Ce este materialul TPU? Proprietăți, tipuri și când să alegeți Nylon vs PA

Ce este materialul TPU? Un răspuns direct

TPU, prescurtare pentru poliuretan termoplastic, este un elastomer termoplastic care se comportă ca cauciucul în produsul final și ca un plastic convențional pe linia de producție. Când este încălzit, se înmoaie și curge; cand se raceste, se intareste din nou. Această reversibilitate este diferența definitorie dintre TPU și cauciucul termorigid: TPU poate fi turnat prin injecție, extrudat și imprimat 3D, iar resturile de producție pot fi remăcinate și reutilizate.

În termeni practici, TPU este materialul din interiorul carcaselor flexibile pentru telefoane, furtunurilor industriale, roților pivotante, benzilor transportoare, mantalelor de cabluri, burdufurilor cu suspensie pneumatică și supramulaje cu atingere moale. Se îndoaie, se întinde, absoarbe impacturile și rezistă la uzura alunecării, dar încă funcționează cu echipamente standard de prelucrare a plasticului.

Valorile tipice din fișele de date ale materiei prime TPU publicate oferă o imagine de pornire utilă: duritatea variază de la 60 Shore A la 75 Shore D, alungirea la rupere se află între 300% și 700% și temperatura de funcționare continuă se întinde între -35 și 90-120 de grade Celsius, în funcție de grad. Numerele exacte variază în funcție de tipul de poliol și conținutul de segment dur, astfel încât nota finală trebuie întotdeauna verificată în raport cu documentația producătorului.

Cum este fabricat TPU: segmente dure și moi

TPU este sintetizat printr-o reacție de poliadiție a trei blocuri de construcție: un diizocianat, de obicei MDI; un poliol cu ​​catenă lungă, fie poliester, fie polieter; și un diol cu ​​lanț scurt numit prelungitor de lanț. Diizocianatul reacționează cu extensia de lanț pentru a forma segmente dure rigide, în timp ce poliolul formează segmente moi flexibile. Deoarece aceste două tipuri de segmente sunt incompatibile chimic, ele se separă în microdomenii. Domeniile dure acționează ca legături fizice reversibile care conferă TPU rezistență și rezistență la căldură, iar domeniile moi oferă elasticitate și flexibilitate la temperaturi scăzute.

Raportul dintre greu și moale determină cum se simte TPU

Dacă un formulator crește conținutul de segment dur, TPU devine mai rigid, mai puternic și mai rezistent la căldură. Dacă conținutul de segment moale crește, TPU devine mai moale, mai elastic și mai flexibil la temperatură scăzută. Acesta este motivul pentru care TPU este mai degrabă o familie de materiale decât o singură rețetă și de ce două tipuri de TPU cu aceeași duritate Shore pot diferi în continuare în ceea ce privește rezistența la abraziune, setarea la compresie și stabilitatea chimică.

TPU pe bază de poliester versus polieter

Cele două familii principale provin din poliol. TPU pe bază de poliester oferă, în general, o rezistență mai mare la tracțiune și la rupere, o rezistență mai bună la abraziune și o rezistență mai puternică la uleiuri și combustibili. TPU pe bază de polieter are o performanță mai bună împotriva hidrolizei, atacului microbian și a flexiunilor repetate în medii umede. Această alegere contează mai mult decât numărul de duritate pentru o durată lungă de viață.

Proprietăți cheie ale TPU: duritate, rezistență și rezistență

Gamele de proprietăți de mai jos apar în mod repetat în literatura tehnică a furnizorului și sunt cele despre care inginerii întreabă mai întâi în timpul selecției materialelor.

Comportamentul durității

Duritatea Shore este cea mai rapidă modalitate de a comunica o cerință de TPU. Gradele comune pentru piese flexibile sunt cuprinse între 80A și 95A, în timp ce gradele semirigide rulează de la 55D la 75D. Numai duritatea nu este suficientă: setarea la compresiune și rezistența la rupere prezic mai bine etanșarea pe termen lung și comportamentul de flexibilitate repetat, în special la garnituri și burduf.

