Mikä on TPU-materiaali? Ominaisuudet, tyypit ja milloin valita Nylon vs PA

Mikä on TPU-materiaali? Suora vastaus

TPU, lyhenne sanoista termoplastinen polyuretaani, on termoplastinen elastomeeri, joka käyttäytyy kuin kumi lopputuotteessa ja kuten tavanomainen muovi tuotantolinjalla. Kuumennettaessa se pehmenee ja virtaa; jäähtyessään se kovettuu uudelleen. Tämä palautuvuus on ratkaiseva ero TPU:n ja lämpökovettuvan kumin välillä: TPU:ta voidaan ruiskupuristaa, suulakepuristaa ja 3D-tulostaa, ja tuotantoromu voidaan jauhaa uudelleen ja käyttää uudelleen.

Käytännössä TPU on materiaali joustavien puhelinkoteloiden, teollisuusletkujen, pyöräpyörien, kuljetinhihnojen, kaapelivaippojen, ilmajousituspalkeiden ja pehmeiden päällysmuottien sisällä. Se taipuu, venyy, vaimentaa iskuja ja kestää liukuvaa kulumista, mutta toimii silti tavallisilla muovinkäsittelylaitteilla.

Tyypilliset arvot julkaistuista TPU-raaka-ainetietolomakkeista antavat hyödyllisen lähtökuvan: kovuus vaihtelee välillä 60 Shore A - 75 Shore D, murtovenymä on 300 prosentin ja 700 prosentin välillä ja jatkuva käyttölämpötila on -35 - 90 - 120 celsiusastetta laadusta riippuen. Tarkat luvut vaihtelevat polyolityypin ja kovan segmentin sisällön mukaan, joten lopullinen laatu on aina tarkistettava valmistajan asiakirjoista.

Kuinka TPU valmistetaan: Kovat ja pehmeät segmentit

TPU syntetisoidaan polyadditioreaktiolla, jossa on kolme rakennuspalikoita: di-isosyanaatti, tavallisesti MDI; pitkäketjuinen polyoli, joko polyesteri tai polyeetteri; ja lyhytketjuinen dioli, jota kutsutaan ketjunjatkajaksi. Di-isosyanaatti reagoi ketjunjatkajan kanssa muodostaen jäykkiä kovia segmenttejä, kun taas polyoli muodostaa joustavia pehmeitä segmenttejä. Koska nämä kaksi segmenttityyppiä ovat kemiallisesti yhteensopimattomia, ne erottuvat mikrodomaineiksi. Kovat alueet toimivat palautuvina fyysisinä ristisidoksina, jotka antavat TPU:lle lujuutta ja lämmönkestävyyttä, ja pehmeät alueet tarjoavat elastisuutta ja joustavuutta matalassa lämpötilassa.

Kovan ja pehmeän suhde määrää, miltä TPU tuntuu

Jos formuloija nostaa kovan segmentin sisältöä, TPU:sta tulee jäykempi, vahvempi ja lämmönkestävämpi. Jos pehmeän segmentin sisältö nousee, TPU:sta tulee pehmeämpi, joustavampi ja joustavampi alhaisessa lämpötilassa. Tästä syystä TPU on materiaaliperhe pikemminkin kuin yksi resepti, ja miksi kaksi TPU-laatua, joilla on sama Shore-kovuus, voivat silti erota kulutuskestävyydestä, puristusjoukosta ja kemiallisesta stabiilisuudesta.

Polyesteripohjainen vs. polyeetteripohjainen TPU

Kaksi pääperhettä ovat peräisin polyolista. Polyesteripohjainen TPU tarjoaa yleensä korkeamman veto- ja repäisylujuuden, paremman kulutuskestävyyden ja vahvemman öljyjen ja polttoaineiden kestävyyden. Polyeetteripohjainen TPU kestää paremmin hydrolyysiä, mikrobien hyökkäyksiä ja toistuvaa taipumista kosteissa ympäristöissä. Tämä valinta on tärkeämpää kuin kovuusluku pitkän käyttöiän kannalta.

TPU:n tärkeimmät ominaisuudet: kovuus, lujuus ja vastus

Alla olevat ominaisuusalueet esiintyvät toistuvasti toimittajien teknisessä kirjallisuudessa, ja niitä insinöörit kysyvät ensimmäisenä materiaalivalinnassa.

