TPE vs. TPU: Den richtigen thermoplastischen Elastomer für Ihr Design wählen

Wenn Produktdesigner und Ingenieure wollen, dass ein Bauteil bestimmte Eigenschaften wie Stoßdämpfung oder hohe Schlagfestigkeit hat, greifen sie oft auf Polymere zurück, die aus thermoplastischen Elastomeren bestehen.

Thermoplastische Elastomere sind eine Klasse von Polymeren, die sowohl thermoplastische als auch elastomere Eigenschaften besitzen, was bedeutet, sie sind hitzebeständig und langlebig, aber dennoch flexibel. Da thermoplastische Elastomere geschmolzen und umgeformt werden können, ohne die chemischen oder mechanischen Eigenschaften des Materials zu kompromittieren, kann der Ausschuss sogar als partieller Ersatz für Neuplastik wiederverwendet werden. Bauteile aus diesem Material können mit einer Vielzahl von Prozessen gefertigt werden, einschließlich Extrusion, Spritzguss und Blasformen.

TPE (Thermoplastischer Elastomer) und TPU (Thermoplastisches Polyurethan) gehören zu den beliebtesten Kategorien thermoplastischer Elastomere – und während viele die Begriffe austauschbar verwenden, haben sie einige wesentliche Unterschiede. Zum einen sind TPEs eine Kategorie, die eine breite Vielfalt thermoplastischer Elastomere umfasst, während TPU sich nur auf eine kleinere Teilmenge bezieht. TPU ist auch neuer in der Fertigungsindustrie als TPE.

Hier ist eine umfassende Aufschlüsselung der wesentlichen Unterschiede zwischen TPE und TPU und welche Aspekte davon bei der Materialauswahl zu berücksichtigen sind.

Überblick über TPE

TPE, auch als thermoplastischer Gummi bekannt, kombiniert das Aussehen und Gefühl von Standardgummi mit der Benutzerfreundlichkeit eines Kunststoffs. Diese große Kategorie deckt eine breite Palette von Polymeren ab, einschließlich TPU, thermoplastischem Copolyester (TCP) und thermoplastischem 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 den K2702 thermoplastischen Elastomer von Kent Elastomer Products:

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

TPE ist das Polymer der Wahl für jede Anwendung, die weich im Griff sein muss und gute elastische oder rutschfeste Eigenschaften aufweisen soll. Sie sind auch ideal für Anwendungen, in denen sich ein Bauteil an ein Gegenstück anpassen muss. Gängige kommerzielle Anwendungen für TPE umfassen Bleistiftgriffe, Hockey-Schlägergriffe, Spielzeug und Skistiefel. In der Medizintechnik finden sich TPEs in Reanimatorteilen, Verbindern und Mundstücken. In der Automobilindustrie wird TPE in wetterfesten Dichtungen, Fußmatten, Innen- und Außenteilen, Airbag-Abdeckungen und Stoßfängern eingesetzt.

TPEs bieten zahlreiche Vorteile über vergleichbaren Kunststoffen, einschließlich konventioneller Gummiwerkstoffe. TPEs sind schneller zu verarbeiten und haben kürzere Fertigungszyklen als Gummi, was die Endkosten des fertigen Bauteils reduziert. Kürzere Formzyklen steigern auch die Energieeffizienz. Im Vergleich zu TPU insgesamt können TPEs elastischer sein.

TPEs haben jedoch einige Limitationen, die Produktteams im Hinterkopf behalten sollten. Beispielsweise ist bekannt, dass TPEs bei extrem hohen Temperaturen schmelzen können und nur für Bauteile verwendet werden sollten, deren Einsatz sie Temperaturen innerhalb des herstellerspezifizierten Temperaturbereichs aussetzt. TPEs performen generell schlechter unter hohen Lasten und haben weniger chemische und Temperaturbeständigkeit als traditionelle Duroplast-Gummis. Auch müssen die meisten TPE-Materialien vor der Verarbeitung getrocknet werden, sodass Designer vorsichtig sein müssen, diesen entscheidenden Schritt nicht zu vergessen.

