Što je TPU materijal? Svojstva, vrste i kada odabrati najlon naspram PA

Što je TPU materijal? Izravan odgovor

TPU, skraćenica za termoplastični poliuretan, termoplastični je elastomer koji se ponaša kao guma u konačnom proizvodu i kao konvencionalna plastika na proizvodnoj liniji. Kada se zagrije, omekšava i teče; kad se ohladi opet se stvrdne. Ta je reverzibilnost ključna razlika između TPU-a i duroplastične gume: TPU se može lijevati injekcijskim prešanjem, ekstrudirati i 3D ispisivati, a proizvodni otpad može se ponovno samljeti i ponovno upotrijebiti.

U praktičnom smislu, TPU je materijal unutar savitljivih kućišta za telefone, industrijskih crijeva, kotača, pokretnih traka, kabelskih omotača, mijehova sa zračnim ovjesom i kalupa mekanih na dodir. Savija se, rasteže, apsorbira udarce i otporan je na trošenje pri klizanju, a ipak radi na standardnoj opremi za obradu plastike.

Tipične vrijednosti iz objavljenih tehničkih tablica TPU sirovina daju korisnu početnu sliku: tvrdoća se kreće od 60 Shore A do 75 Shore D, rastezanje pri prekidu je između 300 posto i 700 posto, a kontinuirana radna temperatura kreće se od oko -35 do 90-120 stupnjeva Celzijusa, ovisno o stupnju. Točne brojke variraju ovisno o vrsti poliola i sadržaju tvrdog segmenta, tako da se konačna ocjena uvijek mora provjeriti prema dokumentaciji proizvođača.

Kako se izrađuje TPU: tvrdi i meki segmenti

TPU se sintetizira reakcijom poliadicije tri građevna bloka: diizocijanata, obično MDI; poliol dugog lanca, bilo poliester ili polieter; i diol kratkog lanca koji se naziva produživač lanca. Diizocijanat reagira s produživačem lanca stvarajući krute tvrde segmente, dok poliol tvori fleksibilne meke segmente. Budući da su ove dvije vrste segmenata kemijski nekompatibilne, razdvajaju se u mikrodomene. Tvrde domene djeluju kao reverzibilne fizičke poprečne veze koje TPU-u daju čvrstoću i otpornost na toplinu, a meke domene pružaju elastičnost i fleksibilnost pri niskim temperaturama.

Omjer tvrdog i mekog određuje kakav je TPU osjećaj

Ako formulator poveća sadržaj tvrdog segmenta, TPU postaje tvrđi, jači i otporniji na toplinu. Ako se sadržaj mekog segmenta poveća, TPU postaje mekši, elastičniji i fleksibilniji na niskim temperaturama. To je razlog zašto je TPU obitelj materijala, a ne jedan recept, i zašto se dva TPU razreda s istom Shoreovom tvrdoćom ipak mogu razlikovati u otpornosti na abraziju, kompresijskom stanju i kemijskoj stabilnosti.

Na bazi poliestera u odnosu na TPU na bazi poliestera

Dvije glavne obitelji potječu iz poliola. TPU na bazi poliestera općenito pruža veću čvrstoću na rastezanje i trganje, bolju otpornost na abraziju i veću otpornost na ulja i goriva. TPU na bazi polietera bolje djeluje protiv hidrolize, napada mikroba i opetovanog savijanja u vlažnim okruženjima. Taj je izbor važniji od broja tvrdoće za dug radni vijek.

Ključna svojstva TPU-a: tvrdoća, čvrstoća i otpornost

Rasponi svojstava u nastavku pojavljuju se više puta u tehničkoj literaturi dobavljača i oni su oni o kojima inženjeri prvo pitaju tijekom odabira materijala.

Ponašanje tvrdoće

Tvrdoća po Shoru je najbrži način da se priopći zahtjev za TPU. Uobičajeni stupnjevi fleksibilnih dijelova nalaze se između 80A i 95A, dok se polukruti stupnjevi kreću od 55D do 75D. Sama tvrdoća nije dovoljna: tlačna čvrstoća i otpornost na kidanje bolje predviđaju dugotrajno brtvljenje i ponašanje pri ponovljenom savijanju, posebno u brtvama i mijehovima.