Rezistență mecanică și elasticitate

Rezistența la tracțiune în intervalul 25-70 MPa este modestă lângă metale sau nailonul umplut cu sticlă, dar TPU îmbină această rezistență cu o alungire de 300-700 la sută. Combinația determină absorbția de energie: materialul se deformează mai degrabă decât se crapă, apoi revine la forma sa inițială. De aceea, barele de protecție și carcasele din TPU supraviețuiesc căderilor care ar sparge carcasele rigide.

Limite termice

Calitățile standard de TPU sunt evaluate pentru funcționare continuă în jur de 90-120 de grade Celsius. Vârfurile pe termen scurt pot fi mai mari, dar expunerea prelungită distruge rețeaua de elastomeri și reduce proprietățile mecanice. Dacă aplicația se află lângă un motor fierbinte, în interiorul unui ansamblu de iluminat închis sau oriunde se aplică căldură de lipit, nailon sau PPA este direcția mai sigură.

Rezistență chimică și de mediu

TPU pe bază de poliester rezistă bine uleiurilor, combustibililor și solvenților. TPU pe bază de polieter rezistă la apă, hidroliză și creșterea microbiană. Expunerea la lumina soarelui decolorează și fragilizează TPU nemodificat, astfel încât piesele exterioare folosesc negru de fum sau grade stabilizate la UV. Calitatea corectă depinde întotdeauna de substanțele chimice specifice pe care le va atinge piesa.

TPU vs nailon (PA6, PA66, PPA): care se potrivește părții dvs.?

TPU și nailon sunt ambele polimeri de înaltă performanță cu răspunsuri inginerești diferite. Nailonul, numit și poliamidă, este un termoplastic de inginerie semicristalin rigid a cărui chimie și calități sunt explicate în articolul nostru despre ce material nailon este . TPU este un elastomer. Alegerea se bazează, de obicei, într-o singură întrebare: piesa se îndoaie și sare sau poartă sarcina și ține forma?

Alegeți TPU când piesa trebuie să se îndoiască

• Garnituri, burduf, garnituri și cizme de praf care se îndoaie la fiecare ciclu
• Carcase de protecție și carcase de absorbție a picăturilor pentru electronice și unelte
• Roțile cu rotile, roțile de patine și rolele transportoare expuse la uzură constantă
• Furtunuri și țevi care necesită rezistență la ulei și o rază de curbură strânsă
• Supramulaje la atingere moale pe mânere, mânere și butoane

Alegeți nailon atunci când piesa trebuie să suporte sarcina și să mențină forma

• Roți dințate, scripete și rulmenți care necesită rigiditate și rezistență la uzură
• Suporturi și carcase structurale în care flexiunea ar cauza alinierea greșită
• Piese rulează continuu peste 120 de grade Celsius
• Componente care trebuie să păstreze dimensiunile la căldură umedă, ceea ce favorizează PPA cu umiditate scăzută

Pentru piesele care aterizează în coloana de nailon, următorul pas este potrivirea chimiei nailonului cu cerințele. The Seria de cipuri PA6 este punctul de plecare standard pentru o rigiditate sporită și un cost echilibrat. Dacă puterea și deviația căldurii contează ambele, atunci Seria de cipuri PA66 imbunatateste plafonul mecanic. Pentru electronice și piesele expuse la căldură, Seria din plastic PPA menține absorbția de apă scăzută și stabilitatea dimensională ridicată.