Kovuuskäyttäytyminen

Shore-kovuus on nopein tapa ilmoittaa TPU-vaatimus. Yleiset joustavat osalaadut ovat välillä 80A ja 95A, kun taas puolijäykät laatut vaihtelevat välillä 55D - 75D. Pelkkä kovuus ei riitä: puristusvoimakkuus ja repäisylujuus ennustavat paremmin pitkäaikaisen tiivistyksen ja toistuvan taipumisen, erityisesti tiivisteissä ja palkeissa.

Mekaaninen lujuus ja elastisuus

Vetolujuus alueella 25-70 MPa on vaatimaton metallien tai lasitäytteisen nylonin rinnalla, mutta TPU yhdistää tämän lujuuden 300-700 prosentin venymään. Yhdistelmä määrittää energian absorption: materiaali vääristyy eikä halkeile ja palaa sitten alkuperäiseen muotoonsa. Siksi TPU-puskurit ja -kotelot kestävät putoamisen, joka rikkoisi jäykät kotelot.

Termiset rajat

Vakio-TPU-luokat on mitoitettu jatkuvaan käyttöön noin 90-120 celsiusasteessa. Lyhytaikaiset huiput voivat olla korkeampia, mutta pitkäaikainen altistuminen hajottaa elastomeeriverkoston ja heikentää mekaanisia ominaisuuksia. Jos sovellus sijaitsee lähellä kuumaa moottoria, suljetun valaistuskokoonpanon sisällä tai missä tahansa juotoslämpöä käytetään, nailon tai PPA on turvallisempi suunta.

Kemiallinen ja ympäristön kestävyys

Polyesteripohjainen TPU kestää hyvin öljyjä, polttoaineita ja liuottimia. Polyeetteripohjainen TPU kestää vettä, hydrolyysiä ja mikrobien kasvua. Auringonvalo värjää ja haurauttaa muuntamatonta TPU:ta, joten ulkoosissa käytetään nokimustaa tai UV-stabiloitua laatua. Oikea laatu riippuu aina erityisistä kemikaaleista, joihin osa koskettaa.

TPU vs Nylon (PA6, PA66, PPA): mikä sopii osallesi?

TPU ja nylon ovat molemmat korkean suorituskyvyn polymeerejä, joilla on erilaiset tekniset ratkaisut. Nylon, jota kutsutaan myös polyamidiksi, on jäykkä puolikiteinen tekninen kestomuovi, jonka kemiaa ja laatuja selitetään artikkelissamme mitä nylon materiaali on . TPU on elastomeeri. Valinta tiivistyy yleensä yhteen kysymykseen: taipuuko ja pomppiiko osa vai kantaako kuormaa ja pitääkö se muotonsa?

Valitse TPU, kun osan täytyy taipua

• Tiivisteet, palkeet, läpiviennit ja pölysaappaat, jotka taipuvat joka syklissä
• Suojakotelot ja pudotusta vaimentavat kotelot elektroniikalle ja työkaluille
• Pyörät, luistinpyörät ja kuljetinrullat ovat alttiina jatkuvalle kulumiselle
• Letkut ja putket, jotka vaativat öljynkestävyyttä ja tiukan taivutussäteen
• Pehmeät päällyslistat kahvoissa, kahvoissa ja nupeissa

Valitse nylonia, kun osan täytyy kantaa kuormaa ja pitää muotonsa

• Hammaspyörät, hihnapyörät ja laakerit, jotka tarvitsevat jäykkyyttä ja kulutuskestävyyttä
• Rakenteelliset kiinnikkeet ja kotelot, joissa taipuminen aiheuttaisi kohdistusvirheitä
• Osat käyvät jatkuvasti yli 120 astetta
• Komponentit, joiden on säilytettävä mitat kosteassa lämmössä, mikä suosii vähäkosteista PPA:ta

Nailonpylvääseen laskeutuvien osien osalta seuraava vaihe on nailonkemian sovittaminen vaatimuksiin. The PA6-sirujen sarja on vakiolähtökohta parantuneelle jäykkyydelle ja tasapainoisille kustannuksille. Jos lujuudella ja lämmönpoikkeamalla on merkitystä, PA66 sirusarja päivittää mekaanista kattoa. Elektroniikka ja kuumuudelle alttiina olevat osat, PPA muovisarja pitää vedenoton alhaisena ja mittavakauden korkeana.