Mehanička čvrstoća i elastičnost

Vlačna čvrstoća u rasponu od 25-70 MPa skromna je u usporedbi s metalima ili najlonom punjenim staklom, ali TPU uparuje tu čvrstoću s istezanjem od 300-700 posto. Kombinacija određuje apsorpciju energije: materijal se deformira umjesto da pukne, zatim se vraća u svoj izvorni oblik. Zbog toga TPU branici i kućišta mogu preživjeti padove koji bi slomili kruto kućište.

Toplinske granice

Standardne kvalitete TPU-a ocijenjene su za kontinuiranu upotrebu na oko 90-120 stupnjeva Celzijusa. Kratkotrajne vršne vrijednosti mogu biti veće, ali produljena izloženost razgrađuje mrežu elastomera i smanjuje mehanička svojstva. Ako se aplikacija nalazi blizu vrućeg motora, unutar zatvorenog rasvjetnog sklopa ili bilo gdje gdje se primjenjuje toplina lemljenja, najlon ili PPA su sigurniji smjer.

Otpornost na kemikalije i okoliš

TPU na bazi poliestera dobro je otporan na ulja, goriva i otapala. TPU na bazi polietera otporan je na vodu, hidrolizu i rast mikroba. Izlaganje sunčevoj svjetlosti mijenja boju i krhkost nemodificiranog TPU-a, tako da vanjski dijelovi koriste čađu ili UV-stabilizirane vrste. Ispravan stupanj uvijek ovisi o specifičnim kemikalijama koje će dio dodirnuti.

TPU naspram najlona (PA6, PA66, PPA): Što odgovara vašem dijelu?

TPU i najlon su polimeri visokih performansi s različitim inženjerskim odgovorima. Najlon, koji se naziva i poliamid, kruti je polukristalni inženjerski termoplast čija su kemija i stupnjevi objašnjeni u našem članku o što je najlon materijal . TPU je elastomer. Izbor se obično svodi na jedno pitanje: da li se dio savija i poskakuje, ili nosi opterećenje i zadržava oblik?

Odaberite TPU kada se dio mora savijati

• Brtve, mijehovi, gumene gume i čizme za zaštitu od prašine koje se savijaju pri svakom ciklusu
• Zaštitne kutije i kućišta koja apsorbiraju padove za elektroniku i alate
• Kotači, klizači i transportni valjci izloženi stalnom trošenju
• Crijeva i cijevi kojima je potrebna otpornost na ulje i mali radijus savijanja
• Prekrivači mekani na dodir na rukohvatima, ručkama i gumbima

Odaberite najlon kada dio mora nositi opterećenje i zadržati oblik

• Zupčanici, remenice i ležajevi kojima je potrebna krutost i otpornost na trošenje
• Strukturalni nosači i kućišta gdje bi savijanje uzrokovalo neusklađenost
• Dijelovi koji neprekidno rade iznad 120 stupnjeva Celzijusa
• Komponente koje moraju zadržati dimenzije na vlažnoj toplini, što pogoduje PPA s niskom vlagom

Za dijelove koji dospiju u najlonski stup, sljedeći korak je usklađivanje kemije najlona sa zahtjevima. The PA6 serija čipova je standardna polazna točka za povećanu krutost i uravnotežen trošak. Ako su i čvrstoća i toplinski otklon važni, PA66 serija čipova nadograđuje mehanički strop. Za elektroniku i dijelove izložene toplini, PPA plastična serija održava nisko upijanje vode i visoku stabilnost dimenzija.

