TPU-ruiskuvalu Suomessa — termoplastinen polyuretaani, käytännön opas

Termoplastinen polyuretaani (TPU) on joustava muovi tilanteisiin, joissa pehmeän osan on myös kestettävä kulumista, repeytymistä, öljyä, rasvaa ja toistuvaa liikettä. Se on vaikeampaa prosessoida kuin monet TPE-laadut, mutta ylimääräinen hallinta maksaa takaisin pyörissä, tiivisteissä, kaapelin vedonpoistoissa, suojaosissa sekä lääkinnällisissä ja puettavissa komponenteissa.

Nordmould voi tarjota TPU-osia 100 kappaleesta alkaen käyttäen eetteri-, esteri-, alifaattisia, palonkestäviä, elintarvikekosketus- tai lääkintälähtöisiä laadut, kun projektin vaatimukset ne perustelevat.

Mitkä ovat TPU:n mekaaniset ja lämpöominaisuudet?

TPU:n ominaisuudet muuttuvat kovuuden, kemian, lisäaineiden, kuivauksen ja jälkikäsittelyn mukaan. Alla olevat arvot ovat edustavia ruiskuvalulaaduista; käytä hartsin toimittajan datalehteä tarkalle laadulla.

Ominaisuus	TPU Shore 75A	TPU Shore 87A	TPU Shore 95A	TPU Shore 55D
Vetolujuus	25–40 MPa	30–50 MPa	40–60 MPa	40–60 MPa
Murtumisvenymä	500–800 %	400–650 %	300–550 %	200–400 %
Repäisykestävyys	60–100 kN/m	80–130 kN/m	100–160 kN/m	120–180 kN/m
Puristumajäänne (22–24 h / 70 °C)	20–45 %	15–35 %	15–30 %	10–25 %
Kulumiskestävyys (DIN / ISO 4649)	40–90 mm³	25–70 mm³	20–60 mm³	15–50 mm³
Lämmönkestävyys (0,45 MPa)	55–70 °C	65–80 °C	75–90 °C	85–105 °C
Jatkuva käyttölämpötila	−40–80 °C	−40–90 °C	−40–100 °C	−40–110 °C
Vedenimu (24 h)	0,5–2,0 %	0,4–1,5 %	0,3–1,2 %	0,2–0,8 %
Tiheys	1,10–1,22 g/cm³	1,12–1,24 g/cm³	1,14–1,25 g/cm³	1,18–1,28 g/cm³

Eetteripohjainen TPU tarjoaa paremman hydrolyysinkestävyyden, mikrobiologisen kestävyyden ja matalassa lämpötilassa joustavuuden. Esteripohjainen TPU antaa yleensä paremman öljyn, rasvan, kulumisen ja repäisyn suorituskyvyn, mutta on alttiimpi kuumassa kosteassa palvelussa. Alifaattista TPU:ta käytetään, kun ei-kellastuva UV-stabiliteetti on tärkeää. Oikea valinta seuraa käyttöympäristöä, ei pelkkää materiaalinimeä.

Tyypilliset TPU-ruiskuvalun käyttökohteet

TPU:ta käytetään, kun tavallinen pehmyskosketus-TPE kuluisi, halkeilisi, turpoaisi tai ottaisi liikaa pysyvää muodonmuutosta.

Teollisuus ja autoteollisuus: Teollisuuspyörät, rullakuljettimien kaapaimet, juoksupyörien vuoraukset, tiivisteet, paljet, pölynsuojukset ja letkuyhteet käyttävät TPU:ta, koska se yhdistää elastisen palautumisen kulumis- ja öljynkestävyyteen. Esteri-TPU on yleistä kuivassa kulutuksessa tai öljyisissä ympäristöissä; eetteri-TPU on turvallisempi, kun kosteuden tai hydrolyysin riski on läsnä.

Elektroniikka ja kaapelin suojaus: Kaapelivaipat, vedonpoistot, joustavat kaapelisuojaputkiyhteet, kestävät kotelot ja puettavat kotelot hyödyntävät TPU:ta taivutuselämän ja sitkeyden ansiosta. Palonkestäviä laadut on saatavilla elektroniikkaan, mutta tarkka UL-luokitus ja seinämäpaksuus on vahvistettava yhdisteen datalehdeltä.

Lääkinnällinen ja terveydenhuolto: Eetteripohjaisia TPU-laadut käytetään letkuissa, katetrikomponenteissa, puettavissa anturikoteloissa, ortotiikkaosissa, haavanhoitokomponenteissa ja pehmeissä lääkinnällisissä kahvoissa. Lääkinnällinen soveltuvuus riippuu laadun biologisesta arvioinnista, sterilointimenetelmästä, uuttuvien aineiden riskistä ja ostajan sääntelytiedostosta.

