TPU Plastic | Materiaalreeks voor Productontwerp

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is een veelzijdig materiaal dat bekend staat om de gunstige eigenschappen van zowel kunststoffen als rubbers. De unieke samenstelling biedt uitzonderlijke flexibiliteit, duurzaamheid en veerkracht, waardoor het geschikt is voor diverse toepassingen in verschillende industrieën. Deze gids geeft een gedetailleerd overzicht van TPU kunststof, de eigenschappen, toepassingen, verwerkingsmethoden en mogelijke aanpassingen voor ontwerp- en productiebehoeften.

Wat is Thermoplastisch Polyurethaan (TPU)?

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is een smeltbaar thermoplastisch elastomeer dat bekend staat om zijn hoge duurzaamheid en flexibiliteit. Het combineert de eigenschappen van kunststof en rubber en biedt verschillende combinaties van fysische en chemische eigenschappen die het geschikt maken voor veeleisende toepassingen.

Eigenschappen van TPU

Soorten TPU Plastic

TPU-materiaal kan worden onderverdeeld in verschillende soorten op basis van de chemische samenstelling en beoogde toepassingen. De drie belangrijkste soorten TPU kunststof zijn:

TPU op basis van polyether

• Eigenschappen: TPU's op basis van polyether bieden uitstekende flexibiliteit bij lage temperaturen, weerstand tegen hydrolyse en microbiële weerstand. Ze hebben een lager soortelijk gewicht in vergelijking met TPU's op polyesterbasis.
• Toepassingen: Geschikt voor onderdelen die worden gebruikt in omgevingen met veel vocht en koude temperaturen, zoals medische apparatuur, slangen en buitenapparatuur.

TPU op polyesterbasis

• Eigenschappen: TPU's op polyesterbasis staan bekend om hun uitstekende mechanische eigenschappen, chemische weerstand en duurzaamheid. Ze zijn ook superieur bestand tegen oliën en koolwaterstoffen.
• Toepassingen: Ideaal voor toepassingen die optimale fysische eigenschappen en weerstand tegen olie en chemicaliën vereisen, zoals auto-onderdelen, industriële onderdelen en beschermende coatings.

TPU op basis van polycaprolacton

• Eigenschappen: TPU's op basis van polycaprolacton combineren de taaiheid en weerstand van TPU's op polyesterbasis met prestaties bij lage temperaturen en een hoge weerstand tegen hydrolyse.
• Toepassingen: Ideaal voor hydraulische en pneumatische afdichtingen en toepassingen die meer duurzaamheid en stabiliteit vereisen.

Toepassingen van TPU

De veelzijdigheid van TPU kunststof maakt het geschikt voor een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën. Hier volgen enkele gedetailleerde voorbeelden:

Auto-industrie

• Afdichtingen: TPU-hars biedt robuuste en flexibele afdichtingen die bestand zijn tegen temperatuurschommelingen en chemicaliën, waardoor ze ideaal zijn voor deurafdichtingen, raamafdichtingen en kofferafdichting.
• Automatten: TPU automatten zijn duurzaam, gemakkelijk schoon te maken en bestand tegen slijtage.
• Panelen binnen: Het voelt zacht aan en is perfect voor dashboards, armsteunen en andere onderdelen van het interieur.
• Airbaghoezen: Dit materiaal biedt de nodige flexibiliteit en sterkte om airbags te bedekken, zodat ze veilig en effectief kunnen worden opgeblazen.
• Schokstoflaarzen: Het wordt gebruikt in stoflaarzen voor schokdempers om schokdempers te beschermen tegen vuil en vocht, waardoor hun levensduur wordt verlengd.

Consumentenproducten

• Blenders: TPU-kunststof wordt gebruikt in afdichtingen en pakkingen in blenders om een lekvrije werking te garanderen en flexibiliteit en duurzaamheid te bieden bij draaien met hoge snelheid.
• Telefoonhoesjes: Dit materiaal biedt uitstekende schokbestendigheid en flexibiliteit, waardoor het ideaal is voor beschermende telefoonhoesjes die schokken absorberen en schade voorkomen.

Voedingsmiddelen- en drankenindustrie

• Voedselcontainers: Het wordt gebruikt in afdichtingen en deksels van voedselcontainers vanwege de flexibiliteit, chemische weerstand en het vermogen om luchtdichte afdichtingen te vormen.
• Waterflessen: TPU-hars is een duurzaam en flexibel materiaal voor de deksels en afdichtingen van waterflessen, zodat ze lekvrij zijn en gemakkelijk te openen en te sluiten.

