วัสดุ TPU คืออะไร? คุณสมบัติ ประเภท และเมื่อใดที่ควรเลือกระหว่างไนลอนกับ PA

วัสดุ ทีพียู คืออะไร? คำตอบโดยตรง

TPU ย่อมาจาก เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน เป็นเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ที่ทำงานเหมือนยางในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และเหมือนกับพลาสติกทั่วไปในสายการผลิต เมื่อถูกความร้อนจะนิ่มและไหล เมื่อเย็นลงก็จะแข็งตัวอีกครั้ง การกลับด้านได้นั้นเป็นข้อแตกต่างที่ชัดเจนระหว่าง TPU และยางเทอร์โมเซต กล่าวคือ TPU สามารถฉีดขึ้นรูป อัดรีด และพิมพ์ 3 มิติได้ และเศษจากการผลิตสามารถนำกลับมาบดใหม่และนำกลับมาใช้ใหม่ได้

ในทางปฏิบัติ TPU เป็นวัสดุที่ใช้ภายในเคสโทรศัพท์แบบยืดหยุ่น ท่ออุตสาหกรรม ล้อเลื่อน สายพานลำเลียง แจ็คเก็ตสายเคเบิล เครื่องสูบลม และแม่พิมพ์ที่สัมผัสนุ่ม มันโค้งงอ ยืด ดูดซับแรงกระแทก และต้านทานการสึกหรอจากการเลื่อน แต่ยังคงทำงานบนอุปกรณ์แปรรูปพลาสติกมาตรฐาน

ค่าทั่วไปจากเอกสารข้อมูลวัตถุดิบ TPU ที่เผยแพร่แล้วให้ภาพเริ่มต้นที่มีประโยชน์: ความแข็งมีตั้งแต่ 60 Shore A ถึง 75 Shore D การยืดตัวที่จุดขาดอยู่ระหว่าง 300 เปอร์เซ็นต์ถึง 700 เปอร์เซ็นต์ และอุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่องจะอยู่ในช่วงประมาณ -35 ถึง 90-120 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับเกรด จำนวนที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามประเภทโพลีออลและปริมาณส่วนแข็ง ดังนั้นเกรดสุดท้ายจึงต้องได้รับการตรวจสอบตามเอกสารประกอบของผู้ผลิตเสมอ

วิธีสร้าง TPU: ส่วนแข็งและส่วนอ่อน

TPU ถูกสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาโพลีแอดดิชั่นของส่วนประกอบสามส่วน ได้แก่ ไดไอโซไซยาเนต ซึ่งมักเป็น MDI; โพลีออลสายยาว โพลีเอสเตอร์หรือโพลีอีเทอร์ และไดออลสายสั้นเรียกว่าตัวขยายสายโซ่ ไดไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับส่วนต่อขยายของโซ่เพื่อสร้างส่วนแข็งที่แข็ง ในขณะที่โพลีออลสร้างส่วนอ่อนที่ยืดหยุ่น เนื่องจากเซ็กเมนต์ทั้งสองประเภทนี้เข้ากันไม่ได้ทางเคมี จึงแยกออกเป็นไมโครโดเมน ฮาร์ดโดเมนทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงทางกายภาพแบบพลิกกลับได้ ซึ่งให้ความแข็งแกร่งของ TPU และทนความร้อน และโดเมนแบบอ่อนให้ความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ

อัตราส่วนฮาร์ดต่ออ่อนเป็นตัวกำหนดความรู้สึกของ TPU

หากผู้กำหนดสูตรเพิ่มส่วนที่เป็นฮาร์ดเซกเมนต์ TPU จะแข็งขึ้น แข็งแรงขึ้น และทนความร้อนได้มากขึ้น หากเนื้อหาส่วนอ่อนเพิ่มขึ้น TPU จะนุ่มขึ้น ยืดหยุ่นมากขึ้น และยืดหยุ่นมากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ นี่คือเหตุผลว่าทำไม TPU จึงเป็นตระกูลวัสดุแทนที่จะเป็นสูตรเดียว และเหตุใดเกรด TPU 2 เกรดที่มีความแข็ง Shore เท่ากันจึงยังคงมีความต้านทานการเสียดสี ค่าแรงอัด และความเสถียรทางเคมีแตกต่างกัน