Überblick über TPU

Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist die Teilmenge starker, vielseitiger thermoplastischer Elastomere, die für ihre Haltbarkeit, Flexibilität und Eignung für zahlreiche Hochleistungsanwendungen bekannt sind. Wie andere TPEs hat dieses Material Eigenschaften sowohl von Thermoplasten als auch konventionellen Gummis, aber TPU bietet überlegene Tragfähigkeit, hohe Dehnung bei Bruch und exzellente Zugfestigkeit. TPUs halten auch gut gegen Chemikalien, Öle, Fette und andere gängige Lösungsmittel stand.

Mechanische Spezifikationen für TPU variieren. Die mechanischen Spezifikationen für Ultrafuse TPU 85A umfassen:

• 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 bei Bruch (XY-Richtung, konditioniert): 34 MPa
• Elastizitätsmodul (XY-Richtung, konditioniert): 20 MPa

TPU findet sich in einem breiten Querschnitt von Branchen, von Automobil über Landwirtschaft bis Textilien. Die einzigartige Kombination aus Kratz- und Abriebfestigkeit macht es zu einem exzellenten Material für die Fertigung von Automobil-Innenteilen wie Schalthebeln, Instrumententafeln oder Konsolenteilen. Seine Flexibilität und Atmungsaktivität machen es gut geeignet für Sportbekleidung und Sportschuhe. Einige Ingenieure haben auch Nischen-TPUs entwickelt, um die steigende Nachfrage nach Hochleistungspolymeren mit niedrigem Kompressionssatz, Abriebfestigkeit und Ölbeständigkeit für Dichtungen und Dichtungsringe zu bedienen.

Verglichen mit Polyvinylchlorid (PVC) ist TPU leichter, elastischer und abriebfester. Es ist auch möglich, TPU zu färben und zu verarbeiten. Aus Umweltgesichtspunkten ergibt es Sinn, TPU gegenüber PVC zu wählen, da dieses Material recycelbar ist und häufig zur Senkung von CO2-Emissionen eingesetzt wird. Auch übertrifft TPU die meisten anderen TPEs in einigen Schlüsselaspekten. TPU ist generell härter, langlebiger und schwindungsresistenter als die meisten TPEs – plus es ist einfacher zu drucken und verspricht generell genauere Ergebnisse.

Auf der anderen Seite jedoch ist TPU teurer als vergleichbare Kunststoffe und einige TPU-Grade haben eine relativ kurze Haltbarkeit. Wie andere TPEs müssen TPUs vor der Verarbeitung getrocknet werden. Zusätzlich haben TPUs generell einen engeren Härtebereich als andere thermoplastische Elastomere und einen engeren Temperaturbereich für die Verarbeitung, was bestimmte Fertigbarkeitslimitationen schafft.

Einstieg mit TPE und TPU

TPE und TPU sind vielseitige Kunststoffe, die alle Produktteams in ihrem Repertoire haben sollten. Allerdings sollten Produktteams gewarnt sein, die beiden Materialien nicht zu verwechseln. TPEs, eine große Kategorie von Polymeren, die als thermoplastische Elastomere klassifiziert werden können, sind weicher als TPU und besser geeignet für Anwendungen, die weich im Griff sein müssen. TPU hingegen ist die Teilmenge der TPEs, die zäher sind und besser für Hochleistungsanwendungen geeignet sind, die hohe chemische und Abriebfestigkeit erfordern. Produktteams müssen stets gründliche Recherche und Prüfung betreiben, um sicherzustellen, dass sie das richtige Material für ihr Projekt wählen. Glücklicherweise kann ein erfahrener Fertigungspartner den Materialauswahlprozess deutlich vereinfachen.

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Für tiefere Materialleitfäden schauen Sie sich andere „Know Your Materials“ Artikel im Fast Radius Ressourcencenter an.

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