PPA proizvođači plastičnih čipova, tvornica poliftalamidnih plastičnih čipova Kao kineski proizvođači plastičnih čipova PPA i tvornica plastičnih čipova od poliftalamida, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd s... Pogledajte proizvod →

Proizvođači čipova od najlona 66, čipova od poliamida 66, PA66 čipova, tvornica Kao kineski proizvođači čipova od najlona 66 i čipova od poliamida 66, tvornica čipova PA66, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pro... Pogledajte proizvod →

Proizvođači čipova od najlona 6, poliamida 6, PA6, tvornica Kao kineski proizvođači čipova od najlona 6 i čipova od poliamida 6, tvornica čipova PA6, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd profes... Pogledajte proizvod →

Uobičajene primjene TPU-a prema industriji

Fleksibilnost obrade TPU-a očituje se u vrlo različitim proizvodima. Uobičajene upotrebe u nastavku organizirane su po sektorima tako da možete locirati najbliži analog svom vlastitom dijelu.

• Potrošačka elektronika: savitljive futrole za telefone, narukvice za pametne satove, zaštitni odbojnici, kućišta za umeće u ušima i navlake za kablove.
• Automobili: mijeh zračnog ovjesa, zaštitne čizme, uvodnice, omotač kabela i unutarnje površine mekane na dodir.
• Industrijski: transportne trake, pogonske trake, kotači, visokotlačna crijeva, brtve, dijafragme i prigušni elementi.
• Obuća i sportska oprema: potplati za cipele, kopačke, zaštitne jastučiće i strukture na napuhavanje.
• Tekstil i presvučene tkanine: vodootporne membrane, čamci za napuhavanje i zaštitni slojevi odjeće.
• Dodatna proizvodnja: fleksibilni prototipovi, prilagođene brtve i mekani dijelovi male količine tiskani u TPU filamentu ili prahu.

Obrada TPU: injekcijsko prešanje, ekstruzija i 3D ispis

TPU obrađuje na konvencionalnoj plastičnoj opremi, ali slijedi drugačija pravila od krute termoplastike. Dvije točke koje uzrokuju najviše problema s kvalitetom su vlaga i smicanje.

Sušenje nije obavezno

TPU peleti brzo upijaju vlagu. Većina dobavljača preporučuje sušenje na 80-100 stupnjeva Celzijusa dva do četiri sata prije obrade. Neosušeni materijal stvara mrlje na oblikovanim dijelovima i mjerljiv pad mehaničkih svojstava jer vlaga razgrađuje polimer tijekom taljenja.

Smjernice za injekcijsko prešanje

Uobičajene temperature taline ostaju u rasponu od 170-220 stupnjeva Celzijusa, ovisno o stupnju. Plijesni se često drže između 20 i 50 stupnjeva Celzijusa. Budući da je viskoznost TPU-a osjetljiva na brzinu smicanja, uobičajeni kvarovi su tragovi opekotina od velike brzine ubrizgavanja i kratki udarci zbog loše ventilacije. Povećanje poprečnog presjeka vrata i klizača rješava većinu problema s punjenjem prije nego što je potrebna promjena formulacije.

Ekstruzija i 3D ispis

Ekstruzija filma, listova i cijevi slijedi isto pravilo sušenja i koristi nešto niže temperature taljenja od kalupljenja. Za FDM 3D ispis, tipični 95A TPU filament ispisuje na temperaturama mlaznice oko 220-250 stupnjeva Celzijevih i pri sporijim brzinama uvlačenja od PLA ili najlona kako bi se spriječilo savijanje mekog filamenta. Tiskani TPU dijelovi žrtvuju određenu čvrstoću u usporedbi s oblikovanim dijelovima zbog prianjanja slojeva, ali dobro funkcioniraju za prototipove, brtve i prilagođene mekane komponente.

Kako odabrati pravu vrstu: TPU ili najlon

Upotrijebite slijed u nastavku za brzo filtriranje odluke.