PPA-muovilastujen valmistajat, polyftalamidimuovilastutehdas Koska Kiinan PPA-muovilastujen valmistajat ja polyftalamidimuovilastutehdas, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd s... Näytä tuote →

Nailon 66 sirut, polyamidi 66 sirut, PA66 sirut valmistajat, tehdas Kuten Kiinan nylon 66 -sirujen valmistajat ja polyamidi 66 -sirut, PA66-sirujen tehdas, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pro... Näytä tuote →

Nylon 6 -sirut, polyamidi 6, PA6 -sirujen valmistajat, tehdas Kuten Kiinan nylon 6 -sirujen valmistajat ja Polyamid 6 -sirujen, PA6-sirujen tehdas, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd tunnustavat ... Näytä tuote →

Teollisuuden yleiset TPU-sovellukset

TPU:n käsittelyn joustavuus näkyy hyvin erilaisissa tuotteissa. Alla olevat tyypilliset käyttötarkoitukset on järjestetty sektoreittain, jotta voit etsiä omaa osaasi lähinnä olevan analogin.

• Kuluttajaelektroniikka: joustavat puhelinkuoret, älykellon rannekkeet, suojaavat puskurit, kuulokkeiden kotelot ja kaapelin vedonpoistajat.
• Autot: ilmajousituksen palkeet, suojakengät, läpiviennit, kaapelin vaippa ja sisäpinnat pehmeästi.
• Teollisuus: kuljetinhihnat, käyttöhihnat, pyörät, korkeapaineletkut, tiivisteet, kalvot ja vaimennuselementit.
• Jalkineet ja urheiluvälineet: kengänpohjat, kiinnikkeet, suojatyynyt ja puhallettavat rakenteet.
• Tekstiilit ja päällystetyt kankaat: vedenpitävät kalvot, puhallettavat veneet ja suojavaatekerrokset.
• Lisättävä valmistus: joustavat prototyypit, mukautetut tiivisteet ja pienimääräiset pehmeät osat, jotka on painettu TPU-filamenttiin tai -jauheeseen.

TPU:n käsittely: ruiskupuristus, ekstruusio ja 3D-tulostus

TPU käsittelee tavanomaisia muovilaitteita, mutta se noudattaa erilaisia sääntöjä kuin jäykkä kestomuovi. Kaksi eniten laatuongelmia aiheuttavaa kohtaa ovat kosteus ja leikkaus.

Kuivaus ei ole valinnaista

TPU-pelletit imevät kosteutta nopeasti. Useimmat toimittajat suosittelevat kuivaamista 80-100 celsiusasteessa kahdesta neljään tuntia ennen käsittelyä. Kuivaamaton materiaali aiheuttaa räjähdysjälkiä muovattuihin osiin ja mitattavissa olevan mekaanisten ominaisuuksien heikkenemisen, koska kosteus hajottaa polymeeriä sulamisen aikana.

Ruiskupuristusohjeet

Tyypilliset sulamislämpötilat pysyvät 170-220 celsiusasteessa laadusta riippuen. Muotit pidetään usein 20-50 celsiusasteessa. Koska TPU:n viskositeetti on herkkä leikkausnopeudelle, yleisiä vikoja ovat palamisjäljet ​​suuresta ruiskutusnopeudesta ja lyhyet laukaukset huonosta tuuletuksesta. Oven ja jakoputkien poikkileikkausten lisääminen korjaa useimmat täyttöongelmat ennen kuin formulaatiota tarvitaan.

Ekstruusio ja 3D-tulostus

Kalvo-, levy- ja putkiekstruusio noudattaa samaa kuivaussääntöä ja käyttää hieman alhaisempia sulamislämpötiloja kuin muovaus. FDM 3D-tulostuksessa tyypillinen 95 A TPU-filamentti tulostaa suuttimen lämpötiloissa noin 220-250 celsiusastetta ja hitaammin syöttönopeuksilla kuin PLA tai nailon, jotta pehmeä filamentti ei nurjahdu. Painetut TPU-osat uhraavat jonkin verran lujuutta muovattuihin osiin verrattuna kerrosten tarttuvuuden vuoksi, mutta ne toimivat hyvin prototyypeissä, tiivisteissä ja mukautetuissa pehmeissä komponenteissa.

Kuinka valita oikea laatu: TPU tai nailon

Käytä alla olevaa järjestystä suodattaaksesi päätöksen nopeasti.

