problémy s kvalitou, jsou vlhkost a smyk.

Sušení není volitelné

TPU pelety rychle absorbují vlhkost. Většina dodavatelů doporučuje před zpracováním sušit při 80-100 stupních Celsia po dobu dvou až čtyř hodin. Nevysušený materiál vytváří na lisovaných dílech stopy po roztržení a měřitelný pokles mechanických vlastností, protože vlhkost degraduje polymer během tavení.

Pokyny pro vstřikování

Typické teploty taveniny zůstávají v rozmezí 170-220 stupňů Celsia v závislosti na jakosti. Plísně se často udržují mezi 20 a 50 stupni Celsia. Vzhledem k tomu, že viskozita TPU je citlivá na smykovou rychlost, jsou běžnými poruchami stopy spálení z vysoké rychlosti vstřikování a krátké výstřely ze špatného odvětrávání. Zvětšení průřezu vtoku a žlabu řeší většinu problémů s plněním dříve, než je potřeba změnit složení.

Extruze a 3D tisk

Vytlačování fólií, listů a trubek se řídí stejným pravidlem sušení a používají mírně nižší teploty taveniny než lisování. Pro FDM 3D tisk typický 95A TPU filament tiskne při teplotách trysky kolem 220-250 stupňů Celsia a při nižších rychlostech podávání než PLA nebo nylon, aby se měkký filament nezkroutil. Potištěné díly TPU obětují určitou pevnost ve srovnání s lisovanými díly kvůli adhezi vrstvy, ale fungují dobře pro prototypy, těsnění a zakázkové měkké komponenty.

Jak vybrat správnou třídu: TPU nebo Nylon

K rychlému filtrování rozhodnutí použijte níže uvedenou sekvenci.

1. Rozhodněte, zda se díl musí ohýbat nebo zůstat tuhý. Elastické zotavení v těsnění a nárazu znamená TPU; nosnost a rozměrová přesnost znamená nylon.
2. Nastavte cílovou tvrdost. Pásky a rukojeti hodinek sedí kolem 80-95A; strukturální, ale mírně flexibilní části začínají na 55D a výše.
3. Vyberte skupinu polyolů. Olejová a palivová prostředí upřednostňují TPU na bázi polyesteru; vlhké nebo venkovní prostředí upřednostňuje TPU na bázi polyetheru.
4. Zkontrolujte tepelný strop. Trvalé teplo nad 120 stupňů Celsia diskvalifikuje většinu standardních tříd TPU a ukazuje na PA66 nebo PPA.
5. Ověřte vlhkost a rozměrovou stálost. Díly vystavené vlhkému teplu drží tolerance lépe v PPA než ve standardním PA6.

Roli hrají i úvahy o zásobování. The současný stav průmyslu nylonových 6 čipů ovlivňuje ceny a dodací lhůty pro materiály na bázi PA6, což stojí za to zkontrolovat, než se pustíte do velkého výrobního cyklu. Pokud je prioritou recyklace, recyklované polyamidové granule jsou jednou z dostupných cest pro uzavření smyčky na nylonovém odpadu.

Časté dotazy k materiálu TPU

Je TPU to samé jako guma nebo silikon?

Ne. TPU je termoplastický elastomer, takže se taví a lze jej znovu tvarovat. Termosetová pryž vytvrzuje a nelze ji přetavit. Silikon je jiný elastomer s vyšší tepelnou tolerancí, ale měkčím chováním proti roztržení a oděru. TPU vítězí tam, kde je prioritou otěr a houževnatost; silikon vítězí tam, kde dominuje extrémní teplo a nízká komprese.

Co znamenají čísla tvrdosti jako Shore 95A a Shore 55D?

Tvrdost Shore měří odolnost proti vtlačení pomocí tvrdoměru. Čísla na stupnici A pod 80 popisují měkké, pryžové materiály; čísla nad 90A popisují pevné pružné materiály. Čísla na stupnici D nad 50 popisují polotuhé materiály, které mají stále určitou flexibilitu. Oblasti 95A a 55D jsou v ruce podobné, ale obě stupnice používají různé odsazení, takže porovnávejte pouze ve stejném měřítku nebo použijte převodní graf.

Jakou teplotu vydrží TPU?

Limity nepřetržitého provozu pro standardní třídy TPU se pohybují kolem 80-120 stupňů Celsia v závislosti na složení a typy polyetherů zůstávají flexibilní až do asi -35 stupňů Celsia nebo méně. Pro trvalé teplo nad 120 stupňů Celsia je vhodnější materiál PA66 s tepelnými stabilizátory nebo PPA.

Lze TPU recyklovat?

Vzhledem k tomu, že TPU je termoplast, výrobní šrot a vtoky lze přebrousit a zpracovat a recyklované druhy TPU jsou komerčně dostupné. Stejná přetavitelnost se projevuje i v řadě nylonů, kde se recyklované polyamidové granule používají ke snížení obsahu původního materiálu v lisovaných výrobcích.

Co lépe odolává oleji: TPU nebo nylon?

TPU na bázi polyesteru nabízí vynikající odolnost vůči oleji a palivu, obecně lepší než nevyztužený nylon v aplikacích s pružným těsněním. Nylon také odolává olejům, ale absorbuje vodu a ta vlhkost časem ovlivňuje rozměry. Pro pružnou součást v neustálém kontaktu s olejem je TPU obvyklou první volbou.

Je obtížné vstřikovat TPU do formy?

TPU není ze své podstaty obtížné, ale vyžaduje přísnější kontrolu procesu než většina druhů nylonu. Udržujte pelety suché, používejte nižší teplotu taveniny než mnoho technických plastů a navrhujte velkorysá vrata a ventilační otvory; materiál dobře vyplňuje. V konstrukci nástrojů TPU toleruje nižší teploty formy a kratší cykly než tepelně stabilizované nylony.