1. Odlučite mora li se dio savijati ili ostati krut. Elastični oporavak kod brtvljenja i udara znači TPU; nosivost i točnost dimenzija znači najlon.
2. Postavite ciljanu tvrdoću. Remeni za satove i ručke stoje oko 80-95A; strukturni, ali blago fleksibilni dijelovi počinju od 55D i više.
3. Odaberite obitelj poliola. Zauljena i goriva okruženja favoriziraju TPU na bazi poliestera; vlažna ili vanjska okruženja favoriziraju TPU na bazi polietera.
4. Provjerite toplinski strop. Kontinuirano zagrijavanje iznad 120 stupnjeva Celzijusa diskvalificira većinu standardnih TPU razreda i upućuje na PA66 ili PPA.
5. Provjerite vlažnost i stabilnost dimenzija. Dijelovi izloženi vlažnoj toplini bolje drže tolerancije u PPA nego u standardnom PA6.

Razmatranja opskrbe također igraju ulogu. The trenutno stanje industrije najlon 6 čipova utječe na cijene i rokove isporuke za materijale na bazi PA6, što vrijedi provjeriti prije nego što se posvetimo velikoj proizvodnji. Ako je mogućnost recikliranja prioritet, reciklirane poliamidne granule jedan su od dostupnih puteva za zatvaranje kruga oko najlonskog otpada.

TPU materijal FAQ

Je li TPU isto što i guma ili silikon?

Ne. TPU je termoplastični elastomer, pa se topi i može se ponovno oblikovati. Duroplast guma stvrdnjava i ne može se pretopiti. Silikon je drugačiji elastomer s višom otpornošću na toplinu, ali mekšim ponašanjem pri trganju i habanju. TPU pobjeđuje tamo gdje su abrazija i žilavost prioritet; silikon pobjeđuje tamo gdje dominiraju ekstremna toplina i niska kompresija.

Što znače brojevi tvrdoće kao što su Shore 95A i Shore 55D?

Tvrdoća po Shoru mjeri otpornost na utiskivanje durometrom. Brojevi A-ljestvice ispod 80 opisuju meke, gumene materijale; brojevi iznad 90A opisuju čvrste fleksibilne materijale. Brojevi na D-ljestvici iznad 50 opisuju polukrute materijale koji još uvijek imaju određenu fleksibilnost. Područja 95A i 55D čine se sličnima u ruci, ali dvije ljestvice koriste različite uvlake, stoga uspoređujte samo unutar iste ljestvice ili upotrijebite grafikon konverzije.

Koju temperaturu TPU može podnijeti?

Ograničenja kontinuirane upotrebe za standardne TPU stupnjeve su oko 80-120 stupnjeva Celzijusa, ovisno o formulaciji, a tipovi polietera ostaju fleksibilni do oko -35 stupnjeva Celzijusa ili niže. Za stalnu toplinu iznad 120 stupnjeva Celzijusa, PA66 sa stabilizatorima topline ili PPA je prikladniji materijal.

Može li se TPU reciklirati?

Budući da je TPU termoplastičan, proizvodni otpad i kalupi mogu se ponovno brusiti i obraditi, a reciklirani TPU stupnjevi komercijalno su dostupni. Ta ista sposobnost ponovnog topljenja prolazi kroz obitelj najlona, ​​gdje se reciklirane poliamidne granule koriste za smanjenje sadržaja netaknutog materijala u lijevanim proizvodima.

Što je bolje otporno na ulje: TPU ili najlon?

TPU na bazi poliestera nudi izvrsnu otpornost na ulje i gorivo, općenito bolju od nearmiranog najlona u fleksibilnim brtvenim aplikacijama. Najlon je također otporan na ulja, ali upija vodu i ta vlaga s vremenom utječe na dimenzije. Za fleksibilne dijelove koji su u stalnom kontaktu s uljem, TPU je uobičajeni prvi izbor.

Je li TPU težak za brizganje?

TPU nije sam po sebi težak, ali zahtijeva strožu kontrolu procesa od većine vrsta najlona. Održavajte kuglice suhima, koristite nižu temperaturu taljenja od mnogih inženjerskih plastika i dizajnirajte velikodušna vrata i ventilacijske otvore; materijal fino puni. U dizajnu alata, TPU tolerira niže temperature kalupa i kraće cikluse od toplinski stabiliziranih najlona.