Formsprutning av TPU: Materialguide för termoplastisk polyuretan
Termoplastisk polyuretan (TPU) är den flexibla plasten att överväga när en mjuk detalj också måste motstå nötning, rivning, olja, fett och upprepade rörelser. Det är svårare att bearbeta än många TPE-kvaliteter, men den extra kontrollen lönar sig i hjul, tätningar, kabelavlastningar, skyddsdetaljer och medicinska eller bärbara komponenter.
Nordmould kan offerera TPU-detaljer från 100 detaljer med eterbaserade, esterbaserade, alifatiska, flamskyddade, livsmedelskontakt- eller medicinska kvaliteter när projektkraven motiverar det.
Mekaniska och termiska egenskaper för TPU
TPU-egenskaper förändras med hårdhet, kemi, tillsatser, torkning och efterbehandling. Värdena nedan är representativa för formspruttade kvaliteter; använd hartslevarantörens datablad för den exakta kvaliteten.
| Egenskap | TPU Shore 75A | TPU Shore 87A | TPU Shore 95A | TPU Shore 55D |
|---|---|---|---|---|
| Draghållfasthet | 25–40 MPa | 30–50 MPa | 40–60 MPa | 40–60 MPa |
| Brottförlängning | 500–800% | 400–650% | 300–550% | 200–400% |
| Rivningsbeständighet | 60–100 kN/m | 80–130 kN/m | 100–160 kN/m | 120–180 kN/m |
| Kompressionsset (22–24 h / 70°C) | 20–45% | 15–35% | 15–30% | 10–25% |
| Nötningsbeständighet (DIN / ISO 4649) | 40–90 mm³ | 25–70 mm³ | 20–60 mm³ | 15–50 mm³ |
| Värmedeflektionstemperatur (0,45 MPa) | 55–70°C | 65–80°C | 75–90°C | 85–105°C |
| Kontinuerlig drifttemperatur | −40 till 80°C | −40 till 90°C | −40 till 100°C | −40 till 110°C |
| Vattenabsorption (24 h) | 0,5–2,0% | 0,4–1,5% | 0,3–1,2% | 0,2–0,8% |
| Densitet | 1,10–1,22 g/cm³ | 1,12–1,24 g/cm³ | 1,14–1,25 g/cm³ | 1,18–1,28 g/cm³ |
Eterbaserat TPU ger bättre hydrolysbständighet, mikrobiell beständighet och lågtempera-flexibilitet. Esterbaserat TPU ger vanligtvis bättre olje-, fett-, nötnings- och rivningsprestanda, men är mer sårbart i varm, blöt drift. Alifatiskt TPU används där icke-gulnande UV-stabilitet är viktigt. Rätt val följer driftsmiljön, inte materialnamnet.
Typiska tillämpningar för TPU-formsprutning
TPU används där vanlig mjukgrepps-TPE skulle slitas ut, spricka, svälla eller ta för mycket permanent set.
Industri och fordon: Industrihjul, valsar, transportörskrapar, impellerfoder, tätningar, bälgar, dammskydd och slanganslutningar använder TPU eftersom det kombinerar elastisk återhämtning med nötnings- och oljebständighet. Ester-TPU är vanligt i torra nötnings- eller oljiga miljöer; eter-TPU är säkrare där vatten, fukt eller hydrolys är en risk.
Elektronik och kabelskydd: Kabelhöljen, avlastningboots, flexibla kanaländar, robusta fodral och bärbara höljen använder TPU för böjlivslängd och seghet. Flamskyddade kvaliteter finns för elektronik, men exakt UL-klassificering och väggtjocklek måste bekräftas på förproduktdatabladet.
Medicinsk och hälsovård: Eterbaserade TPU-kvaliteter används för slangar, kateterkomponenter, bärbara sensorhöljen, ortopedetaljer, sårbehandlingskomponenter och mjuka medicinska greppar. Medicinsk lämplighet beror på kvalitetens biologiska utvärdering, steriliseringsmetod, extraherbara/utlasbara risker och köparens regleringsunderlag.
