Série de materiais plásticos TPU para design de produtos

O poliuretano termoplástico (TPU) é um material versátil conhecido por combinar os atributos favoráveis dos plásticos e das borrachas. A sua composição única oferece uma flexibilidade, durabilidade e resiliência excepcionais, tornando-o adequado para várias aplicações em várias indústrias. Este guia fornece uma visão geral detalhada do plástico TPU, das suas propriedades, aplicações, métodos de processamento e potenciais modificações para as necessidades de conceção e fabrico.

O que é o poliuretano termoplástico (TPU)?

O poliuretano termoplástico (TPU) é um elastómero termoplástico processável por fusão, conhecido pela sua elevada durabilidade e flexibilidade. Combina as características do plástico e da borracha, oferecendo várias combinações de propriedades físicas e químicas que o tornam adequado para aplicações exigentes.

Propriedades do TPU

Tipos de plástico TPU

O material TPU pode ser classificado em vários tipos com base na sua composição química e nas aplicações pretendidas. Os três principais tipos de plástico TPU são:

TPU à base de poliéter

• Propriedades: Os TPU à base de poliéter oferecem uma excelente flexibilidade a baixas temperaturas, resistência à hidrólise e resistência microbiana. Têm uma gravidade específica mais baixa em comparação com os TPU à base de poliéster.
• Aplicações: Adequado para peças utilizadas em ambientes ricos em humidade e com temperaturas frias, tais como dispositivos médicos, mangueiras e equipamento de exterior.

TPU à base de poliéster

• Propriedades: Os TPU à base de poliéster são conhecidos pelas suas excelentes propriedades mecânicas, resistência química e durabilidade. São também extremamente resistentes a óleos e hidrocarbonetos.
• Aplicações: Ideal para aplicações que requerem propriedades físicas óptimas e resistência a óleos e produtos químicos, tais como componentes automóveis, peças industriais e revestimentos de proteção.

TPU à base de policaprolactona

• Propriedades: Os TPUs à base de policaprolactona combinam a dureza e a resistência dos TPUs à base de poliéster com um desempenho a baixas temperaturas e uma elevada resistência à hidrólise.
• Aplicações: Ideal para vedantes hidráulicos e pneumáticos e aplicações que exigem maior durabilidade e estabilidade.

Aplicações do TPU

A versatilidade do plástico TPU torna-o adequado para uma vasta gama de aplicações em vários sectores. Eis alguns exemplos pormenorizados:

Indústria automóvel

• Vedações: A resina TPU proporciona vedantes robustos e flexíveis, resistentes a variações de temperatura e a produtos químicos, tornando-os ideais para vedantes de portas, vedantes de janelas e vedantes de bagageiras.
• Tapetes para automóveis: Os tapetes para automóveis em TPU são duradouros, fáceis de limpar e resistentes ao desgaste.
• Painéis interiores: Oferece um toque suave, perfeito para painéis de instrumentos, apoios de braços e outros componentes interiores.
• Coberturas dos airbags: Este material proporciona a flexibilidade e a resistência necessárias para cobrir os airbags, garantindo uma ativação segura e eficaz.
• Botas de pó de choque: É utilizado em botas de proteção contra o pó de amortecedores para proteger os amortecedores da sujidade e da humidade, prolongando a sua vida útil.

Produtos de consumo

• Varinhas mágicas: O plástico TPU é utilizado em vedantes e juntas nos misturadores para garantir um funcionamento sem fugas e proporcionar flexibilidade e durabilidade sob rotação a alta velocidade.
• Capas para telemóveis: Este material oferece uma excelente resistência ao impacto e flexibilidade, tornando-o ideal para capas de proteção para telemóveis que absorvem choques e evitam danos.

Indústria alimentar e de bebidas

• Recipientes para alimentos: É utilizado em vedantes e tampas de recipientes para alimentos devido à sua flexibilidade, resistência química e capacidade de formar vedantes herméticos.
• Garrafas de água: A resina TPU fornece um material durável e flexível para as tampas e vedantes das garrafas de água, garantindo que são à prova de fugas e fáceis de abrir e fechar.