TPU ที่ใช้โพลีเอสเตอร์เทียบกับ TPU ที่ใช้โพลีเอเทอร์

ทั้งสองตระกูลหลักมาจากโพลิออล โดยทั่วไปแล้ว TPU ที่ใช้โพลีเอสเตอร์จะให้แรงดึงและการฉีกขาดที่สูงกว่า ทนต่อการเสียดสีได้ดีกว่า และทนทานต่อน้ำมันและเชื้อเพลิงได้ดีกว่า TPU ที่ใช้โพลีอีเทอร์ทำงานได้ดีขึ้นต่อการไฮโดรไลซิส การโจมตีของจุลินทรีย์ และการงอซ้ำๆ ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ตัวเลือกนั้นมีความสำคัญมากกว่าค่าความแข็งสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนาน

คุณสมบัติหลักของ TPU: ความแข็ง ความแข็งแกร่ง และความต้านทาน

ช่วงคุณสมบัติด้านล่างปรากฏซ้ำๆ ในเอกสารทางเทคนิคของซัพพลายเออร์ และเป็นช่วงที่วิศวกรถามถึงเป็นอันดับแรกในระหว่างการเลือกวัสดุ

พฤติกรรมความแข็ง

ความแข็งฝั่งเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการสื่อสารข้อกำหนด TPU เกรดชิ้นส่วนยืดหยุ่นทั่วไปอยู่ระหว่าง 80A ถึง 95A ในขณะที่เกรดกึ่งแข็งมีตั้งแต่ 55D ถึง 75D ความแข็งเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ: ค่าแรงอัดและแรงฉีกขาดทำนายการปิดผนึกในระยะยาวและการงอซ้ำหลายครั้งได้ดีกว่า โดยเฉพาะในปะเก็นและที่สูบลม

ความแข็งแรงทางกลและความยืดหยุ่น

ความต้านทานแรงดึงในช่วง 25-70 MPa นั้นพอประมาณเมื่อเทียบกับโลหะหรือไนลอนที่เติมแก้ว แต่ TPU จะจับคู่กับความแข็งแรงนั้นด้วยการยืดตัวที่ 300-700 เปอร์เซ็นต์ การผสมผสานนี้จะกำหนดการดูดซับพลังงาน: วัสดุจะเสียรูปแทนที่จะเกิดรอยแตก แล้วจึงกลับคืนสู่รูปทรงเดิม นั่นคือเหตุผลที่กันชนและเคส TPU ทนทานต่อการตกกระแทกซึ่งจะทำให้ตัวเรือนแข็งแตกได้

ขีดจำกัดความร้อน

เกรด TPU มาตรฐานได้รับการจัดอันดับให้บริการต่อเนื่องประมาณ 90-120 องศาเซลเซียส จุดสูงสุดในระยะสั้นอาจสูงขึ้นได้ แต่การสัมผัสเป็นเวลานานจะทำให้โครงข่ายอีลาสโตเมอร์พังทลายและลดคุณสมบัติทางกล หากการใช้งานอยู่ใกล้กับเครื่องยนต์ที่ร้อน ภายในชุดไฟส่องสว่างแบบปิด หรือที่ใดก็ตามที่ใช้ความร้อนจากการบัดกรี ไนลอนหรือ PPA จะเป็นแนวทางที่ปลอดภัยกว่า

ทนต่อสารเคมีและสิ่งแวดล้อม

TPU ที่เป็นโพลีเอสเตอร์สามารถต้านทานน้ำมัน เชื้อเพลิง และตัวทำละลายได้ดี TPU ที่ใช้โพลีเอเทอร์ทนทานต่อน้ำ ไฮโดรไลซิส และการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ การสัมผัสกับแสงแดดจะเปลี่ยนสีและเกิดคราบ TPU ที่ไม่ได้รับการดัดแปลง ดังนั้นชิ้นส่วนกลางแจ้งจึงใช้เกรดคาร์บอนแบล็คหรือเกรดที่มีความเสถียรต่อรังสียูวี เกรดที่ถูกต้องจะขึ้นอยู่กับสารเคมีเฉพาะที่ชิ้นส่วนจะสัมผัสเสมอ

TPU กับไนลอน (PA6, PA66, PPA): อันไหนเหมาะกับส่วนของคุณ?