Skodon: Sutor, dubbar, stövelekomponenter, skidpjäxdelar och nötningsskydd använder TPU för studs, nötningsbeständighet, färgsättbarhet och lågtempera-seghet.
Sport- och säkerhetsutrustning: Skyddsdetaljer, benskydd, glasögonramar, hjälmdetaljer och stötabsorberande konsolar använder hårdare TPU-kvaliteter där en detalj måste böja sig, ta emot stöt och återhämta sig utan att spricka.
Hur bearbetas TPU vid formsprutning?
TPU kräver mer disciplin än PP, ABS eller många styrenbaserade TPE:er. Fuktkontroll, uppehållstid, skjuvning och smälttemperatur påverkar direkt ytfinish och mekanisk hållfasthet.
| Processparameter | Eter-TPU (Shore 80A) | Ester-TPU (Shore 95A) | Hårt TPU (Shore 60D) |
|---|---|---|---|
| Smälttemperatur | 190–220°C | 200–230°C | 215–240°C |
| Formtemperatur | 20–50°C | 30–60°C | 30–70°C |
| Insprutningstryck | 50–100 MPa | 60–110 MPa | 70–120 MPa |
| Krympning | 0,5–1,8% | 0,5–1,5% | 0,4–1,2% |
| Rekommenderad formvinkel | ≥2° per sida | ≥2° per sida | ≥1° per sida |
Torkning är icke-förhandlingsbar: TPU absorberar fukt snabbt. Många leverantörer kräver torkning till under 0,02% fukt innan bearbetning. Typisk torkning för Shore A-TPU är runt 90–110°C i 3–4 timmar i torr luft, medan alifatiska och specialkvaliteter kan behöva lägre temperaturer. Använd leverantörens torktabell, inte en generisk inställning.
Uppehållstid: TPU kan degraderas när det hålls varmt för länge. Korrekt dimensionerad cylinder, korta avbrott och rensning vid stopp minskar gulning, bubblor, lukt, silverstråk och förlust av draghållfasthet. En uppehållstid på 4–6 minuter är en användbar utgångspunkt, men det säkra fönstret beror på kvalitet och smälttemperatur.
Sänkning och skevning: TPU-krympningen är måttlig, men tjocka mjuka sektioner kyls fortfarande långsamt. Håll väggar brett enhetliga, använd revben istället för fasta massor och undvik plötsliga övergångar. Ett praktiskt väggtjockleksintervall är 1,5–5,0 mm, med tjockare sektioner kontrollerade för sänkning, tomrum och lång cykeltid.
Angjutningsdesign: stift-, ubåts-, tunnel- och fangjutangar kan alla fungera. Transparent, medicinsk eller kosmetisk TPU drar ofta nytta av en fan- eller kantangjutare som minskar skjuvmärken. Kalla pluggar och löpabalansen spelar roll eftersom avkylt material kan lämna svaga punkter eller kosmetiska defekter.
Tillgängliga TPU-kvaliteter och varianter
| Kvalitet | Nyckelfunktion | Typisk tillämpning |
|---|---|---|
| Eterbaserad, Shore 80A | Mjuk, hydrolysbständig | Medicinska tätningar, blöta flexibla detaljer |
| Eterbaserad, Shore 95A | Seg, balanserad flexibel kvalitet | Kabelavlastningar, sportprodukter |
| Esterbaserad, Shore 85A | Olje-, fett- och nötningsbeständig | Fordonstack, industriella slangdelar |
| Esterbaserad, Shore 55D | Halvhård, hög hållfasthet | Hjul, konsolar, stötdelar |
| Flamskyddad TPU | Brandprestanda för specificerad väggtjocklek | Kabelhantering, elektronikhöljen |
| Medicinsk TPU | Dokumentationspaket för sjukvårdsanvändning | Slangar, bärbara sensorer, enhetskomponenter |
| Transparent TPU | Klarhet med flexibilitet | Skärmskydd, fönster, indikatorsdelar |
| Alifatisk TPU | Bättre färgstabilitet utomhus | Ljusfärgade utomhus- och bärbara detaljer |
Specialtpu-föreningar, inklusive elektriskt dissipativa, glasfyllda, kolfyllda, kemikaliebeständiga och biobaserade kvaliteter, kan offereras där designen kräver dem. Tillgänglighet och certifieringsomfattning bör bekräftas innan ritningen låses.