Aplicações industriais

• Vedações: É utilizado em várias vedações industriais devido à sua resistência aos produtos químicos, às variações de temperatura e ao stress mecânico.
• Arbustos: O material TPU fornece casquilhos duráveis e flexíveis que podem absorver choques e vibrações em maquinaria industrial.
• Suportes de isolamento de vibrações: O TPU é ideal para suportes de isolamento de vibrações, que amortecem as vibrações para reduzir o ruído e o desgaste do equipamento industrial.

Indústria médica

• Tubos flexíveis: O material TPU é utilizado em tubos médicos devido à sua flexibilidade, biocompatibilidade e capacidade de suportar processos de esterilização.
• Polidores dentários: Proporciona a flexibilidade e a durabilidade necessárias para os polidores dentários, garantindo a sua eficácia e segurança de utilização.
• Máscaras de oxigénio: O plástico TPU é utilizado no fabrico de máscaras de oxigénio devido às suas propriedades hipoalergénicas e flexibilidade, proporcionando um ajuste confortável aos pacientes.

Roupa de desporto

• Capacetes: É utilizado para acolchoar capacetes, proporcionando absorção de choques e conforto para o utilizador.
• Barbatanas de natação: Este material oferece flexibilidade e durabilidade às barbatanas de natação, garantindo um bom desempenho na água sem se degradar.
• Snorkels: A resina TPU é utilizada em snorkels pela sua flexibilidade e capacidade de formar vedações confortáveis e estanques.
• Solas de sapatos: Proporciona flexibilidade, durabilidade e resistência ao deslizamento das solas dos sapatos, aumentando o conforto e a segurança.

Eletrónica

• Isolamento do cabo: O TPU oferece um excelente isolamento elétrico, flexibilidade e durabilidade, tornando-o ideal para o isolamento de cabos.
• Tampões: O TPU fornece um material flexível e duradouro para as fichas eléctricas, garantindo que podem suportar a utilização e o stress repetidos.

Produtos para animais de estimação

• Brinquedos: O TPU é utilizado em brinquedos para animais de estimação pela sua durabilidade, flexibilidade e segurança, tornando-os adequados para mastigar e brincar.
• Tigelas de alimentação: O TPU proporciona uma base antiderrapante para as taças de alimentação, garantindo estabilidade durante a alimentação.
• Canis de transporte: O TPU é utilizado nos canis de transporte pela sua durabilidade, resistência ao impacto e facilidade de limpeza.

Ferramentas eléctricas

• Punhos macios para ferramentas: As pessoas utilizam TPU nos punhos das ferramentas eléctricas para proporcionar uma superfície confortável e antiderrapante que absorve as vibrações, reduzindo a fadiga do utilizador e melhorando a segurança.

Comparação entre TPU e TPE: A diferença

O TPU é conhecido pela sua elasticidade, transparência e resistência a óleo, gordura e abrasão. É normalmente utilizado em aplicações que requerem um elevado desempenho, durabilidade e flexibilidade, tais como calçado, peças para automóveis e dispositivos médicos.

Os elastómeros termoplásticos (TPE), por outro lado, são uma classe de copolímeros ou uma mistura física de polímeros (normalmente um plástico e uma borracha) que combinam as características da borracha com as vantagens de reciclagem e processamento dos plásticos.

No que diz respeito às suas diferenças, estes dois produtos têm características distintas, tal como partilhado na tabela de comparação abaixo.

Tabela de comparação: TPU vs TPE

Sugestões: Para mais pormenores sobre as diferenças entre TPU e TPE, clique em TPU vs. TPE: Aplicações de engenharia, propriedades e guia de seleção.

Métodos de processamento para TPU

Podemos processar o plástico TPU utilizando vários métodos tradicionais e modernos. O processamento adequado garante que o TPU mantém as propriedades desejáveis e tem um desempenho eficaz nas aplicações pretendidas.

Moldagem por injeção

A moldagem por injeção envolve a injeção de TPU fundido numa cavidade de molde que arrefece e solidifica na forma pretendida.

