TPE против TPU: выбор правильного термопластичного эластома для вашего дизайна

Когда продуктовые дизайнеры и инженеры хотят, чтобы деталь имела определенные свойства вроде амортизации или высокой ударной прочности, они часто обращаются к полимерам из термопластичных эластомеров.

Термопластичные эластомеры — класс полимеров, имеющих и термопластичные, и эластомерные свойства, означая, они теплостойки и долговечны, но все еще гибки. Поскольку термопластичные эластомеры могут быть расплавлены и переформованы без компрометации химических или механических свойств материала, отходы могут даже перерабатываться как частичная замена девственного пластика. Детали из этого материала могут производиться разными процессами, включая экструзию, литье под давлением и дувное формование.

TPE (термопластичный эластомер) и TPU (термопластичный полиуретан) — среди самых популярных категорий термопластичных эластомеров — и хотя многие используют термины взаимозаменяемо, у них есть ключевые различия. Для начала, TPE — категория, охватывающая широкий спектр термопластичных эластомеров, в то время как TPU относится только к меньшему подмножеству. TPU также новее в производственной отрасли, чем TPE.

Вот исчерпывающий разбор ключевых различий между терминами TPE и TPU и какие аспекты учитывать при выборе материала.

Обзор TPE

TPE, также известный как термопластичный каучук, сочетает внешний вид и ощущение стандартного каучука с легкостью использования пластика. Эта большая категория покрывает широкий спектр полимеров, включая TPU, термопластичный кополиэстер (TCP) и термопластичный полиамин (TPA). Материал известен своей эластичностью, обрабатываемостью, перерабатываемостью, высокой температурой плавления и стойкостью к выветриванию.

Механические спецификации для каждого вида TPE будут варьироваться по бренду. Например, механические спецификации для термопластичного эластомера K2702 от Kent Elastomer Products включают:

• Твердость по Шору А: 29A
• Прочность на разрыв: 1100 psi (7,6 МПа)
• Удлинение: 950%
• Модуль 300%: 175 psi (1,2 МПа)
• Модуль 500%: 330 psi (2,3 МПа)
• Рабочая температура: -40 до 195 °F (-40 до 91 °C)

TPE — полимер выбора для любого применения, которое должно быть мягким на ощупь и иметь хорошие эластичные или антискользящие свойства. Также идеальны для применений, где деталь должна конформироваться к сопутствующей детали. Типичные коммерческие применения TPE: рукоятки для карандашей, рукоятки для хоккейных клюшек, игрушки, лыжные ботинки. В медпроме TPE в части реаниматоров, коннекторах, ротовых насадках. В автопроме TPE в герметичных уплотнителях, ковриках, внутренних и наружных деталях, чехлах подушек безопасности, бамперах.

TPE предлагают многочисленные преимущества над сравнимыми пластиками, включая конвенциональные каучуковые материалы. TPE быстрее обрабатываются и имеют более короткие циклы формовки, чем каучуки, снижая итоговую стоимость готовой детали. Более короткие циклы формовки также повышают энергоэффективность. В сравнении с TPU в целом, TPE могут быть более эластичными.

У TPE есть несколько ограничений, которые продуктовые команды должны держать в уме. Например, TPE известны плавиться при экстремально высоких температурах и должны использоваться только для деталей, применения которых подвергнут их температурам в указанном производителем диапазоне. TPE обычно хуже работают под тяжелыми нагрузками и имеют меньшую химическую и температурную стойкость, чем традиционные термореактивные каучуки. Также большинство TPE материалов должны сушиться перед обработкой, поэтому дизайнеры должны быть осторожны не забыть этот критичный шаг.

Обзор TPU

Термопластичный полиуретан (TPU) — подмножество прочных, многопрофильных термопластичных эластомеров, известных своей долговечностью, гибкостью и пригодностью для многочисленных высокопроизводительных применений. Как другие TPE, этот материал имеет свойства и термопластиков, и конвенциональных каучуков, но TPU предлагает превосходную несущую способность, высокое удлинение на разрыве и отличную прочность на растяжение. TPU также хорошо держатся против химикатов, масел, смазок и других распространенных растворителей.

Механические спецификации TPU будут варьироваться. Механические спецификации для Ultrafuse TPU 85A включают:

• Твердость по Шору А: 90A
• Плотность (напечатанная и кондиционированная): 1082 кг/м³
• Температура стеклования: -44 °C
• Износостойкость: 82 мм³
• Прочность на растяжение (при 100% удлинении, XY направление, кондиционированная): 8,7 МПа
• Прочность на разрыв (XY направление, кондиционированная): 34 МПа
• Модуль эластичности (XY направление, кондиционированная): 20 МПа

TPU можно найти в широком спектре отраслей, от авто до сельского хозяйства, до текстиля. Уникальное сочетание стойкости к царапинам и абразиву делает его отличным материалом для производства внутренних автодеталей вроде ручек КПП, приборных панелей, консольных деталей. Гибкость и дышащие свойства делают его подходящим для спортивной одежды и спортивной обуви. Некоторые инженеры также разработали нишевые TPU для удовлетворения растущего спроса на высокопроизводительные полимеры с низкими наборами компрессии, износостойкостью и масляной стойкостью для уплотнений и прокладок.

В сравнении с поливинилхлоридом (PVC), TPU легче, более эластичен и более абразивностойк. Также возможно окрашивание и обработка TPU. С экологической точки зрения имеет смысл выбирать TPU вместо PVC, потому что этот материал перерабатываем и часто используется для снижения углеродных выбросов. Также TPU опережает большинство других TPE в нескольких ключевых аспектах. TPU обычно тверже, долговечнее и более усадкостойк, чем большинство TPE — плюс легче печатать и обычно обещает более точные результаты.

С другой стороны, однако, TPU дороже сравнимых пластиков и некоторые марки TPU имеют относительно короткий срок хранения. Как другие TPE, TPU должны сушиться перед обработкой. Кроме того, TPU обычно имеют более узкий диапазон твердости, чем другие термопластичные эластомеры и более узкий температурный диапазон для обработки, создавая определенные ограничения технологичности.

Начало работы с TPE и TPU

TPE и TPU — универсальные пластики, которые все продуктовые команды должны иметь в репертуаре. Однако продуктовым командам следует предупреждать не смешивать два материала. TPE, большая категория полимеров, классифицируемых как термопластичные эластомеры, мягче TPU и лучше подходит для применений, которые должны быть мягкими на ощупь. TPU, с другой стороны, — подмножество TPE, которые более прочные и лучше подходят для высокопроизводительных применений, требующих высокой химической и абразивной стойкости. Продуктовые команды должны всегда делать тщательное исследование и проверку, чтобы убедиться, что выбирают правильный материал для проекта. К счастью, опытный производственный партнер может сделать процесс выбора материала намного проще.

Когда компании партнерствуют с Fast Radius, они партнерствуют с командой экспертов по онлайн-производству по запросу, имеющими многолетний опыт оживления продуктов с использованием как традиционных, так и аддитивных производственных методов. Наша команда дизайнеров, инженеров и советников может вести продуктовые команды через процесс выбора материала бесшовно и обеспечивать, что они всегда делают правильный выбор — так они могут фокусироваться на доставке превосходных продуктов каждый раз. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать.

Для более глубоких руководств по материалам проверьте другие статьи «Know Your Materials» в ресурсном центре Fast Radius.