TPU survevalu: termoplastiline polüuretaan materjali juhend
Termoplastiline polüuretaan (TPU) on paindlik plast, mida tuleks kaaluda siis, kui pehme osa peab taluma ka abrasioonile, rebimisele, õlile, rasvale ja korduvatele liikumistele. Seda on keerulisem töödelda kui paljusid TPE kvaliteete, kuid lisakontroll tasub end ära rataste, tihendite, kaabli pingepidurdite, kaitsvate osade ja meditsiiniliste või kantavate komponentide puhul.
Nordmould saab TPU osi pakkuda alates 100 tükist, kasutades eetripõhiseid, estripõhiseid, alifaatseid, leegipidurdavaid, toidukontakti, või meditsiinilisele orientatsiooniga kvaliteete, kui projekti nõuded seda põhjendavad.
Millised on TPU mehaanilised ja termilised omadused?
TPU omadused muutuvad kõvaduse, keemia, lisandite, kuivatamise ja töötlemise järgi. Allpool olevad väärtused on representatiivsed survevalu kvaliteetidele; kasutage vaiku tarnija andmelehte täpse kvaliteedi jaoks.
| Omadus | TPU Shore 75A | TPU Shore 87A | TPU Shore 95A | TPU Shore 55D |
|---|---|---|---|---|
| Tõmbetugevus | 25–40 MPa | 30–50 MPa | 40–60 MPa | 40–60 MPa |
| Pikenemine purunemiseni | 500–800% | 400–650% | 300–550% | 200–400% |
| Rebimiskindlus | 60–100 kN/m | 80–130 kN/m | 100–160 kN/m | 120–180 kN/m |
| Kokkusurumise püsideformatsioon (22–24 h / 70°C) | 20–45% | 15–35% | 15–30% | 10–25% |
| Abrasionikindlus (DIN / ISO 4649) | 40–90 mm³ | 25–70 mm³ | 20–60 mm³ | 15–50 mm³ |
| Kuumadeflektion temp (0,45 MPa) | 55–70°C | 65–80°C | 75–90°C | 85–105°C |
| Pidev teenistuse temp | −40 kuni 80°C | −40 kuni 90°C | −40 kuni 100°C | −40 kuni 110°C |
| Veenimeldumine (24 h) | 0,5–2,0% | 0,4–1,5% | 0,3–1,2% | 0,2–0,8% |
| Tihedus | 1,10–1,22 g/cm³ | 1,12–1,24 g/cm³ | 1,14–1,25 g/cm³ | 1,18–1,28 g/cm³ |
Eetripõhine TPU annab parema hüdrolüüsikindluse, mikrobide vastupidavuse ja madala temperatuuri painduvuse. Estripõhine TPU annab tavaliselt parema õli-, rasva-, abrasioonsi- ja rebimiskindluse, kuid on kuuma märja teenistuse suhtes tundlikum. Alifaatset TPU-d kasutatakse siis, kui oluline on mittekollastuv UV-stabiilsus. Õige valik järgneb teenistuskeskkonnale, mitte materjali nimele.
Millised on TPU survevalu tüüpilised rakendused?
TPU-d kasutatakse seal, kus tavaline pehmepuute TPE kuluks, rebeneks, paisuks või võtaks liiga palju püsideformatsiooni.
Tööstus ja autotööstus: Tööstusrattad, rullid, konveierikraabitsad, impelleri voodrised, tihendid, mehed, tolmukorgid ja voolikusiibi ühendused kasutavad TPU-d, kuna see ühendab elastse taastumise abrasioonsi- ja õlikindlusega. Estripõhist TPU-d kasutatakse tavaliselt kuivatel kulumis- või rasvastel keskkondadel; eetripõhine TPU on turvalisem, kus on risk veele, niiskusele või hüdrolüüsile.
Elektroonika ja kaablikaitse: Kaablimantelid, pingepidurduskorgid, painduvad kanalite otsad, vastupidavad karbid ja kantavad korpused kasutavad TPU-d painduvuse elu ja tugevuse jaoks. Leegipidurdavad kvaliteedid on saadaval elektroonikale, kuid täpne UL-hinnang ja seina paksus tuleb kinnitada ühendi andmelehest.
