TPU sprøytestøping: praktisk guide til termoplastisk polyuretan
Termoplastisk polyuretan (TPU) er den fleksible plasttypen du bør vurdere når en myk del også må motstå slitasje, riving, olje, fett og gjentatt bevegelse. Det er vanskeligere å bearbeide enn mange TPE-kvaliteter, men den ekstra kontrollen lønner seg i hjul, tetninger, kabelstrekklettere, beskyttelsesdeler og medisinske eller bærbare komponenter.
Nordmould kan tilby TPU-deler fra 100 stykker, ved bruk av eter-baserte, ester-baserte, alifatiske, flammehemmende, matvarekontakt- eller medisinske kvaliteter når prosjektkravene rettferdiggjør dem.
Hva er de mekaniske og termiske egenskapene til TPU?
TPU-egenskaper endres med hardhet, kjemi, tilsetningsstoffer, tørking og etterbehandling. Verdiene nedenfor er representative for sprøytestøpingskvaliteter; bruk granulatprodusentens datablad for den eksakte kvaliteten.
| Egenskap | TPU Shore 75A | TPU Shore 87A | TPU Shore 95A | TPU Shore 55D |
|---|---|---|---|---|
| Strekkstyrke | 25–40 MPa | 30–50 MPa | 40–60 MPa | 40–60 MPa |
| Forlengelse ved brudd | 500–800 % | 400–650 % | 300–550 % | 200–400 % |
| Rivebestandighet | 60–100 kN/m | 80–130 kN/m | 100–160 kN/m | 120–180 kN/m |
| Kompresjonssett (22–24 t / 70 °C) | 20–45 % | 15–35 % | 15–30 % | 10–25 % |
| Slitemotstand (DIN / ISO 4649) | 40–90 mm³ | 25–70 mm³ | 20–60 mm³ | 15–50 mm³ |
| Varmedeformasjonstemperatur (0,45 MPa) | 55–70 °C | 65–80 °C | 75–90 °C | 85–105 °C |
| Kontinuerlig driftstemperatur | -40 til 80 °C | -40 til 90 °C | -40 til 100 °C | -40 til 110 °C |
| Vannopptak (24 t) | 0,5–2,0 % | 0,4–1,5 % | 0,3–1,2 % | 0,2–0,8 % |
| Tetthet | 1,10–1,22 g/cm³ | 1,12–1,24 g/cm³ | 1,14–1,25 g/cm³ | 1,18–1,28 g/cm³ |
Eterbasert TPU gir bedre hydrolysebestandighet, mikrobiell bestandighet og lavtemperaturfleksibilitet. Esterbasert TPU gir vanligvis bedre olje-, fett-, slite- og riveytelse, men er mer sårbar i varm, våt bruk. Alifatisk TPU brukes der ikke-gulnende UV-stabilitet er viktig. Riktig valg følger bruksmiljøet, ikke materialnavnet.
Hva er typiske applikasjoner for TPU sprøytestøping?
TPU brukes der vanlig myk-touch TPE ville slites ut, sprekke, svelle eller ta for mye permanent sett.
Industri og bil: Industrielle hjul, valser, transportbånd-skrapere, impellerfôringer, tetninger, balger, støvhetter og slangekoblinger bruker TPU fordi det kombinerer elastisk gjenvinning med slite- og oljemotstand. Ester-TPU er vanlig i tørre slitasjemiljøer eller oljemiljøer; eter-TPU er sikrere der vann, fuktighet eller hydrolyse er en risiko.
Elektronikk og kabelbeskyttelse: Kabeldeksler, strekkletter, fleksible ledningsender, robuste hus og bærbare hus bruker TPU for fleksibel levetid og seighet. Flammehemmende kvaliteter er tilgjengelige for elektronikk, men den eksakte UL-klassifiseringen og veggtykkelsen må bekreftes på sammensettingsdatabladet.