ทั้ง TPU และไนลอนต่างก็เป็นโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงซึ่งมีคำตอบทางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน ไนลอนหรือที่เรียกว่าโพลิเอไมด์เป็นเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมกึ่งผลึกแข็งซึ่งมีการอธิบายเคมีและเกรดไว้ในบทความของเราเรื่อง วัสดุไนลอนคืออะไร . TPU เป็นอีลาสโตเมอร์ ทางเลือกมักจะเหลือเพียงคำถามเดียว: ชิ้นส่วนนั้นโค้งงอและเด้ง หรือรับน้ำหนักและยึดรูปร่างได้หรือไม่

เลือก TPU เมื่อชิ้นส่วนต้องงอ

• ซีล ที่สูบลม แหวนยาง และบู๊ทกันฝุ่นที่โค้งงอในทุกรอบ
• เคสป้องกันและตัวเรือนแบบดูดซับแรงกระแทกสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องมือ
• ล้อเลื่อน ล้อสเก็ต และลูกกลิ้งสายพานลำเลียงที่สึกหรออย่างต่อเนื่อง
• ท่ออ่อนและท่อที่ต้องการทนน้ำมันและมีรัศมีโค้งงอแคบ
• สัมผัสที่นุ่มนวลบนด้ามจับ ที่จับ และปุ่มจับ

เลือกไนลอนเมื่อชิ้นส่วนต้องรับน้ำหนักและยึดรูปทรง

• เกียร์ พูลเล่ย์ และแบริ่งที่ต้องการความแข็งแกร่งและทนทานต่อการสึกหรอ
• ขายึดโครงสร้างและตัวเรือนที่งอจะทำให้เกิดการวางแนวที่ไม่ตรง
• ชิ้นส่วนทำงานอย่างต่อเนื่องเหนือ 120 องศาเซลเซียส
• ส่วนประกอบที่ต้องรักษาขนาดไว้ในความร้อนชื้นซึ่งชอบ PPA ที่มีความชื้นต่ำ

สำหรับชิ้นส่วนที่ตกในคอลัมน์ไนลอน ขั้นตอนต่อไปคือการจับคู่เคมีของไนลอนให้ตรงกับข้อกำหนด ที่ ซีรีย์ชิป PA6 เป็นจุดเริ่มต้นมาตรฐานในการเพิ่มความแข็งแกร่งและต้นทุนที่สมดุล หากความแข็งแกร่งและการโก่งตัวของความร้อนมีความสำคัญทั้งคู่ ซีรีย์ชิป PA66 อัพเกรดเพดานกล สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และชิ้นส่วนที่สัมผัสกับความร้อน ชุดพลาสติก PPA ช่วยให้การดูดซึมน้ำต่ำและความเสถียรของมิติสูง

ผู้ผลิตชิปพลาสติก PPA โรงงานชิปพลาสติกโพลีพทาลาไมด์ ในฐานะผู้ผลิตชิปพลาสติก PPA ของจีนและโรงงานชิปพลาสติกโพลีพทาลาไมด์ Ningbo Frontechnic New Material Technology Co., Ltd s... ดูผลิตภัณฑ์ →

ชิปไนล่อน 66, ชิปโพลีเอไมด์ 66, ผู้ผลิตชิป PA66, โรงงาน ในฐานะผู้ผลิตชิปไนลอน 66 ของจีนและชิปโพลีอะไมด์ 66 โรงงานชิป PA66 บริษัท Ningbo Frontechnic New Material Technology Co. , Ltd โปร... ดูผลิตภัณฑ์ →

ชิปไนลอน 6, โพลีเอไมด์ 6, ผู้ผลิตชิป PA6, โรงงาน ในฐานะผู้ผลิตชิปไนลอน 6 ของจีนและชิปโพลีอะไมด์ 6 โรงงานชิป PA6 บริษัท Ningbo Frontechnic New Material Technology Co. , Ltd... ดูผลิตภัณฑ์ →

