Kennen Sie Ihre Materialien:TPE vs. TPU

Wenn Produktdesigner und Ingenieure möchten, dass ein Teil bestimmte Eigenschaften wie Stoßdämpfung oder hohe Schlagfestigkeit aufweist, greifen sie häufig zu Polymeren aus thermoplastischen Elastomeren.

Thermoplastische Elastomere sind eine Klasse von Polymeren, die sowohl thermoplastische als auch elastomere Eigenschaften haben, was bedeutet, dass sie hitzebeständig und langlebig, aber dennoch flexibel sind. Da thermoplastische Elastomere geschmolzen und umgeformt werden können, ohne die chemischen oder mechanischen Eigenschaften des Materials zu beeinträchtigen, kann der Abfall sogar als teilweiser Ersatz für Neukunststoff wiederverwendet werden. Teile aus diesem Material können mit einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, darunter Extrusion, Spritzguss und Blasformen.

TPE (Thermoplastisches Elastomer) und TPU (Thermoplastisches Polyurethan) gehören zu den beliebtesten Kategorien thermoplastischer Elastomere – und obwohl viele die Begriffe synonym verwenden, weisen sie einige wesentliche Unterschiede auf. Zunächst einmal sind TPEs eine Kategorie, die eine Vielzahl von thermoplastischen Elastomeren umfasst, während TPU sich nur auf eine kleinere Untergruppe bezieht. TPU ist auch neuer in der Fertigungsindustrie als TPE.

Hier ist eine umfassende Aufschlüsselung der Hauptunterschiede zwischen den Begriffen TPE und TPU und welche Aspekte davon bei der Materialauswahl zu berücksichtigen sind.

Eine Übersicht über TPE

TPE, auch als thermoplastischer Gummi bekannt, kombiniert das Aussehen und die Haptik von Standardgummi mit der Benutzerfreundlichkeit eines Kunststoffs. Diese große Kategorie umfasst eine breite Palette von Polymeren, darunter TPU, thermoplastisches Copolyester (TCP) und thermoplastisches Polyamin (TPA). Dieses Material ist bekannt für seine Elastizität, Verarbeitbarkeit, Recyclingfähigkeit, hohe Schmelztemperatur und Witterungsbeständigkeit.

Die mechanischen Spezifikationen für jede Art von TPE variieren je nach Marke. Beispielsweise umfassen die mechanischen Spezifikationen für das thermoplastische Elastomer K2702 von Kent Elastomer Products:

• Shore-A-Härte :29A
• Reißfestigkeit :1100 psi (7,6 MPa)
• Dehnung :950 %
• 300 % Modul :175 psi (1,2 MPa)
• 500 % Modul :330 psi (2,3 MPa)
• Betriebstemperatur :-40 bis 91 °C (-40 bis 195 °F)

TPE ist das Polymer der Wahl für alle Anwendungen, die sich weich anfühlen und gute elastische oder rutschfeste Eigenschaften aufweisen müssen. Sie sind auch ideal für Anwendungen, bei denen ein Teil einem Gegenstück entsprechen muss. Zu den üblichen kommerziellen Anwendungen von TPE gehören Bleistiftgriffe, Griffe für Hockeyschläger, Spielzeug und Skischuhe. In der medizinischen Industrie finden sich TPEs in Teilen, Verbindungsstücken und Mundstücken von Beatmungsgeräten. In der Automobilindustrie wird TPE in wetterfesten Dichtungen, Fußmatten, Innen- und Außenteilen, Airbagabdeckungen und Stoßfängern verwendet.

TPEs bieten zahlreiche Vorteile gegenüber vergleichbaren Kunststoffen, einschließlich herkömmlicher Gummimaterialien. TPEs sind schneller zu verarbeiten und haben kürzere Fertigungszeiten als Kautschuke, was die Endkosten des fertigen Teils senkt. Kürzere Formzyklen steigern zudem die Energieeffizienz. Im Vergleich zu TPU insgesamt können TPEs elastischer sein.

TPEs haben einige Einschränkungen, die Produktteams beachten sollten. Beispielsweise ist bekannt, dass TPEs bei extrem hohen Temperaturen schmelzen und nur für Teile verwendet werden sollten, deren Verwendung sie Temperaturen innerhalb des vom Hersteller angegebenen Temperaturbereichs aussetzen wird. TPEs weisen im Allgemeinen eine schlechtere Leistung unter schweren Belastungen auf und haben eine geringere Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit als herkömmliche Duroplastkautschuke. Außerdem müssen die meisten TPE-Materialien vor der Verarbeitung getrocknet werden, sodass Designer darauf achten müssen, diesen entscheidenden Schritt nicht zu vergessen.