Jalkineet: Ulkopohjalliset, pilarit, saappaan komponentit, hiihtosaappaan osat ja kulumissuojat käyttävät TPU:ta palautumisen, kulumiskestävyyden, väritettävyyden ja matalassa lämpötilassa sitkeyden vuoksi.

Urheilu- ja turvavarusteet: Suojatyynyt, säärisuojat, laskettelumaskikehykset, kypärän yksityiskohdat ja iskua absorboivat kiinnikkeet käyttävät kovempia TPU-laadut, joissa osan on joustettava, otettava isku vastaan ja palauduttava halkeilematta.

Miten TPU prosessoidaan ruiskuvalussa?

TPU vaatii enemmän prosessikuria kuin PP, ABS tai monet styreniset TPE:t. Kosteudenhallinta, viipymisaika, leikkaus ja sulalämpötila vaikuttavat suoraan pintakäsittelyyn ja mekaaniseen lujuuteen.

Prosessiparametri	Eetteri-TPU (Shore 80A)	Esteri-TPU (Shore 95A)	Kova TPU (Shore 60D)
Sulalämpötila	190–220 °C	200–230 °C	215–240 °C
Muottilämpötila	20–50 °C	30–60 °C	30–70 °C
Ruiskutuspaine	50–100 MPa	60–110 MPa	70–120 MPa
Kutistuma	0,5–1,8 %	0,5–1,5 %	0,4–1,2 %
Suositeltu päästökulma	≥ 2° per sivu	≥ 2° per sivu	≥ 1° per sivu

Kuivaus on ehdotonta: TPU imee kosteutta nopeasti. Monet toimittajat vaativat kuivausta alle 0,02 %:n kosteuteen ennen prosessointia. Tyypillinen kuivaus Shore A -TPU:lle on noin 90–110 °C 3–4 tuntia kuivailmassa; alifaattiset ja erikoislaadut voivat tarvita alhaisempia lämpötiloja. Käytä toimittajan kuivaustaulukkoa, älä yleisiä asetuksia.

Viipymisaika: TPU voi hajota pidettäessä kuumana liian kauan. Oikein mitoitettu sylinteri, lyhyet taukopysähdykset ja puhdistus viivästysten aikana vähentävät kellastumista, kuplia, hajua, roiskumista ja vetolujuuden menetystä. 4–6 minuutin viipymisaikatavoite on hyödyllinen lähtökohta, mutta turvallinen ikkuna riippuu laadusta ja sulalämpötilasta.

Painaumat ja vääntyminen: TPU:n kutistuma on kohtalainen, mutta paksut pehmeät osuudet jäähtyvät hitaasti. Pidä seinämät laajalti tasaisina, käytä ribejä massiivisten osien sijaan ja vältä äkillisiä siirtymiä. Käytännöllinen seinämäalue on 1,5–5,0 mm; paksummat osuudet tarkistetaan painaumien, tyhjöiden ja pitkän sykliajan varalta.

Portin suunnittelu: tappi-, sukellus-, tunneli- ja tuuletinportit voivat kaikki toimia. Läpinäkyvä, lääkinnällinen tai kosmeettinen TPU hyötyy usein tuuletinportista tai reunaportista, joka vähentää leikkausjälkiä. Kylmät tulpat ja juoksukanavien tasapaino ovat tärkeitä, koska jäähtynyt materiaali voi jättää heikkouksia tai kosmeettisia vikoja.

Mitä TPU-laadut ja -variantit ovat saatavilla?

Laatu	Tärkein ominaisuus	Tyypillinen käyttö
Eetteripohjainen, Shore 80A	Pehmeä, hydrolyysinkestävä	Lääkinnälliset tiivisteet, kosteuspalvelun joustavat osat
Eetteripohjainen, Shore 95A	Sitkeä, tasapainoinen joustava laatu	Kaapelin vedonpoistot, urheilutuotteet
Esteripohjainen, Shore 85A	Öljyn, rasvan ja kulumisen kestävyys	Autoteollisuuden tiivisteet, teollisuuden letkuosat
Esteripohjainen, Shore 55D	Puolijäykkä, korkea lujuus	Pyörät, kiinnikkeet, iskuosat
Palonkestävä TPU	Palosuorituskyky määritetylle seinämäpaksuudelle	Kaapelinhallinta, elektroniikan kotelot
Lääkintälähtöinen TPU	Dokumentaatiopaketti terveydenhuoltokäyttöön	Letkut, puettavat anturit, laitekomponentit
Läpinäkyvä TPU	Kirkkaus joustavuudella	Näytönsuojakalvot, ikkunat, indikaattorit
Alifaattinen TPU	Parempi väristabiliteetti ulkotiloissa	Vaaleat ulkotilojen ja puettavat osat

