Что такое материал ТПУ? Свойства, типы и когда выбирать нейлон или полиамид

Что такое материал ТПУ? Прямой ответ

ТПУ, сокращение от термопластичного полиуретана, представляет собой термопластичный эластомер, который ведет себя как резина в конечном продукте и как обычный пластик на производственной линии. При нагревании он размягчается и течет; при охлаждении снова затвердевает. Эта обратимость является определяющим различием между ТПУ и термореактивной резиной: ТПУ можно подвергать литью под давлением, экструдировать и печатать на 3D-принтере, а производственные отходы можно перемалывать и использовать повторно.

С практической точки зрения ТПУ — это материал внутри гибких чехлов для телефонов, промышленных шлангов, роликовых колес, конвейерных лент, оболочек кабелей, сильфонов пневматической подвески и мягких на ощупь форм. Он сгибается, растягивается, поглощает удары и противостоит износу при скольжении, но при этом работает на стандартном оборудовании для обработки пластмасс.

Типичные значения из опубликованных спецификаций сырья ТПУ дают полезную исходную картину: твердость варьируется от 60 по Шору A до 75 по Шору D, удлинение при разрыве составляет от 300 до 700 процентов, а температура непрерывной эксплуатации находится в диапазоне от -35 до 90-120 градусов Цельсия в зависимости от марки. Точные цифры варьируются в зависимости от типа полиола и содержания твердых сегментов, поэтому окончательный сорт всегда необходимо сверять с документацией производителя.

Как делается ТПУ: твердые и мягкие сегменты

ТПУ синтезируется путем реакции полиприсоединения трех строительных блоков: диизоцианата, обычно МДИ; длинноцепочечный полиол, полиэфир или простой полиэфир; и диол с короткой цепью, называемый удлинителем цепи. Диизоцианат реагирует с удлинителем цепи с образованием жестких твердых сегментов, тогда как полиол образует гибкие мягкие сегменты. Поскольку эти два типа сегментов химически несовместимы, они разделяются на микродомены. Твердые домены действуют как обратимые физические поперечные связи, которые придают ТПУ прочность и термостойкость, а мягкие домены обеспечивают эластичность и гибкость при низких температурах.

Соотношение жесткого и мягкого определяет ощущения от ТПУ.

Если составитель рецептуры увеличивает содержание твердых сегментов, ТПУ становится более жестким, прочным и термостойким. Если содержание мягких сегментов увеличивается, ТПУ становится мягче, эластичнее и гибче при низкой температуре. Вот почему ТПУ представляет собой семейство материалов, а не единый рецепт, и почему две марки ТПУ с одинаковой твердостью по Шору могут различаться по стойкости к истиранию, остаточной деформации при сжатии и химической стабильности.

ТПУ на основе полиэстера и ТПУ на основе полиэфира

Два основных семейства происходят от полиолов. ТПУ на основе полиэстера обычно обеспечивает более высокую прочность на разрыв и разрыв, лучшую стойкость к истиранию и более высокую устойчивость к маслам и топливу. ТПУ на основе полиэфира лучше противостоит гидролизу, микробному воздействию и многократному изгибанию во влажной среде. Этот выбор имеет большее значение, чем показатель твердости, для обеспечения длительного срока службы.

Ключевые свойства ТПУ: твердость, прочность и сопротивление.

Приведенные ниже диапазоны свойств неоднократно встречаются в технической литературе поставщиков, и именно о них инженеры спрашивают в первую очередь при выборе материала.

Поведение твердости

Твердость по Шору — это самый быстрый способ сообщить о требованиях ТПУ. Обычные марки гибких деталей имеют класс от 80A до 95A, а полужесткие — от 55D до 75D. Одной твердости недостаточно: остаточная деформация при сжатии и прочность на разрыв лучше предсказывают долговременное уплотнение и поведение при многократном изгибе, особенно в прокладках и сильфонах.

Механическая прочность и эластичность

Прочность на разрыв в диапазоне 25–70 МПа скромна по сравнению с металлами или стеклонаполненным нейлоном, но ТПУ сочетает эту прочность с удлинением 300–700 процентов. Комбинация определяет поглощение энергии: материал деформируется, а не трескается, а затем возвращается к исходной форме. Вот почему бамперы и корпуса из ТПУ выдерживают падения, которые могут привести к разрушению жесткого корпуса.

Температурные ограничения

Стандартные марки ТПУ рассчитаны на непрерывную эксплуатацию при температуре около 90–120 градусов Цельсия. Кратковременные пики могут быть выше, но длительное воздействие разрушает сетку эластомера и снижает механические свойства. Если приложение находится рядом с горячим двигателем, внутри закрытого осветительного узла или в любом месте, где применяется пайка, более безопасным вариантом является нейлон или PPA.