• Aplicações: Normalmente utilizado para produzir formas complexas com tolerâncias apertadas, como pegas, juntas, tampas e outras peças complexas.
• Requisitos de secagem: Assegurar que o teor de humidade residual é ≤ 0,05% antes do processamento para evitar fragilidades.

Moldagem por compressão

A moldagem por compressão envolve a colocação de material TPU num molde aquecido, a sua compressão para obter a forma pretendida e, em seguida, o seu arrefecimento.

• Aplicações: Adequado para a produção de peças de grandes dimensões e de paredes espessas que requerem uma elevada durabilidade e resistência ao impacto.

Moldagem por sopro

A moldagem por sopro produz peças ocas através da insuflação de TPU fundido numa cavidade do molde.

• Aplicações: Ideal para o fabrico de garrafas, recipientes e outras peças ocas que exijam flexibilidade e resistência.

Extrusão

A extrusão envolve forçar o TPU fundido através de uma matriz para criar formas contínuas como tubos, folhas e perfis.

• Aplicações: Adequado para o fabrico de grandes quantidades de produtos uniformes, incluindo mangueiras, películas e perfis.
• Requisitos de secagem: Assegurar que o teor de humidade residual é ≤ 0,02% antes do processamento.

Outros métodos de processamento

• Composição: O TPU pode ser composto para criar moldes de plástico robustos ou processado com solventes orgânicos para formar têxteis laminados, revestimentos de proteção ou adesivos funcionais.
• Impressão 3D: Os filamentos TPU são compatíveis com técnicas de impressão 3D como FDM (Fused Deposition Modeling) e SLS (Selective Laser Sintering), permitindo a produção de peças flexíveis com geometrias complexas.

Modificações de TPU

O TPU pode ser modificado para melhorar as suas propriedades e adequação a aplicações específicas. Estas modificações incluem a mistura com outros materiais, a adição de vários aditivos e a utilização de diferentes técnicas de processamento.

Mistura com outros materiais

• Mistura de TPU com poliéter e poliéster: A combinação de TPU com poliéter e poliéster pode melhorar as suas propriedades para aplicações específicas. O TPU à base de poliéter é conhecido pela sua flexibilidade a baixas temperaturas e resistência à hidrólise, o que o torna adequado para ambientes ricos em humidade. O TPU à base de poliéster oferece uma resistência superior a óleos e hidrocarbonetos, ideal para aplicações que requerem resistência química.
• Dióis de policarbonato (PCDs): Os PCDs produzem TPUs com caraterísticas de desempenho superiores, incluindo durabilidade extrema, maior resistência química, estabilidade hidrolítica melhorada, maior resistência térmica, melhor resistência à abrasão e propriedades mecânicas superiores.

Aditivos

• TPU reforçado: Quando misturado com fibras/enchimentos de vidro ou minerais, o TPU torna-se um polímero de engenharia estrutural com maior resistência à abrasão, elevada resistência ao impacto, boa resistência ao combustível e caraterísticas de elevado fluxo.
• Estabilizadores UV e Antioxidantes: Estes aditivos protegem o TPU da degradação devida à exposição aos raios UV e à oxidação, prolongando a vida útil dos produtos utilizados em ambientes exteriores ou a altas temperaturas.
• Retardadores de chama: A adição de retardadores de chama ao TPU melhora a sua resistência ao fogo, tornando-o adequado para revestimentos de cabos e outras aplicações em que a resistência à chama é crucial.

Guia de conceção para peças em TPU

Conceção de peças em TPU para fabrico SLS

A sinterização selectiva a laser (SLS) é um processo de fabrico aditivo no qual o material em pó (como o pó de TPU) é fundido camada a camada utilizando um laser. Pode produzir geometrias complexas sem estruturas de suporte, tornando-o adequado para várias aplicações industriais.

Para a conceção de peças de TPU utilizadas para o fabrico com a tecnologia SLS, é importante ter em conta:

Espessura mínima da parede

O pó de TPU (SLS) requer uma espessura de parede mínima de 1,5 mm para garantir a integridade estrutural e a flexibilidade. O aumento da espessura da parede para 3 mm aumenta a rigidez, conforme necessário para aplicações específicas.