Medisinsk og helsevesen: Eterbaserte TPU-kvaliteter brukes til rør, kateterkomponenter, bærbare sensorhus, ortopediske deler, sårpleiekomponenter og myke medisinske gripper. Medisinsk egnethet avhenger av kvalitetens biologiske evaluering, steriliseringsmetode, ekstraherbare/lekkerbare risiko og kjøperens regulatoriske fil.
Skotøy: Yttersåler, pigger, støvlekomponenter, ski-støveldeler og slitasje-voktere bruker TPU for sprett, slitemotstand, fargestyrbarhet og lavtemperaturseighet.
Sports- og sikkerhetsutstyr: Beskyttende puter, leggskinn, brillerammer, hjelmedetaljer og slagabsorberende braketter bruker hardere TPU-kvaliteter der en del må bøye seg, ta støt og gjenvinne form uten å sprekke.
Hvordan bearbeides TPU i sprøytestøping?
TPU trenger mer disiplin enn PP, ABS eller mange styreniske TPE-er. Fuktighetskontroll, oppholdstid, skjær og smeltetemperatur har direkte innvirkning på overflatebehandling og mekanisk styrke.
| Prosessparameter | Eter-TPU (Shore 80A) | Ester-TPU (Shore 95A) | Hardt TPU (Shore 60D) |
|---|---|---|---|
| Smeltetemperatur | 190–220 °C | 200–230 °C | 215–240 °C |
| Formtemperatur | 20–50 °C | 30–60 °C | 30–70 °C |
| Injeksjonstrykk | 50–100 MPa | 60–110 MPa | 70–120 MPa |
| Krymping | 0,5–1,8 % | 0,5–1,5 % | 0,4–1,2 % |
| Anbefalt avformingsvinkel | ≥ 2° per side | ≥ 2° per side | ≥ 1° per side |
Tørking er ikke valgfritt: TPU absorberer fuktighet raskt. Mange leverandører krever tørking til under 0,02% fuktighet før bearbeiding. Typisk tørking for Shore A-TPU er rundt 90–110°C i 3–4 timer i tørr luft, mens alifatiske og spesialkvaliteter kan kreve lavere temperaturer. Bruk leverandørens tørketabell, ikke en generisk innstilling.
Oppholdstid: TPU kan brytes ned når det holdes varmt for lenge. En korrekt dimensjonert sylinder, korte avbrudd og rensing under stopp reduserer gulning, bobler, lukt, striper og tap av strekkstyrke. Et mål på 4–6 minutters oppholdstid er et nyttig startpunkt, men det sikre vinduet avhenger av kvalitet og smeltetemperatur.
Synk og varp: TPU-krymping er moderat, men tykke myke seksjoner kjøles fortsatt sakte. Hold vegger bredt uniformt, bruk ribber fremfor solide masser og unngå brå overganger. Et praktisk veggspenn er 1,5–5,0 mm, med tykkere seksjoner sjekket for synk, hull og lang syklustid.
Innspøytingskanaldesign: pinne-, ubåt-, tunnel- og vifte-innspøytingskanaler kan alle fungere. Transparent, medisinsk eller kosmetisk TPU drar ofte nytte av en vifte- eller kantinnspøytingskanal som reduserer skjærmerker. Kalde plugger og løperbalanse er viktig fordi avkjølt materiale kan etterlate svake punkter eller kosmetiske defekter.
Hvilke kvaliteter og varianter av TPU er tilgjengelige?