Химическая и экологическая стойкость

ТПУ на основе полиэстера хорошо противостоит маслам, топливу и растворителям. ТПУ на основе полиэфира устойчив к воде, гидролизу и росту микробов. Воздействие солнечного света обесцвечивает и делает немодифицированный ТПУ хрупким, поэтому в наружных деталях используется углеродная сажа или марки, стабилизированные УФ-излучением. Правильный сорт всегда зависит от конкретных химикатов, с которыми будет контактировать деталь.

ТПУ или нейлон (PA6, PA66, PPA): что подойдет вам?

ТПУ и нейлон — это высокоэффективные полимеры с разными техническими решениями. Нейлон, также называемый полиамидом, представляет собой жесткий полукристаллический технический термопласт, химический состав и марки которого описаны в нашей статье. что такое нейлоновый материал . ТПУ — эластомер. Выбор обычно сводится к одному вопросу: гнётся и подпрыгивает деталь или выдерживает нагрузку и сохраняет форму?

Выбирайте ТПУ, когда деталь должна сгибаться

• Уплотнения, сильфоны, втулки и пыльники, которые сгибаются при каждом цикле работы.
• Защитные чехлы и влагопоглощающие кожухи для электроники и инструментов.
• Роликовые колеса, коньковые колеса и конвейерные ролики, подверженные постоянному износу.
• Шланги и трубки, которым необходима маслостойкость и малый радиус изгиба.
• Мягкие накладки на ручках, ручках и кнопках

Выбирайте нейлон, когда деталь должна выдерживать нагрузку и сохранять форму.

• Шестерни, шкивы и подшипники, которым необходима жесткость и износостойкость.
• Структурные кронштейны и корпуса, изгиб которых может привести к смещению
• Детали, постоянно работающие при температуре выше 120 градусов Цельсия.
• Компоненты, которые должны сохранять размеры при влажной жаре, что способствует использованию PPA с низким содержанием влаги.

Для деталей, которые попадают в нейлоновую колонку, следующим шагом является соответствие химического состава нейлона требованиям. Серия чипов PA6 является стандартной отправной точкой для повышения жесткости и сбалансированной стоимости. Если сила и тепловое отклонение имеют значение, Серия чипов PA66 модернизирует механический потолок. Для электроники и деталей, подвергающихся нагреву, Пластиковая серия PPA сохраняет низкое водопоглощение и высокую стабильность размеров.

Производители пластиковых чипсов PPA, Завод пластиковых чипсов из полифталамида Являясь китайским производителем пластиковых чипсов PPA и заводом по производству пластиковых чипсов из полифталамида, компания Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd ... Посмотреть продукт →

Нейлоновые чипсы 66, Полиамидные чипсы 66, Производители чипов PA66, Фабрика Как китайские производители чипов из нейлона 66 и чипов из полиамида 66, завод по производству чипов PA66, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd pro... Посмотреть продукт →

Чипсы из нейлона 6, Полиамид 6, Производители чипов PA6, Фабрика Как китайские производители чипов из нейлона 6 и чипов из полиамида 6, завод по производству чипов PA6, Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd... Посмотреть продукт →

Распространенные приложения ТПУ по отраслям

Гибкость обработки ТПУ проявляется в самых разных продуктах. Типичные применения, приведенные ниже, сгруппированы по секторам, чтобы вы могли найти наиболее близкий аналог вашей детали.

• Бытовая электроника: гибкие чехлы для телефонов, ремешки для умных часов, защитные бамперы, корпуса наушников и устройства защиты от натяжения кабелей.
• Автомобильная промышленность: пневмоподушки, защитные чехлы, втулки, оболочка кабелей и мягкие на ощупь внутренние поверхности.
• Промышленность: конвейерные ленты, приводные ремни, роликовые колеса, рукава высокого давления, уплотнения, диафрагмы и демпфирующие элементы.
• Обувь и спорттовары: подошвы для обуви, шипы, защитные накладки, надувные конструкции.
• Текстиль и ткани с покрытием: водонепроницаемые мембраны, надувные лодки и защитные слои одежды.
• Аддитивное производство: гибкие прототипы, специальные прокладки и мягкие детали небольшого объема, напечатанные из нити или порошка ТПУ.

Обработка ТПУ: литье под давлением, экструзия и 3D-печать

ТПУ обрабатывается на обычном оборудовании для обработки пластмасс, но он подчиняется другим правилам, чем жесткие термопласты. Два момента, которые вызывают больше всего проблем с качеством, — это влажность и сдвиг.

Сушка не обязательна

Гранулы ТПУ быстро впитывают влагу. Большинство поставщиков рекомендуют сушить при температуре 80-100 градусов по Цельсию в течение двух-четырех часов перед обработкой. Невысушенный материал оставляет следы на формованных деталях и заметное снижение механических свойств, поскольку влага разрушает полимер во время плавления.

Рекомендации по литью под давлением

Типичные температуры плавления остаются в диапазоне 170-220 градусов Цельсия в зависимости от марки. Формы часто хранят при температуре от 20 до 50 градусов по Цельсию. Поскольку вязкость ТПУ чувствительна к скорости сдвига, частыми неисправностями являются следы ожогов из-за высокой скорости впрыска и короткие выстрелы из-за плохой вентиляции. Увеличение поперечного сечения литников и направляющих устраняет большинство проблем с наполнением до того, как потребуется какое-либо изменение рецептуры.