Fördelar och begränsningar med TPU
Fördelar:
- Hög nötningsbeständighet bland formspruttade flexibla plastmaterial
- Högre drag- och rivningshållfasthet än de flesta mjukgrepps-TPE-kvaliteter
- God olje-, fett- och bränslebständighet i lämpliga esterbaserade kvaliteter
- Användbar lågtempera-flexibilitet, ofta ned till runt −40°C
- Brett hårdhetsspann, från mjuka Shore A-kvaliteter till halvstela Shore D-kvaliteter
- Transparenta, flamskyddade, livsmedelskontakt, medicinska och alifatiska alternativ finns tillgängliga
- Termoplastisk bearbetning möjliggör återmaltningsanvändning när kvalitetskrav tillåter
Begränsningar:
- Hygroskopisk; dålig torkning orsakar silverstråk, bubblor och mekanisk förlust
- Dyrare per kilogram än PP, ABS eller råvaruplast-TPE
- Esterbaserade kvaliteter kan hydrolyseras i varma, blöta miljöer
- Bearbetningsfönstret är snävare än många TPE-kvaliteter
- Kontinuerlig drift över 110–120°C är begränsad för de flesta kvaliteter
- Kemisk adhesion vid övermoulding är inte automatisk; mekaniska förankringar behövs ofta
När ska du välja TPU framför alternativa material?
Välj TPU framför TPE när nötning, rivningshållfasthet, oljebständighet eller draghållfasthet är ett primärt krav. TPU är vanligtvis det bättre valet för hjul, skraplippar, kabelboots, skyddslock och tätningar som exponeras för fett eller upprepad böjning.
Välj TPU framför silikon när detaljen kan köras inom TPU:s temperaturintervall och behöver termoplastisk bearbetning, färg, nötningsbeständighet eller integration i en styv plastsammansättning. Silikon är fortfarande starkare för ihållande värme över TPU:s intervall, mycket mjuka tätningar och många implantat- eller högtempera-medicinska tillämpningar.
Välj eter-TPU framför ester-TPU när detaljen exponeras för vatten, fukt, ångstädning eller lång blöt drift. Välj ester-TPU för torr nötning, olja, fett och många industri- eller fordonstillämpningar.
Välj hårdare TPU (Shore 50D–80D) framför flexibel POM eller halvhård PP när detaljen måste vara tillräckligt styv för att passa in i en sammansättning men ändå absorbera stöt och återgå elastiskt efter böjning.
Återvinningsbarhet och hållbarhet
TPU är termoplastiskt och kan bearbetas om när det inte har degraderats eller kontaminerats. En del leverantörsvägledning tillåter återmaltningsnivåer upp till cirka 30%, men kosmetiska, medicinska, livsmedelskontakt- och kritiska mekaniska detaljer kräver ofta lägre gränser eller jungfruligt material. En konservativ utgångspunkt för icke-kritiska detaljer är 10–15% rent, torrt återmaltmaterial av samma kvalitet.
Post-konsument TPU-återvinning är tekniskt möjlig men mindre mogen än PP- eller HDPE-återvinning eftersom TPU-detaljer ofta är små, färgade, bundna till andra material eller svåra att identifiera. Kemiska återvinningsvägar för polyuretan är under utveckling och används i vissa industriella strömmar, men de bör inte antas tillgängliga för en specifik formsprutnadsdetaljsavfallsström. Biobaserade TPU-kvaliteter med förnybart polyolinnehåll är kommersiellt tillgängliga för projekt som kan acceptera deras certifierings- och prestationsbegränsningar.
Skicka Nordmould din STEP-fil, målhårdheten, nötningsförhållanden, vätskeexponering och eventuella krav på livsmedelskontakt eller medicinsk användning. En kostnadsfri DFM-analys kan täcka hårdhet, eter kontra esterkemi, torkningsrisker, formvinkel, angjutningsstrategi och offerteringsvägen. Begär offert.