| Kvalitet | Nøkkelegenskaper | Typisk brukstilfelle |
|---|---|---|
| Eterbasert, Shore 80A | Myk, hydrolysebestandig | Medisinske tetninger, vådttjeneste fleksible deler |
| Eterbasert, Shore 95A | Seig, balansert fleksibel kvalitet | Kabelstrekklettere, sportsvarer |
| Esterbasert, Shore 85A | Olje-, fett- og slitemotstand | Biltetninger, industrielle slangedeler |
| Esterbasert, Shore 55D | Semi-rigid, høy styrke | Hjul, braketter, slagdeler |
| Flammehemmende TPU | Brannytelse for spesifisert veggtykkelse | Kabelforvaltning, elektronikkhus |
| Medisinsk-orientert TPU | Dokumentasjonspakke for helsebruk | Rør, bærbare sensorer, utstyrskomponenter |
| Transparent TPU | Klarhet med fleksibilitet | Skjermvern, vinduer, indikatordeler |
| Alifatisk TPU | Bedre fargestabilitet utendørs | Lyse fargede utendørs- og bærbare deler |
Spesialiserte TPU-blandinger, inkludert elektrisk dissipative, glassfylte, karbonfylte, kjemikaliebestandige og biobaserte kvaliteter, kan tilbys der designet krever dem. Tilgjengelighet og sertifiseringsomfang bør bekreftes før tegningen låses.
Hva er fordelene og begrensningene ved TPU?
Fordeler:
- Høy slitemotstand blant sprøytestøpbare fleksible plasttyper
- Høyere strekkstyrke og riveseighet enn de fleste myk-touch TPE-kvaliteter
- God olje-, fett- og drivstoffmotstand i egnede esterbaserte kvaliteter
- Nyttig lavtemperaturfleksibilitet, ofte ned til rundt -40°C
- Bredt hardhetsspektrum, fra myke Shore A-kvaliteter til semi-rigide Shore D-kvaliteter
- Transparente, flammehemmende, matvarekontakt-, medisinske og alifatiske alternativer er tilgjengelige
- Termoplastbearbeiding tillater bruk av omalt materiale når kvalitetskravene tillater det
Begrensninger:
- Hygroskopisk; dårlig tørking forårsaker striper, bobler og mekaniske tap
- Dyrere per kilogram enn PP, ABS eller standard TPE
- Esterbaserte kvaliteter kan hydrolysere i varm, våt bruk
- Prosessvinduet er smalere enn mange TPE-kvaliteter
- Kontinuerlig bruk over 110–120°C er begrenset for de fleste kvaliteter
- Kjemisk adhesjon i overstøping er ikke automatisk; mekaniske låser er ofte nødvendig
Når bør du velge TPU fremfor alternative materialer?
Velg TPU fremfor TPE når slitasje, riveseighet, oljemotstand eller strekkstyrke er et primærkrav. TPU er vanligvis det bedre valget for hjul, skrapelepper, kabelboots, beskyttelsesdeksler og tetninger utsatt for fett eller gjentatt bøying.
Velg TPU fremfor silikon når delen kan kjøre innenfor TPUs temperaturområde og trenger termoplastbearbeiding, farge, slitemotstand eller integrering i en rigid-plastmontering. Silikon er fortsatt sterkere for vedvarende varme over TPUs område, svært myke tetninger og mange implantat- eller høytemperatur-medisinske applikasjoner.
Velg eter-TPU fremfor ester-TPU når delen eksponeres for vann, fuktighet, damprengjøring eller lang vådttjeneste. Velg ester-TPU for tørr slitasje, olje, fett og mange industri- eller bilapplikasjoner.
Velg hardere TPU (Shore 50D–80D) fremfor fleksibel POM eller semi-rigid PP når delen må være stiv nok til å lokalisere seg i en montering, men fortsatt absorbere støt og gjenvinne form elastisk etter defleksjon.
Resirkulerbarhet og bærekraft
TPU er termoplastisk og kan bearbeides på nytt når det ikke er degradert eller forurenset. Noen leverandørveiledninger tillater omalt materiale på opptil rundt 30%, men kosmetiske, medisinske, matvarekontakt- og kritiske mekaniske deler krever ofte lavere grenser eller jomfruelig-kun materiale. Et konservativt startpunkt for ikke-kritiske deler er 10–15% rent, tørket omalt materiale av samme kvalitet.