Meditsiin ja tervishoid: Eetripõhiseid TPU kvaliteete kasutatakse torustike, kateteri komponentide, kantavate andurite korpuste, ortoosiosade, haavahoolduse komponentide ja pehmete meditsiiniliste haardepindade jaoks. Meditsiiniline sobivus sõltub kvaliteedi bioloogilisest hindamisest, steriliseerimismeetodist, ekstraheeritavate/lekitavate ainete riskist ja ostja regulatiivsest toimikust.
Jalatsid: Taldade, naeltega, saapakomponentide, suusasaapaosade ja abrasioonikaitsevahendite jaoks kasutatakse TPU-d tagasilöömise, kulumiskindluse, värvitavuse ja madala temperatuuri tugevuse jaoks.
Spordi- ja turvavarustus: Kaitsevahendid, säärekaitsed, prilliraamid, kiivri detailid ja löögisummutavad konsoolid kasutavad kõvemaid TPU kvaliteete, kus osa peab painutama, vastu võtma löögi ja taastuma ilma pragunematata.
Kuidas TPU-d töödeldakse survevalu puhul?
TPU vajab rohkem distsipliini kui PP, ABS või paljud stüreensed TPE-d. Niiskuse kontroll, viibimisaeg, nihkejõud ja sulamistemperatuur mõjutavad otseselt pinnakvaliteeti ja mehaanilist tugevust.
| Töötlemisparameeter | Eetripõhine TPU (Shore 80A) | Estripõhine TPU (Shore 95A) | Kõva TPU (Shore 60D) |
|---|---|---|---|
| Sulamistemperatuur | 190–220°C | 200–230°C | 215–240°C |
| Vormi temperatuur | 20–50°C | 30–60°C | 30–70°C |
| Süstimisrõhk | 50–100 MPa | 60–110 MPa | 70–120 MPa |
| Kahanemine | 0,5–1,8% | 0,5–1,5% | 0,4–1,2% |
| Soovitatav tõmbenurk | ≥ 2° külje kohta | ≥ 2° külje kohta | ≥ 1° külje kohta |
Kuivatamine on möödapääsmatu: TPU neelab niiskust kiiresti. Paljud tarnijad nõuavad kuivatamist alla 0,02% niiskuseni enne töötlemist. Tüüpiline kuivatamine Shore A TPU jaoks on umbes 90–110°C 3–4 tunni jooksul kuivas õhus, samas kui alifaatsed ja spetsiaalklassid võivad vajada madalamaid temperatuure. Kasutage tarnija kuivatamistabelit, mitte üldseadet.
Viibimisaeg: TPU võib laguneda, kui seda hoitakse liiga kaua kuumalt. Korrektselt mõõdistatud silinder, lühikesed katkestused ja puhastamine peatumiste ajal vähendavad kollastumist, mullid, lõhna, pritsimist ja tõmbetugevuse kaotust. 4–6 minuti viibimisaja eesmärk on kasulik alguspunkt, kuid ohutu aken sõltub kvaliteedist ja sulamistemperatuurist.
Vajumine ja käändumine: TPU kahanemine on mõõdukas, kuid paksud pehmed sektsioonid jahtuvad siiski aeglaselt. Hoidke seinu laias plaanis ühtlased, kasutage ribi asemel tahket massi, ja vältige äkilisi üleminekuid. Praktiline seina vahemik on 1,5–5,0 mm, paksemaid sektsioone kontrollituna vajumise, tühimike ja pika tsükliaja jaoks.
Geidi kujundus: nõel-, allvee-, tunneli- ja ventilaatorigeidi saavad kõik töötada. Läbipaistev, meditsiiniline või kosmeetiline TPU kasutab sageli ventilaatori- või servagedist, mis vähendab nihkejälgi. Külmad käigud ja jooksiku tasakaal on olulised, kuna jahutatud materjal võib jätta nõrgad kohad või kosmeetilisi defekte.
Millised TPU kvaliteedid ja variandid on saadaval?