Industriële toepassingen

• Afdichtingen: Het wordt gebruikt in verschillende industriële afdichtingen vanwege zijn bestendigheid tegen chemicaliën, temperatuurschommelingen en mechanische spanning.
• Struiken: TPU-materiaal biedt duurzame en flexibele bussen die schokken en trillingen in industriële machines kunnen absorberen.
• Trillingsisolerende steunen: TPU is ideaal voor trillingsisolerende bevestigingen, die trillingen dempen om lawaai en slijtage in industriële apparatuur te verminderen.

Medische industrie

• Flexibele buizen: TPU materiaal wordt gebruikt in medische slangen vanwege de flexibiliteit, biocompatibiliteit en het vermogen om sterilisatieprocessen te weerstaan.
• Tandpolijstmachines: Het biedt de nodige flexibiliteit en duurzaamheid voor tandpolijsters, zodat ze effectief en veilig in gebruik zijn.
• Zuurstofmaskers: TPU-kunststof wordt gebruikt om zuurstofmaskers te maken vanwege de hypoallergene eigenschappen en flexibiliteit, waardoor het comfortabel zit voor patiënten.

Sportkleding

• Helmen: Het wordt gebruikt voor de vulling van helmen en zorgt voor schokabsorptie en comfort voor de drager.
• Zwemvinnen: Dit materiaal biedt flexibiliteit en duurzaamheid voor zwemvinnen, zodat ze goed presteren in het water zonder te verslechteren.
• Snorkels: TPU-hars wordt gebruikt in snorkels vanwege de flexibiliteit en het vermogen om comfortabele, waterdichte afdichtingen te vormen.
• Schoenzolen: Het biedt flexibiliteit, duurzaamheid en slipweerstand voor schoenzolen en verbetert het comfort en de veiligheid.

Elektronica

• Kabelisolatie: TPU biedt uitstekende elektrische isolatie, flexibiliteit en duurzaamheid, waardoor het ideaal is voor kabelisolatie.
• Stekkers: TPU is een flexibel en duurzaam materiaal voor elektrische stekkers, zodat ze bestand zijn tegen herhaald gebruik en stress.

Producten voor huisdieren

• Speelgoed: TPU wordt gebruikt in speeltjes voor huisdieren vanwege de duurzaamheid, flexibiliteit en veiligheid, waardoor ze geschikt zijn om op te kauwen en mee te spelen.
• Voerbakjes: TPU biedt een anti-slip basis voor voerbakjes en zorgt voor stabiliteit tijdens het voeren.
• Kennels vervoeren: TPU wordt gebruikt in transportkennels vanwege de duurzaamheid, schokbestendigheid en het gemak van schoonmaken.

Elektrisch gereedschap

• Zachte gereedschapshandgrepen: Mensen gebruiken TPU in de handgrepen van elektrisch gereedschap om een comfortabel, antislip oppervlak te bieden dat trillingen absorbeert, vermoeidheid van de gebruiker vermindert en de veiligheid verbetert.

TPU met TPE vergelijken: het verschil

TPU staat bekend om zijn elasticiteit, transparantie en weerstand tegen olie, vet en schuren. Het wordt vaak gebruikt in toepassingen die hoge prestaties, duurzaamheid en flexibiliteit vereisen, zoals schoeisel, auto-onderdelen en medische apparatuur.

Thermoplastische elastomeren (TPE) daarentegen zijn een klasse copolymeren of een fysieke mix van polymeren (meestal een kunststof en een rubber) die de eigenschappen van rubber combineren met de recyclebaarheid en verwerkingsvoordelen van kunststof.

Wat hun verschillen betreft, hebben beide producten verschillende kenmerken, zoals blijkt uit de onderstaande vergelijkingstabel.

Vergelijkingstabel: TPU vs TPE

Tips: Klik voor meer informatie over de verschillen tussen TPU en TPE door naar TPU vs. TPE: Technische toepassingen, eigenschappen en selectiegids.

Verwerkingsmethoden voor TPU

We kunnen TPU kunststof verwerken met behulp van verschillende traditionele en moderne methoden. Een juiste verwerking zorgt ervoor dat TPU de gewenste eigenschappen behoudt en effectief presteert in de beoogde toepassingen.

Spuitgieten

Bij spuitgieten wordt gesmolten TPU in een vormholte gespoten die afkoelt en stolt tot de gewenste vorm.