Producători de așchii de plastic PPA, Fabrica de așchii de plastic din poliftalamidă În calitate de producători de așchii de plastic PPA din China și fabrică de așchii de plastic din poliftalamidă, Ningbo Fronttechnic New Material Technology Co., Ltd este... Vizualizare produs →

Chips Nylon 66, Chips Poliamidă 66, Producători Chips PA66, Fabrică În calitate de producători de cipuri din nailon 66 din China și cipuri de poliamidă 66, fabrica de cipuri PA66, Ningbo Fronttechnic New Material Technology Co., Ltd pro... Vizualizare produs →

Nylon 6 Chips, Poliamidă 6, PA6 Chips Producători, Fabrică În calitate de producători de cipuri din nailon 6 din China și cipuri de poliamidă 6, fabrica de cipuri PA6, Ningbo Fronttechnic New Material Technology Co., Ltd profesează... Vizualizare produs →

Aplicații comune TPU în funcție de industrie

Flexibilitatea de procesare a TPU se manifestă pentru produse foarte diferite. Utilizările tipice de mai jos sunt organizate pe sectoare, astfel încât să puteți localiza cel mai apropiat analog de propria dvs. parte.

• Electronice de larg consum: huse flexibile pentru telefoane, benzi pentru ceasuri inteligente, bare de protecție, carcase pentru căști și dispozitive de detensionare a cablurilor.
• Automobile: burduf cu suspensie pneumatică, cizme de protecție, manșoane, înveliș pentru cabluri și suprafețe interioare moale la atingere.
• Industriale: benzi transportoare, curele de transmisie, roți pivotante, furtunuri de înaltă presiune, etanșări, diafragme și elemente de amortizare.
• Încălțăminte și articole sportive: tălpi de pantofi, crampoane, tampoane de protecție și structuri gonflabile.
• Materiale textile și țesături acoperite: membrane impermeabile, bărci gonflabile și straturi de îmbrăcăminte de protecție.
• Fabricare aditivă: prototipuri flexibile, garnituri personalizate și piese moi de volum redus imprimate în filament TPU sau pulbere.

Procesare TPU: turnare prin injecție, extrudare și imprimare 3D

TPU procesează pe echipamente convenționale din materiale plastice, dar urmează reguli diferite de cele termoplastice rigide. Cele două puncte care cauzează cele mai multe probleme de calitate sunt umezeala și forfecarea.

Uscarea nu este opțională

Peleții TPU absorb rapid umezeala. Majoritatea furnizorilor recomandă uscarea la 80-100 de grade Celsius timp de două până la patru ore înainte de procesare. Materialul neuscat produce urme de desfășurare pe piesele turnate și o scădere măsurabilă a proprietăților mecanice, deoarece umiditatea degradează polimerul în timpul topirii.

Ghid de turnare prin injecție

Temperaturile tipice de topire rămân în intervalul 170-220 de grade Celsius, în funcție de grad. Mucegaiurile sunt adesea păstrate între 20 și 50 de grade Celsius. Deoarece vâscozitatea TPU este sensibilă la viteza de forfecare, defecțiunile obișnuite sunt urme de ardere de la viteza mare de injecție și lovituri scurte de la o ventilație slabă. Creșterea secțiunilor transversale a porții și a canalului rezolvă majoritatea problemelor de umplere înainte de a fi necesară orice modificare a formulării.

Extrudare și imprimare 3D

Extrudarea filmului, a foii și a tubului urmează aceeași regulă de uscare și utilizează temperaturi de topire puțin mai scăzute decât turnarea. Pentru imprimarea 3D FDM, un filament tipic 95A TPU se imprimă la temperaturi ale duzei de aproximativ 220-250 de grade Celsius și la viteze de avans mai mici decât PLA sau nailon pentru a împiedica flambarea filamentului moale. Piesele TPU imprimate sacrifică o anumită rezistență în comparație cu piesele turnate datorită aderenței stratului, dar funcționează bine pentru prototipuri, garnituri și componente moi personalizate.

Cum să alegi gradul potrivit: TPU sau nailon

Utilizați secvența de mai jos pentru a filtra rapid decizia.