Erikois-TPU-yhdisteitä — mukaan lukien sähköstaattisesti hajottavat, lasikuituiset, hiilikuitutäytteiset ja kemikaalinkestävät laadut — voidaan tarjota, kun suunnittelu niitä vaatii. Saatavuus ja sertifiointilaajuus on vahvistettava ennen piirustuksen lukitsemista.

TPU:n edut ja rajoitukset

Edut:

• Korkea kulumiskestävyys ruiskuvalettavien joustavien muovien joukossa
• Korkeampi veto- ja repäisylujuus kuin useimmilla pehmyskosketus-TPE-laaduilla
• Hyvä öljyn, rasvan ja polttoaineen kestävyys sopivissa esteripohjaissa laaduissa
• Hyödyllinen matalassa lämpötilassa joustavuus, usein jopa −40 °C:seen
• Laaja kovuusalue pehmeistä Shore A -laaduista puolijäykkiin Shore D -laadut
• Läpinäkyviä, palonkestäviä, elintarvikekosketus-, lääkintälähtöisiä ja alifaattisia vaihtoehtoja saatavilla
• Kestomuoviprosessointi mahdollistaa uusiomurskeen käytön, kun laatuvaatimukset sen sallivat

Rajoitukset:

• Hygroskooppinen; huono kuivaus aiheuttaa roiskumista, kuplia ja mekaanisen lujuuden menetyksen
• Kalliimpaa kilogrammalta kuin PP, ABS tai hyödyke-TPE
• Esteripohjaisia laadut voivat hydrolysoitua kuumissa ja kosteissa ympäristöissä
• Prosessointiikkuna on kapeampi kuin monilla TPE-laaduilla
• Jatkuva palvelu yli 110–120 °C:ssa on rajoitettu useimmille laaduille
• Kemiallinen adheesio ylimuovauksessa ei ole automaattista; mekaanisia lukkiutumia tarvitaan usein

Milloin valita TPU vaihtoehtojen sijaan?

Valitse TPU yli TPE:n kun kuluminen, repäisylujuus, öljynkestävyys tai vetolujuus on ensisijainen vaatimus. TPU on yleensä parempi valinta pyörille, kaapelisuojuksille, suojaosille ja tiivisteille, jotka altistuvat rasvalle tai toistuvalle taivutukselle.

Valitse TPU yli silikonigeelin kun osa toimii TPU:n lämpötila-alueella ja tarvitsee kestomuoviprosessointia, väriä, kulumiskestävyyttä tai integrointia jäykämuovikokoonpanoon. Silikoni on edelleen vahvempi jatkuvalle lämmölle TPU:n alueen yläpuolella, erittäin pehmeille tiivisteille ja monille implantti- tai korkealämpötilaisia lääkinnällisille sovelluksille.

Valitse eetteri-TPU yli esteri-TPU:n kun osa altistuu vedelle, kosteudelle, höyrypesulla tai pitkäaikaiselle märälle palvelulle. Valitse esteri-TPU kuivaan kulumiseen, öljyyn, rasvaan ja moniin teollisuus- tai autoteollisuuden sovelluksiin.

Valitse kovempi TPU (Shore 50D–80D) yli joustavan POM:n tai puolijäykän PP:n kun osan on oltava riittävän jäykkä sijoittuakseen kokoonpanoon mutta silti absorboida iskuja ja palautua elastisesti taipumisen jälkeen.

Kierrätettävyys ja kestävyys

TPU on kestomuovia ja voidaan käsitellä uudelleen, kun se ei ole hajonnut tai saastunut. Jotkin toimittajan ohjeet sallivat uusiomurskeen tasot jopa noin 30 %, mutta kosmeettisissa, lääkinnällisissä, elintarvikekosketus- ja kriittisissä mekaanisissa osissa vaaditaan usein alhaisempia rajoja tai pelkästään neitseellistä materiaalia. Konservatiivinen lähtökohta ei-kriittisille osille on 10–15 % puhdasta, kuivaa saman laadun uusiomurskausta.