Tamanho mínimo do elemento

• Os elementos do desenho não devem ser mais pequenos do que 0,5 mm para garantir uma reprodução exacta durante a impressão.
• Para maior visibilidade e durabilidade, os pormenores gravados ou em relevo devem ter, pelo menos, 1,5 mm de altura e largura.

Complexidade da conceção e montagem

• Aproveite a capacidade da tecnologia SLS para produzir peças complexas, fechadas e interligadas sem necessidade de montagem separada.
• Mantenha uma distância mínima de 1 mm entre as peças para garantir o êxito da impressão e da montagem. Ajuste a folga para objectos maiores para acomodar as restrições de impressão.

Orifícios de escavação e de fuga

• Considere a possibilidade de esvaziar peças para conservar o material e reduzir o tempo de impressão.
• As peças ocas devem incluir orifícios de saída com um diâmetro de pelo menos 1,5 mm para facilitar a remoção do pó após a impressão.

Conceção de peças em TPU para fabrico FDM

A modelação por deposição fundida (FDM) é um processo de fabrico aditivo no qual um filamento contínuo de material termoplástico (como o filamento TPU) é aquecido e extrudido através de um bocal, camada a camada, para criar o objeto pretendido.

Devido à sua acessibilidade e rentabilidade, é amplamente utilizado para a criação de protótipos e produção em pequena escala.

Seguem-se as principais considerações para uma conceção eficaz de peças em TPU para fabrico com tecnologia FDM.

Espessura mínima da parede

As peças de filamento TPU (FDM) devem ter uma espessura de parede mínima de 1,5 mm para garantir a integridade estrutural e evitar deformações durante a impressão.

Tamanho mínimo do elemento

• As características dos desenhos TPU FDM não devem ser concebidas com menos de 0,5 mm para garantir uma impressão e funcionalidade precisas.
• Os pormenores gravados ou em relevo devem ter, pelo menos, 1,5 mm de altura e largura para serem visíveis e duradouros.

Complexidade da conceção e montagem

• Simplifique os desenhos para impressão FDM para minimizar problemas com a adesão de camadas e a flexibilidade do material.
• Evitar desenhos intrincados entrelaçados devido a potenciais limitações na força de ligação das camadas.

Considerações sobre a impressão

• Requisitos da impressora: Utilizar uma extrusora de transmissão direta para um melhor controlo do filamento flexível. Manter uma temperatura de leito aquecido de 50 ±10°C. Considerar um ventilador de arrefecimento da peça regulado para médio ou alto.
• Velocidade de impressão: A velocidade ideal situa-se entre 15 e 20 mm/s para garantir uma adesão adequada da camada e minimizar os problemas de flexão do filamento.
• Temperatura de impressão: Extrudir os filamentos de TPU a temperaturas entre 225-250°C. As temperaturas mais elevadas melhoram o fluxo, mas podem afetar a precisão dimensional.
• Definições de extrusão: Ajuste o multiplicador de extrusão para controlar o fluxo de filamento e garantir uma forte ligação das camadas.
• Jangadas e saias: As saias são geralmente desnecessárias devido à deformação mínima das peças em TPU. Em vez disso, utilize uma saia para preparar a extrusora e garantir o fluxo de filamento no início da impressão.
• Retração: Desativar a retração para evitar o estiramento do filamento e o entupimento do bocal, que são problemas comuns com filamentos TPU flexíveis.

Conclusão

O poliuretano termoplástico (TPU) é um material de valor inestimável para designers e fabricantes devido à sua versatilidade, durabilidade e vasta gama de propriedades. Ao compreender os diferentes tipos de TPU, as suas propriedades e potenciais modificações, as indústrias podem tomar decisões informadas para tirar partido das vantagens do TPU em várias aplicações.

Quer seja utilizado em peças automóveis, dispositivos médicos, produtos de consumo ou componentes industriais, o TPU oferece uma solução robusta e adaptável que satisfaz as exigências do fabrico moderno.

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