1. Decideți dacă piesa trebuie să se îndoaie sau să rămână rigidă. Recuperare elastică în etanșare și mijloace de impact TPU; rezistența la sarcină și precizia dimensională înseamnă nailon.
2. Setați ținta de duritate. Curelele și mânerele de ceas se află în jurul valorii de 80-95A; părțile structurale, dar ușor flexibile, încep de la 55D și mai sus.
3. Alegeți familia poliolilor. Mediile uleioase și combustibile favorizează TPU pe bază de poliester; mediile umede sau exterioare favorizează TPU pe bază de polieter.
4. Verificați tavanul termic. Căldura continuă peste 120 de grade Celsius descalifică majoritatea gradelor standard de TPU și indică PA66 sau PPA.
5. Verificați umiditatea și stabilitatea dimensională. Piesele expuse la căldură umedă păstrează toleranțe mai bine în PPA decât în ​​PA6 standard.

Considerațiile legate de aprovizionare joacă, de asemenea, un rol. The starea actuală a industriei de cipuri de nailon 6 afectează prețurile și timpii de livrare pentru materialele pe bază de PA6, ceea ce merită verificat înainte de a vă angaja într-o serie de producție mare. Dacă reciclabilitatea este o prioritate, granule de poliamidă reciclată sunt una dintre rutele disponibile pentru a închide bucla cu deșeurile de nailon.

Întrebări frecvente despre materialele TPU

Este TPU la fel ca cauciucul sau siliconul?

Nu. TPU este un elastomer termoplastic, așa că se topește și poate fi remodelat. Cauciucul termorezistent se întărește și nu poate fi retopit. Siliconul este un elastomer diferit cu o toleranță mai mare la căldură, dar un comportament mai moale la rupere și abraziune. TPU câștigă acolo unde abraziunea și duritatea sunt prioritatea; siliconul câștigă acolo unde domină căldura extremă și setul de compresie scăzută.

Ce înseamnă numerele de duritate precum Shore 95A și Shore 55D?

Duritatea Shore măsoară rezistența la indentare cu un durometru. Numerele la scara A sub 80 descriu materiale moi, cauciucate; numerele de peste 90A descriu materiale flexibile ferme. Numerele pe scara D de peste 50 descriu materiale semirigide care au încă o oarecare flexibilitate. Regiunile 95A și 55D se simt similare în mână, dar cele două scale folosesc indentatoare diferite, așa că comparați numai în cadrul aceleiași scale sau utilizați o diagramă de conversie.

La ce temperatură poate rezista TPU?

Limitele de funcționare continuă pentru gradele standard de TPU sunt în jur de 80-120 de grade Celsius, în funcție de formulare, iar tipurile de polieter rămân flexibile până la aproximativ -35 de grade Celsius sau mai puțin. Pentru căldură susținută peste 120 de grade Celsius, PA66 cu stabilizatori termici sau PPA este materialul cel mai potrivit.

Se poate recicla TPU?

Deoarece TPU este termoplastic, deșeurile de producție și deșeurile pot fi remăcinate și reprocesate, iar tipurile de TPU reciclate sunt disponibile comercial. Aceeași retopibilitate trece prin familia de nailon, în care granulele de poliamidă reciclată sunt folosite pentru a reduce conținutul de material virgin din produsele turnate.

Care rezistă mai bine uleiului: TPU sau nailon?

TPU pe bază de poliester oferă rezistență excelentă la ulei și combustibil, în general mai bună decât nailonul neîntărit în aplicațiile de etanșare flexibilă. Nailonul rezista si la uleiuri, dar absoarbe apa si acea umiditate afecteaza dimensiunile in timp. Pentru o piesă flexibilă în contact constant cu uleiul, TPU este prima alegere obișnuită.

Este TPU greu de injectat?

TPU nu este în mod inerent dificil, dar necesită un control mai strict al procesului decât majoritatea tipurilor de nailon. Păstrați peleții uscati, utilizați o temperatură de topire mai scăzută decât multe materiale plastice de inginerie și proiectați porți și orificii generoase; materialul se umple bine. În designul sculelor, TPU tolerează temperaturi mai scăzute ale matriței și cicluri mai scurte decât nailonul stabilizat la căldură.