Kuluttajajälkeinen TPU-kierrätys on teknisesti mahdollista, mutta vähemmän kehittynyttä kuin PP:n tai HDPE:n kierrätys, koska TPU-osat ovat usein pieniä, värjättyjä, sidottuja muihin materiaaleihin tai vaikeasti tunnistettavia. Uusiutuvan polyolin biopohjaisia TPU-laadut ovat kaupallisesti saatavilla projekteille, jotka voivat hyväksyä niiden sertifioinnin ja suorituskykyrajoitukset.

Lähetä Nordmouldille STEP-tiedostosi, kohdekovuus, kulumisedellytykset, nestealtistus ja mahdolliset elintarvikekosketus- tai lääkinnälliset vaatimukset. Maksuton DFM-tarkistus kattaa kovuuden, eetteri vs. esteri -kemian, kuivausriskin, päästöanalyysin, porttausstrategian ja tarjousreitin. Pyydä tarjous

Usein kysytyt kysymykset

Mikä tekee TPU:sta erilaisen verrattuna muihin joustaville ruiskuvalumateriaaleille?

TPU yhdistää kumimaisen joustavuuden korkeampaan vetolujuuteen, repäisykestävyyteen, kulumiskestävyyteen ja öljynkestävyyteen kuin useimmilla pehmyskosketus-TPE-laaduilla. TPE valitaan yleensä pidon ja tuntuman vuoksi; TPU valitaan, kun osa altistuu kitkalle, toistuvalle taivutukselle, öljykosketukselle tai suuremmalle mekaaniselle kuormitukselle.

Täytyykö TPU kuivata ennen ruiskuvalua?

Kyllä. TPU on hygroskooppinen ja kuivattava ennen prosessointia. Monet TPU-toimittajat vaativat kuivausta alle 0,02 %:n kosteuspitoisuuteen, yleensä noin 90–110 °C:ssa 3–4 tuntia Shore A -laaduille laajuuskohtaisine poikkeuksineen. Märkä TPU voi vaahtoa, roiskua, menettää molekyylipainoa ja valua heikommiksi osiksi.

Mitä Shore-kovuuslaatuja TPU on saatavilla?

TPU on saatavana noin Shore 60A:sta Shore 80D:hen. Yleinen ruiskuvaluväli on noin Shore 70A–95A; Shore D -laadut soveltuvat puolijäykkiin pyöriin, kiinnikkeisiin ja suojakomponentteihin. Lopullinen kovuus tulee valita kyseisen hartsin datalehdeltä ja prototyyppitestistä.

Voidaanko TPU ylimuovata jäykille muoveille?

Kyllä, mutta sidos on suunniteltava huolellisesti. TPU voidaan ylimuovata alustoille, kuten ABS, PC ja nylon, kun laatu on yhteensopiva. POM ja jotkut matalaenergiamuovit ovat hankalia ja vaativat yleensä mekaanisia lukkiutumia. Nordmould voi tarkistaa sidosstrategian DFM-tarkistuksen aikana; lopullinen adheesio vahvistetaan valitussa hartsipaarissa.

Soveltuuko TPU elintarvikekosketus- tai lääkinnällisiin sovelluksiin?

Elintarvikekosketus- ja lääkintälähtöisiä TPU-laadut on saatavilla, mutta vaatimustenmukaisuus on laajuuskohtaista. Lääkinnälliset projektit vaativat yleensä dokumentoidun ISO 10993 -arvioinnin tai vastaavan. Elintarvikekosketusprojektit tarvitsevat oikean FDA-, EU 10/2011- tai muun markkina-kohtaisen luokituksen hartsin toimittajalta.

Mikä on pienin tilausmäärä TPU-osille Nordmouldilla?

TPU-ruiskuvalu on saatavana 100 kappaleesta alkaen. Muotinvalmistus alkaa 3 000 eurosta. TPU-hartsi on kalliimpaa kilogrammalta kuin PP tai ABS, joten liiketoimintaperuste on yleensä erillisten kumiosien välttäminen, kulumisiän parantaminen tai kokoonpanon yksinkertaistaminen.

Miten TPU vertautuu PU-valuun (polyuretaanivalu) prototyyppauksessa?

Valettu PU sopii prototyypeille ja hyvin pienille erille ilman kovaa muottia. Se on kaksikomponenttinen termoset-prosessi, joten osat eivät ole identtisiä ruiskuvaletun TPU:n kanssa. Bridge-muottivalmistus tuottaa tuotantoa edustavia TPU-osia, kun volyymit perustelevat muottivalmistuksen — tyypillisesti 100 kappaleesta alkaen.