Eine Übersicht über TPU

Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist eine Untergruppe starker, vielseitig einsetzbarer thermoplastischer Elastomere, die für ihre Haltbarkeit, Flexibilität und Eignung für zahlreiche Hochleistungsanwendungen bekannt sind. Wie andere TPEs hat dieses Material sowohl Eigenschaften von Thermoplasten als auch von herkömmlichem Gummi, aber TPU bietet eine überlegene Belastbarkeit, eine hohe Bruchdehnung und eine hervorragende Zugfestigkeit. TPUs widerstehen auch Chemikalien, Ölen, Fetten und anderen gängigen Lösungsmitteln.

Die mechanischen Spezifikationen für TPU können variieren. Die mechanischen Spezifikationen für Ultrafuse TPU 85A beinhalten:

• Shore-A-Härte :90A
• Dichte (gedruckt und konditioniert) :1082 kg/m3
• Glasübergangstemperatur :-44 °C
• Abriebfestigkeit :82 mm3
• Zugfestigkeit (bei 100 % Dehnung, XY-Richtung, konditioniert) :8,7 MPa
• Zugfestigkeit (in XY-Richtung, konditioniert) :34 MPa
• Elastizitätsmodul (in XY-Richtung, konditioniert) :20MPa

TPU ist in einem breiten Querschnitt von Branchen zu finden, von der Automobilindustrie über die Landwirtschaft bis hin zu Textilien. Die einzigartige Kombination aus Kratz- und Abriebfestigkeit des Materials macht es zu einem hervorragenden Material für die Herstellung von Automobilinnenteilen wie Schaltknäufen, Instrumententafeln oder Konsolenteilen. Aufgrund seiner Flexibilität und Atmungsaktivität eignet es sich gut für Sportbekleidung und Sportschuhe. Einige Ingenieure haben auch Nischen-TPUs entwickelt, um der steigenden Nachfrage nach Hochleistungspolymeren mit niedrigem Druckverformungsrest, Abriebfestigkeit und Ölbeständigkeit für Dichtungen und Dichtungen gerecht zu werden.

Im Vergleich zu Polyvinylchlorid (PVC) ist TPU leichter, elastischer und abriebfester. Auch das Einfärben und Verarbeiten von TPU ist möglich. Unter Umweltgesichtspunkten ist es sinnvoll, TPU gegenüber PVC zu wählen, da dieses Material recycelbar ist und häufig zur Verringerung der CO2-Emissionen verwendet wird. Außerdem übertrifft TPU die meisten anderen TPEs in einigen wichtigen Punkten. TPU ist im Allgemeinen härter, langlebiger und schrumpffester als die meisten TPEs – außerdem lässt es sich einfacher drucken und verspricht im Allgemeinen genauere Ergebnisse.

Andererseits ist TPU jedoch teurer als vergleichbare Kunststoffe und einige TPU-Typen haben eine relativ kurze Haltbarkeit. Wie andere TPE müssen auch TPU vor der Verarbeitung getrocknet werden. Darüber hinaus haben TPUs im Allgemeinen einen engeren Härtebereich als andere thermoplastische Elastomere und einen engeren Temperaturbereich für die Verarbeitung, was zu gewissen Einschränkungen bei der Herstellbarkeit führt.

Erste Schritte mit TPE und TPU

TPE und TPU sind vielseitige Kunststoffe, die alle Produktteams in ihrem Repertoire haben sollten. Produktteams sollten jedoch davor gewarnt werden, die beiden Materialien zu vermischen. TPEs, eine große Kategorie von Polymeren, die als thermoplastische Elastomere klassifiziert werden können, sind weicher als TPU und besser geeignet für Anwendungen, die sich weich anfühlen müssen. TPU hingegen ist die Untergruppe von TPEs, die robuster und besser für Hochleistungsanwendungen geeignet sind, die eine hohe Chemikalien- und Abriebfestigkeit erfordern. Produktteams müssen immer gründlich recherchieren und überprüfen, um sicherzustellen, dass sie das richtige Material für ihr Projekt auswählen. Glücklicherweise kann ein erfahrener Fertigungspartner den Materialauswahlprozess viel einfacher gestalten.

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Ausführlichere Materialleitfäden finden Sie in anderen Artikeln zum Thema „Kennen Sie Ihre Materialien“ im Fast Radius-Ressourcenzentrum.