| Kvaliteet | Peamine omadus | Tüüpiline kasutusjuhtum |
|---|---|---|
| Eetripõhine, Shore 80A | Pehme, hüdrolüüsikindel | Meditsiinilised tihendid, märja teenistuse painduvad osad |
| Eetripõhine, Shore 95A | Sitke, tasakaalustatud paindlik kvaliteet | Kaabli pingepidurdid, spordikaubad |
| Estripõhine, Shore 85A | Õli, rasva ja abrasioonsi vastupidavus | Autotööstuse tihendid, tööstuslikud voolikusiibi osad |
| Estripõhine, Shore 55D | Poolkõva, suur tugevus | Rattad, konsoolid, löögiosad |
| Leegipidurdav TPU | Tulekindlus määratud seina paksuse jaoks | Kaablihaldus, elektroonika korpused |
| Meditsiinilisele orientatsiooniga TPU | Dokumentatsioonipakettiga tervishoid | Torustik, kantavad andurid, seadme komponendid |
| Läbipaistev TPU | Selgus painduvusega | Ekraanikaitsed, aknad, näidikosad |
| Alifaatne TPU | Parem värvstabiilsus välitingimustes | Heledavärvilised välised ja kantavad osad |
Spetsiaalsed TPU ühendid, sealhulgas elektriliselt dissipatiivne, klaastäitega, süsinikutäitega, keemiliselt vastupidav ja bio-põhine, saab pakkuda, kus disain neid vajab. Kättesaadavus ja sertifitseerimise ulatus tuleks kinnitada enne joonise lukustamist.
Millised on TPU eelised ja piirangud?
Eelised:
- Kõrge abrasionikindlus survevaluga painduvate plastide hulgas
- Kõrgem tõmbe- ja rebimistugevus kui enamikul pehmepuute TPE kvaliteetidel
- Hea õli-, rasva- ja kütusevas vastupidavus sobivates estripõhistes kvaliteetides
- Kasulik madala temperatuuri painduvus, sageli kuni ligikaudu −40°C
- Lai kõvaduse vahemik, pehmest Shore A kvaliteedist kuni poolkõva Shore D-ni
- Läbipaistev, leegipidurdav, toidukontakti, meditsiinilisele orientatsiooniga ja alifaatne valikud on saadaval
- Termoplastilise töötlemine lubab uuesti jahvatuse kasutamist, kui kvaliteedinõuded seda lubavad
Piirangud:
- Hügroskoopne; halb kuivatamine põhjustab pritsimist, mullide ja mehaanilist kaotust
- Kilogrammi kohta kallim kui PP, ABS, või massmaterjalid TPE
- Estripõhised kvaliteedid võivad kuumas märjas keskkonnast hüdrolüüsuda
- Töötlemisaken on kitsam kui paljudel TPE kvaliteetidel
- Pidev teenistus üle 110–120°C on piiratud enamikul kvaliteetidel
- Keemiline adhesioon ülevormistamisel ei ole automaatne; mehaanilised lukud on sageli vajalikud
Millal valida TPU alternatiivmaterjalide asemel?
Valige TPU üle TPE kui abrasioon, rebimistugevus, õlikindlus, või tõmbetugevus on peamine nõue. TPU on tavaliselt parem valik rataste, kraabitsate huulte, kaablikorkide, kaitsvate katete, ja tihendite jaoks, mis puutuvad kokku rasvaga või korduva painutamisega.
Valige TPU üle silikoonist kui osa saab töötada TPU temperatuurivahemikus ja vajab termoplastilist töötlemist, värve, abrasionikindlust, või integreerimist jäiga plastiku assemblisse. Silikoon on endiselt tugevam pikaajalise kuumuse jaoks üle TPU vahemiku, väga pehmed tihendid, ja paljud implantaadi või kõrgtemperatuurilised meditsiinilised rakendused.
Valige eetripõhine TPU üle estripõhise kui osa puutub kokku veega, niiskusega, aurupuhastusega, või pika märja teenistusega. Valige estripõhine TPU kuiva kulumise, õli, rasva, ja paljude tööstuslike või autotööstuse rakenduste jaoks.
Valige kõvem TPU (Shore 50D–80D) üle paindliku POM-i või poolkõva PP kui osa peab olema piisavalt jäik, et assemblisse paikneda, kuid siiski absorbeerida lööki ja elastselt naasta pärast deflektsiooni.
Ringlussevõetavus ja jätkusuutlikkus
TPU on termoplast ja seda saab uuesti töödelda, kui see ei ole lagunenud või saastunud. Mõned tarnija juhised lubavad uuesti jahvatuse tasemeid kuni ligikaudu 30%, kuid kosmeetilised, meditsiinilised, toidukontakti ja kriitilised mehaanilised osad vajavad sageli madalamaid piiranguid või ainult neitsimaterjalide kasutamist. Konservatiivne alguspunkt mittekritiilistele osadele on 10–15% puhast, kuivatatud uuesti jahvatust samast kvaliteedist.