1. Päätä, tuleeko osan taipua vai pysyä jäykkänä. Elastinen palautuminen tiivistykseen ja iskuihin tarkoittaa TPU:ta; kantavuus ja mittatarkkuus tarkoittaa nailonia.
2. Aseta kovuustavoite. Kellon rannekkeet ja kahvat ovat noin 80-95A; rakenteelliset mutta hieman joustavat osat alkavat 55D:stä ja siitä ylöspäin.
3. Valitse polyoliperhe. Öljyiset ja polttoaineet suosivat polyesteripohjaista TPU:ta; kosteat tai ulkoilmat suosivat polyeetteripohjaista TPU:ta.
4. Tarkista lämpökatto. Jatkuva yli 120 celsiusasteen lämpö hylkää useimmat standardit TPU-luokat ja osoittaa PA66:een tai PPA:han.
5. Tarkista kosteus ja mittojen pysyvyys. Kostealle lämmölle altistuvat osat pitävät toleranssit paremmin PPA:ssa kuin tavallisessa PA6:ssa.

Myös tarjontanäkökohdat vaikuttavat asiaan. The nylon 6 -siruteollisuuden nykytila vaikuttaa PA6-pohjaisten materiaalien hintoihin ja toimitusaikaan, mikä kannattaa tarkistaa ennen suureen tuotantoon sitoutumista. Jos kierrätettävyys on etusijalla, kierrätetyt polyamidirakeet ovat yksi käytettävissä olevista reiteistä nylonjätteen silmukan sulkemiseen.

TPU-materiaalin UKK

Onko TPU sama kuin kumi tai silikoni?

Ei. TPU on termoplastinen elastomeeri, joten se sulaa ja voidaan muovata uudelleen. Lämpökovettuva kumi kovettuu, eikä sitä voi sulattaa uudelleen. Silikoni on erilainen elastomeeri, jolla on korkeampi lämmönsietokyky, mutta pehmeämpi repeytymis- ja hankauskäyttäytyminen. TPU voittaa, kun hankaus ja sitkeys ovat etusijalla; silikoni voittaa siellä, missä äärimmäinen lämpö ja alhainen puristussarja hallitsevat.

Mitä kovuusluvut, kuten Shore 95A ja Shore 55D, tarkoittavat?

Shore-kovuus mittaa kestävyyttä painumiselle durometrillä. A-asteikon numerot alle 80 kuvaavat pehmeitä, kumisia materiaaleja; luvut yli 90A kuvaavat kiinteitä joustavia materiaaleja. D-asteikon numerot yli 50 kuvaavat puolijäykkiä materiaaleja, joissa on vielä jonkin verran joustavuutta. 95A- ja 55D-alueet tuntuvat samanlaisilta kädessä, mutta kahdessa asteikossa on eri sisennykset, joten vertaa vain samassa mittakaavassa tai käytä muunnoskaaviota.

Mitä lämpötiloja TPU kestää?

Jatkuvat käyttörajat vakio-TPU-luokille ovat 80-120 celsiusastetta formulaatiosta riippuen, ja polyeetterityypit pysyvät joustavina noin -35 celsiusasteeseen tai sen alle. Jatkuvaan yli 120 celsiusasteen lämpöön sopivampi materiaali on PA66 lämpöstabilisaattoreilla tai PPA:lla.

Voiko TPU:ta kierrättää?

Koska TPU on kestomuovia, tuotantoromua ja -ruiskua voidaan jauhaa ja käsitellä uudelleen, ja kierrätettyjä TPU-laatuja on kaupallisesti saatavilla. Sama uudelleensulatettavuus kulkee läpi nailonperheen, jossa kierrätettyjä polyamidirakeita käytetään vähentämään muovattujen tuotteiden neitseellistä materiaalia.

Kumpi kestää öljyä paremmin: TPU vai nylon?

Polyesteripohjainen TPU tarjoaa erinomaisen öljyn ja polttoaineen kestävyyden, yleensä paremmin kuin vahvistamaton nailon joustavissa tiivistyssovelluksissa. Nylon kestää myös öljyjä, mutta se imee vettä ja kosteus vaikuttaa mittoihin ajan myötä. Joustavalle osalle, joka on jatkuvassa kosketuksessa öljyn kanssa, TPU on tavallinen ensimmäinen valinta.

Onko TPU:ta vaikea ruiskuvalu?

TPU ei ole luonnostaan ​​vaikeaa, mutta se vaatii tiukempaa prosessinhallintaa kuin useimmat nailonlaadut. Pidä pelletit kuivina, käytä alhaisempaa sulamislämpötilaa kuin monet tekniset muovit ja suunnittele tilavat portit ja tuuletusaukot; materiaali täyttää hyvin. Työkalujen suunnittelussa TPU sietää alhaisempia muottien lämpötiloja ja lyhyempiä jaksoja kuin lämpöstabiloidut nailonit.