• Toepassingen: Vaak gebruikt voor het produceren van complexe vormen met nauwe toleranties, zoals handgrepen, pakkingen, kappen en andere ingewikkelde onderdelen.
• Droogvereisten: Zorg ervoor dat het restvochtgehalte ≤ 0,05% is vóór verwerking om broosheid te voorkomen.

Samenpersen

Bij persen wordt TPU-materiaal in een verwarmde mal geplaatst, samengedrukt tot de gewenste vorm en vervolgens afgekoeld.

• Toepassingen: Geschikt voor de productie van grote, dikwandige onderdelen die een hoge duurzaamheid en slagvastheid vereisen.

Blaasgieten

Blaasvormen produceert holle onderdelen door gesmolten TPU op te blazen in een vormholte.

• Toepassingen: Ideaal voor het maken van flessen, containers en andere holle onderdelen die flexibiliteit en sterkte vereisen.

Extrusie

Bij extrusie wordt gesmolten TPU door een matrijs geperst om continue vormen te maken zoals buizen, vellen en profielen.

• Toepassingen: Geschikt voor de productie van grote hoeveelheden uniforme producten, zoals slangen, folies en profielen.
• Droogvereisten: Zorg ervoor dat het restvochtgehalte ≤ 0,02% is vóór verwerking.

Andere verwerkingsmethoden

• Samenstellen: TPU kan worden samengesteld tot robuuste kunststof gietstukken of worden verwerkt met organische oplosmiddelen tot gelamineerd textiel, beschermende coatings of functionele kleefstoffen.
• 3D-printen: TPU filamenten zijn compatibel met 3D printtechnieken zoals FDM (Fused Deposition Modeling) en SLS (Selective Laser Sintering), waardoor flexibele onderdelen met complexe geometrieën gemaakt kunnen worden.

Aanpassingen van TPU

TPU kan worden aangepast om de eigenschappen en geschiktheid voor specifieke toepassingen te verbeteren. Deze aanpassingen omvatten het mengen met andere materialen, het toevoegen van verschillende additieven en het toepassen van verschillende verwerkingstechnieken.

Mengen met andere materialen

• TPU mengen met polyether en polyester: Door TPU te combineren met polyether en polyester kunnen de eigenschappen voor specifieke toepassingen worden verbeterd. TPU op basis van polyether staat bekend om zijn flexibiliteit bij lage temperaturen en weerstand tegen hydrolyse, waardoor het geschikt is voor omgevingen met veel vocht. TPU op polyesterbasis biedt een superieure weerstand tegen oliën en koolwaterstoffen, ideaal voor toepassingen die chemische weerstand vereisen.
• Polycarbonaatdiolen (PCD's): PCD's produceren TPU's met superieure prestatiekenmerken, zoals extreme duurzaamheid, hogere chemische weerstand, verbeterde hydrolytische stabiliteit, grotere thermische weerstand, betere slijtvastheid en superieure mechanische eigenschappen.

Toevoegingen

• Versterkt TPU: Wanneer TPU wordt gemengd met glas of minerale vulstoffen/vezels, wordt het een structureel technisch polymeer met verbeterde slijtvastheid, hoge slagvastheid, goede brandstofbestendigheid en hoge vloei-eigenschappen.
• UV-stabilisatoren en antioxidanten: Deze additieven beschermen TPU tegen degradatie door blootstelling aan UV-straling en oxidatie, waardoor de levensduur van producten die buiten of bij hoge temperaturen worden gebruikt, wordt verlengd.
• Vlamvertragers: Door vlamvertragers toe te voegen aan TPU wordt de brandwerendheid verbeterd, waardoor het geschikt wordt voor kabelomhulsels en andere toepassingen waarbij vlamwerendheid cruciaal is.

Ontwerprichtlijnen voor TPU onderdelen

TPU onderdelen ontwerpen voor SLS productie

Selective Laser Sintering (SLS) is een additief fabricageproces waarbij poedervormig materiaal (zoals TPU-poeder) laag voor laag wordt versmolten met behulp van een laser. Het kan complexe geometrieën produceren zonder ondersteunende structuren, waardoor het geschikt is voor verschillende industriële toepassingen.

Voor het ontwerpen van TPU onderdelen die gebruikt worden voor fabricage met SLS technologie, is het belangrijk om te overwegen:

Minimale wanddikte

TPU-poeder (SLS) vereist een minimale wanddikte van 1,5 mm om structurele integriteit en flexibiliteit te garanderen. Een wanddikte van 3 mm verhoogt de stijfheid die nodig is voor specifieke toepassingen.