Экструзия и 3D-печать

Экструзия пленки, листа и тубы подчиняется тем же правилам сушки и использует несколько более низкие температуры плавления, чем формование. Для 3D-печати FDM типичная нить ТПУ 95А печатает при температуре сопла около 220–250 градусов по Цельсию и с более медленной скоростью подачи, чем PLA или нейлон, чтобы предотвратить коробление мягкой нити. Напечатанные детали из ТПУ теряют некоторую прочность по сравнению с формованными деталями из-за адгезии слоев, но они хорошо подходят для прототипов, прокладок и нестандартных мягких компонентов.

Как выбрать правильный сорт: ТПУ или нейлон

Используйте последовательность ниже, чтобы быстро отфильтровать решение.

1. Решите, должна ли деталь изгибаться или оставаться жесткой. Эластическое восстановление в уплотнительных и ударных средствах ТПУ; Несущая способность и точность размеров означает нейлон.
2. Установите цель твердости. Ремешки для часов и ручки рассчитаны на ток около 80–95 А; структурные, но слегка гибкие детали начинаются с 55D и выше.
3. Выберите семейство полиолов. В маслянистой и топливной среде предпочтение отдается ТПУ на основе полиэстера; во влажной или открытой среде предпочтение отдается ТПУ на основе полиэфира.
4. Проверьте тепловой потолок. Постоянное нагревание выше 120 градусов по Цельсию дисквалифицирует большинство стандартных марок ТПУ и указывает на PA66 или PPA.
5. Проверьте влажность и стабильность размеров. Детали, подвергающиеся воздействию влажного тепла, лучше сохраняют допуски из PPA, чем из стандартного PA6.

Вопросы снабжения также играют роль. Текущее состояние индустрии чипов из нейлона 6 влияет на цены и сроки изготовления материалов на основе PA6, что стоит проверить, прежде чем приступать к крупному производству. Если переработка является приоритетом, гранулы переработанного полиамида являются одним из доступных способов замыкания петли на нейлоновых отходах.

Материал ТПУ: часто задаваемые вопросы

ТПУ — это то же самое, что резина или силикон?

Нет. ТПУ — это термопластичный эластомер, поэтому он плавится и его можно переформовать. Термореактивная резина затвердевает и не подлежит переплавке. Силикон — это другой эластомер с более высокой термостойкостью, но более мягким поведением при разрыве и истирании. ТПУ побеждает там, где приоритетом являются износостойкость и прочность; силикон побеждает там, где доминируют сильные температуры и низкая остаточная компрессия.

Что означают такие значения твердости, как Шор 95А и Шор 55D?

Твердость по Шору измеряется твердостью по твердости. Числа по шкале А ниже 80 соответствуют мягким, эластичным материалам; числа выше 90А относятся к прочным гибким материалам. Числа D-шкалы выше 50 описывают полужесткие материалы, которые все еще обладают некоторой гибкостью. Области 95A и 55D кажутся похожими на ощупь, но в этих двух шкалах используются разные инденторы, поэтому сравнивайте только в пределах одного масштаба или используйте таблицу преобразования.

Какую температуру выдерживает ТПУ?

Пределы непрерывной эксплуатации для стандартных марок ТПУ составляют около 80–120 градусов Цельсия в зависимости от рецептуры, а типы полиэфиров остаются гибкими при температуре примерно до -35 градусов Цельсия или ниже. Для длительного нагрева выше 120 градусов по Цельсию более подходящим материалом является PA66 с термостабилизаторами или PPA.

Можно ли переработать ТПУ?

Поскольку ТПУ является термопластичным, производственные отходы и литники можно повторно измельчать и перерабатывать, а переработанные сорта ТПУ коммерчески доступны. Такая же способность к переплавке свойственна и семейству нейлонов, где гранулы переработанного полиамида используются для снижения содержания первичного материала в формованных изделиях.

Что лучше противостоит маслу: ТПУ или нейлон?

ТПУ на основе полиэстера обеспечивает превосходную устойчивость к маслам и топливу, обычно лучше, чем неармированный нейлон в гибких уплотнениях. Нейлон также устойчив к маслам, но он впитывает воду, и эта влага со временем влияет на размеры. Для гибких деталей, постоянно контактирующих с маслом, обычно лучшим выбором является ТПУ.

Трудно ли изготовить ТПУ для литья под давлением?

ТПУ по своей сути не сложен, но требует более строгого контроля процесса, чем большинство марок нейлона. Держите гранулы сухими, используйте более низкую температуру плавления, чем у многих конструкционных пластиков, и проектируйте большие ворота и вентиляционные отверстия; материал заполняется нормально. При разработке инструментов ТПУ выдерживает более низкие температуры формы и более короткие циклы, чем термостабилизированные нейлоны.