Post-consumer TPU-resirkulering er teknisk mulig, men mindre moden enn PP- eller HDPE-resirkulering fordi TPU-deler ofte er små, fargede, bundet til andre materialer eller vanskelige å identifisere. Kjemiske resirkuleringsveger for polyuretan er under utvikling og brukes i noen industrielle strømmer, men bør ikke antas tilgjengelig for en spesifikk støpt-del-avfallsstrøm. Biobaserte TPU-kvaliteter med fornybart polyolinnhold er kommersielt tilgjengelige for prosjekter som kan akseptere deres sertifiserings- og ytelsesgrenser.
Send Nordmould STEP-filen din, målhardhet, sliteforhold, væskeeksponering og eventuelle matvarekontakt- eller medisinske krav. En gratis DFM-gjennomgang kan dekke hardhet, eter versus ester-kjemi, tørkerisiko, avformingsvinkel, innspøytingskanalstrategi og tilbudsruten.
Ofte stilte spørsmål
Hva skiller TPU fra andre fleksible sprøytestøpingsmaterialer?
TPU kombinerer gummiaktig fleksibilitet med høyere strekkstyrke, rivebestandighet, slitemotstand og oljemotstand enn de fleste myk-touch TPE-kvaliteter. TPE velges vanligvis for grep og følelse; TPU velges når delen utsettes for friksjon, gjentatt bøying, oljeeksponering eller høyere mekanisk belastning.
Må TPU tørkes før sprøytestøping?
Ja. TPU er hygroskopisk og bør tørkes før bearbeiding. Mange TPU-leverandører spesifiserer tørking til under 0,02% fuktighet, vanligvis rundt 90–110°C i 3–4 timer for Shore A-kvaliteter, med kvalitetsspesifikke unntak. Vått TPU kan skumme, stripe, miste molekylvekt og støpe seg til svakere deler.
Hvilke Shore-hardhetskvaliteter av TPU er tilgjengelige?
TPU er tilgjengelig fra omtrent Shore 60A til Shore 80D. Det vanlige sprøytestøpingsområdet er rundt Shore 70A–95A, med Shore D-kvaliteter brukt til semi-rigide hjul, braketter og beskyttelseskomponenter. Den endelige hardheten bør velges fra et spesifikt granulat-datablad og prototyptest.
Kan TPU overstøpes på rigide plasttyper?
Ja, men bindingen må designes. TPU kan overstøpes på substrater som ABS, PC og nylon når kvaliteten er kompatibel. POM og noen lavenergi-plasttyper er vanskelige og trenger vanligvis mekaniske låser. Nordmould kan gjennomgå bindingsstrategi under DFM, med endelig adhesjon bekreftet på det valgte granulatparet.
Er TPU egnet for matvarekontakt eller medisinske applikasjoner?
Matvarekontakt og medisinske TPU-kvaliteter er tilgjengelige, men samsvar er kvalitetsspesifikt. Medisinske prosjekter krever vanligvis dokumentert ISO 10993 eller tilsvarende biologisk evaluering for den endelige bruken. Matvarekontaktprosjekter trenger riktig FDA-, EU 10/2011- eller annen markedsspesifikk deklarasjon fra granulatprodusenten.
Hva er minimumsordreantallet for TPU-deler hos Nordmould?
TPU sprøytestøping er tilgjengelig fra 100 stykker. Verktøy starter fra €3 000. TPU-granulat er dyrere enn PP eller ABS, så forretningscaset avhenger vanligvis av å unngå separate gummideler, forbedre slitelevetid eller forenkle montering.
Hvordan sammenlignes TPU med PU-støping (polyuretan-støping) for prototyping?
Støpt PU er nyttig for prototyper og svært små satser uten hardt verktøy. Det er en tokomponent-termoset-prosess, så delene er ikke identiske med sprøytestøpt TPU. Bridge-verktøy kan lage produksjonsrepresentative TPU-deler når mengdene rettferdiggjør verktøy, typisk fra 100 stykker.