Tarbijajärgne TPU ringlussevõtt on tehniliselt võimalik, kuid vähem küps kui PP või HDPE ringlussevõtt, kuna TPU osad on sageli väikesed, värvitud, seotud teiste materjalidega, või jäätmevoos raskesti tuvastatavad. Polüuretaanide keemiline ringlussevõtu teed arenevad ja neid kasutatakse mõnedes tööstusvoogudes, kuid neid ei tohi eeldada olemas olevaks konkreetse vormistatud osa jäätmevoo jaoks. Bio-põhised TPU kvaliteedid taastuva polüooli sisaldusega on kaubanduslikult saadaval projektide jaoks, mis suudavad nende sertifitseerimist ja toimivuspiiranguid aktsepteerida.
Saatke Nordmouldile oma STEP-fail, sihtmärgistiku kõvadus, kulumistingimused, vedeliku kokkupuude ja kõik toidukontakti või meditsiinilised nõuded. Tasuta DFM-ülevaatus saab katta kõvaduse, eetri versus estri keemia, kuivatamisriski, tõmbenurga, geidi strateegia ja pakkumise tee.
Korduma kippuvad küsimused
Mis eristab TPU-d teistest paindlikest survevalu materjalidest?
TPU ühendab kummisarnase painduvuse kõrgema tõmbetugevuse, rebimiskindluse, abrasionikindluse ja õlikindlusega kui enamik pehmepuute TPE kvaliteete. TPE valitakse tavaliselt haardepinna ja tunde jaoks; TPU valitakse siis, kui osa näeb hõõrdumist, korduvat painutamist, rasvasel kokkupuutel, või kõrgemat mehaanilist koormust.
Kas TPU vajab enne survevalu kuivatamist?
Jah. TPU on hügroskoopne ja tuleks enne töötlemist kuivatada. Paljud TPU tarnijad määravad kuivatamise alla 0,02% niiskuseni, tavaliselt umbes 90–110°C juures 3–4 tundi Shore A kvaliteetide jaoks, kvaliteedispetsiifiliste eranditega. Märg TPU võib vahutada, pritsida, kaotada molekulaarmassi ja toota nõrgemaid osi.
Millised Shore kõvaduse kvaliteedid on TPU jaoks saadaval?
TPU on saadaval ligikaudu Shore 60A-st kuni Shore 80D-ni. Tavaline survevalu vahemik on umbes Shore 70A–95A, Shore D kvaliteetidega, mida kasutatakse poolkõvade rataste, konsoolide ja kaitsevate komponentide jaoks. Lõplik kõvadus tuleks valida konkreetsest vaiku andmelehest ja prototüübi katsest.
Kas TPU-d saab üle vormistada jäikatele plastidele?
Jah, kuid side tuleb kujundada. TPU-d saab üle vormistada substraatidele nagu ABS, PC ja nailon, kui kvaliteet on ühilduv. POM ja mõned madala energiaga plastid on keerulised ja vajavad tavaliselt mehaanilisi lukke. Nordmould saab sidumisstrateegiat DFM-i ajal üle vaadata, lõpliku adhesiooniga kinnitatuna valitud vaiku paaril.
Kas TPU sobib toidukontakti või meditsiiniliste rakenduste jaoks?
Toidukontakti ja meditsiinilist orientatsiooniga TPU kvaliteedid on saadaval, kuid vastavus on kvaliteedispetsiifiline. Meditsiiniprojektid nõuavad tavaliselt dokumenteeritud ISO 10993 või samaväärseid bioloogilisi hindamisi lõppkasutuse jaoks. Toidukontakti projektid vajavad õiget FDA, EU 10/2011 või muu turupõhise deklaratsiooni vaiku tarnijalt.
Milline on TPU osade minimaalne tellimus Nordmouldis?
TPU survevalu on saadaval alates 100 tükist. Tööriistamine algab 3 000 €-st. TPU vaiku on PP-st või ABS-ist kallim, seega ärijuhtum sõltub tavaliselt eraldi kummi osade vältimisest, kulumisea parandamisest, või montaaži lihtsustamisest.
Kuidas TPU võrdleb end PU valinguga (polüuretaan valimine) prototüüpimise jaoks?
Valu PU on kasulik prototüüpide ja väga väikeste partiide jaoks ilma kõvade tööriistadeta. See on kahekomponentne termoset protsess, seega osad ei ole identsed survevaluga toodetud TPU-ga. Bridge tööriistastamine suudab toota tootmisesinduslikke TPU osi, kui kogused tööriistastamist õigustavad, tavaliselt alates 100 tükist.