Minimale grootte

• Ontwerpelementen mogen niet kleiner zijn dan 0,5 mm voor een nauwkeurige reproductie tijdens het afdrukken.
• Voor de zichtbaarheid en duurzaamheid moeten gegraveerde of in reliëf aangebrachte details minstens 1,5 mm hoog en breed zijn.

Complex ontwerp en assemblage

• Maak gebruik van het vermogen van de SLS-technologie om ingewikkelde, gesloten en in elkaar grijpende onderdelen te maken zonder dat afzonderlijke assemblage nodig is.
• Zorg voor een minimale speling van 1 mm tussen de onderdelen om succesvol printen en assembleren te garanderen. Pas de speling aan voor grotere objecten om rekening te houden met de printbeperkingen.

Uitsparingen en ontsnappingsgaten

• Overweeg onderdelen uit te hollen om materiaal te besparen en de printtijd te verkorten.
• Holle onderdelen moeten ontsnappingsgaten bevatten met een diameter van minstens 1,5 mm om poederverwijdering na het printen te vergemakkelijken.

TPU onderdelen ontwerpen voor FDM productie

Fused Deposition Modeling (FDM) is een additief productieproces waarbij een continu thermoplastisch filament (zoals TPU filament) wordt verhit en laag voor laag door een spuitmond wordt geëxtrudeerd om het gewenste object te maken.

Vanwege de toegankelijkheid en kosteneffectiviteit wordt het veel gebruikt voor prototyping en kleinschalige productie.

Hieronder staan de belangrijkste overwegingen voor het effectief ontwerpen van TPU onderdelen voor productie met FDM technologie.

Minimale wanddikte

TPU filament (FDM) onderdelen moeten een minimale wanddikte van 1,5 mm hebben om structurele integriteit te garanderen en kromtrekken tijdens het printen te voorkomen.

Minimale grootte

• Features in TPU FDM ontwerpen mogen niet kleiner zijn dan 0,5 mm om nauwkeurig printen en functionaliteit te garanderen.
• In reliëf aangebrachte of gegraveerde details moeten minstens 1,5 mm in hoogte en breedte zijn voor zichtbaarheid en duurzaamheid.

Complex ontwerp en assemblage

• Vereenvoudig ontwerpen voor FDM printen om problemen met laaghechting en materiaalflexibiliteit te minimaliseren.
• Vermijd ingewikkelde in elkaar grijpende ontwerpen vanwege mogelijke beperkingen in de hechtsterkte van de lagen.

Overwegingen bij het afdrukken

• Vereisten voor de printer: Gebruik een extruder met directe aandrijving voor betere controle over flexibel filament. Handhaaf een verwarmde bedtemperatuur van 50 ±10°C. Overweeg een deelkoelventilator die is ingesteld op gemiddeld of hoog.
• Afdruksnelheid: De optimale snelheid ligt tussen 15 en 20 mm/s om een goede laaghechting te garanderen en problemen met het buigen van het filament te minimaliseren.
• Afdruktemperatuur: Extrudeer TPU filamenten bij temperaturen tussen 225-250°C. Hogere temperaturen verbeteren de vloei, maar kunnen de maatnauwkeurigheid beïnvloeden.
• Extrusie-instellingen: Pas de extrusievermenigvuldiger aan om de filamentstroom te regelen en een sterke laaghechting te garanderen.
• Vlotten en rokken: Roosters zijn over het algemeen niet nodig omdat TPU onderdelen nauwelijks kromtrekken. Gebruik in plaats daarvan een rokje om de extruder voor te bereiden en de filamentstroom aan het begin van het printen te garanderen.
• Intrekking: Schakel retractie uit om te voorkomen dat het filament uitrekt en de spuitmond verstopt raakt, wat veelvoorkomende problemen zijn met flexibele TPU filamenten.

Conclusie

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is een materiaal van onschatbare waarde voor ontwerpers en fabrikanten vanwege zijn veelzijdigheid, duurzaamheid en brede scala aan eigenschappen. Door de verschillende soorten TPU, hun eigenschappen en mogelijke aanpassingen te begrijpen, kunnen industrieën weloverwogen beslissingen nemen om de voordelen van TPU in verschillende toepassingen te benutten.

Of het nu gebruikt wordt in auto-onderdelen, medische apparatuur, consumentenproducten of industriële onderdelen, TPU biedt een robuuste en aanpasbare oplossing die voldoet aan de eisen van moderne productie.

Tips: Meer informatie over de andere kunststoffen