การใช้งาน TPU ทั่วไปตามอุตสาหกรรม

ความยืดหยุ่นในการประมวลผลของ TPU ปรากฏในผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันมาก การใช้งานทั่วไปด้านล่างนี้จัดตามภาคส่วน ดังนั้นคุณจึงสามารถค้นหาอะนาล็อกที่ใกล้เคียงที่สุดกับชิ้นส่วนของคุณเองได้

• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค: เคสโทรศัพท์แบบยืดหยุ่น สายนาฬิกาอัจฉริยะ กันชนป้องกัน ตัวเรือนเอียร์บัด และสายรัดสายเคเบิล
• ยานยนต์: ถุงลมกันสะเทือน รองเท้าบู๊ตป้องกัน แหวนยาง ปลอกสายเคเบิล และพื้นผิวสัมผัสนุ่มภายใน
• อุตสาหกรรม: สายพานลำเลียง สายพานขับเคลื่อน ล้อเลื่อน ท่อแรงดันสูง ซีล ไดอะแฟรม และส่วนประกอบที่ทำให้หมาด ๆ
• รองเท้าและอุปกรณ์กีฬา: พื้นรองเท้า รองเท้าสตั๊ด แผ่นป้องกัน และโครงสร้างแบบพองได้
• สิ่งทอและผ้าเคลือบ: เมมเบรนกันน้ำ เรือเป่าลม และชั้นเสื้อผ้าที่ใช้ป้องกัน
• การผลิตแบบเติมเนื้อ: ต้นแบบที่ยืดหยุ่น ปะเก็นแบบกำหนดเอง และชิ้นส่วนอ่อนนุ่มปริมาณน้อยที่พิมพ์ด้วยเส้นใยหรือผง TPU

การประมวลผล TPU: การฉีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป และการพิมพ์ 3 มิติ

TPU ประมวลผลบนอุปกรณ์พลาสติกทั่วไป แต่เป็นไปตามกฎเกณฑ์ที่แตกต่างจากเทอร์โมพลาสติกแบบแข็ง สองจุดที่ทำให้เกิดปัญหาด้านคุณภาพมากที่สุดคือความชื้นและแรงเฉือน

การอบแห้งไม่ใช่ทางเลือก

เม็ด TPU ดูดซับความชื้นได้อย่างรวดเร็ว ซัพพลายเออร์ส่วนใหญ่แนะนำให้ทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 80-100 องศาเซลเซียสเป็นเวลาสองถึงสี่ชั่วโมงก่อนแปรรูป วัสดุที่ยังไม่แห้งจะทำให้เกิดรอยกระเด็นบนชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปและคุณสมบัติทางกลลดลงที่วัดได้ เนื่องจากความชื้นจะทำให้โพลีเมอร์เสื่อมคุณภาพลงในระหว่างการหลอมละลาย

แนวทางการฉีดขึ้นรูป

อุณหภูมิหลอมเหลวโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 170-220 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับเกรด แม่พิมพ์มักถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิระหว่าง 20 ถึง 50 องศาเซลเซียส เนื่องจากความหนืดของ TPU ไวต่ออัตราการเฉือน ความล้มเหลวทั่วไปคือรอยไหม้จากความเร็วการฉีดที่สูง และช็อตสั้นจากการระบายอากาศไม่ดี การเพิ่มหน้าตัดของเกตและรันเนอร์ช่วยแก้ไขปัญหาการบรรจุส่วนใหญ่ก่อนที่จะต้องเปลี่ยนแปลงสูตรใดๆ

การอัดขึ้นรูปและการพิมพ์ 3 มิติ

การอัดขึ้นรูปฟิล์ม แผ่น และท่อเป็นไปตามกฎการทำให้แห้งเดียวกัน และใช้อุณหภูมิหลอมเหลวต่ำกว่าการขึ้นรูปเล็กน้อย สำหรับการพิมพ์ FDM 3D เส้นใย TPU 95A ทั่วไปจะพิมพ์ที่อุณหภูมิหัวฉีดประมาณ 220-250 องศาเซลเซียส และที่อัตราการป้อนช้ากว่า PLA หรือไนลอน เพื่อป้องกันเส้นใยอ่อนไม่ให้โก่งงอ ชิ้นส่วน TPU ที่พิมพ์ออกมานั้นสูญเสียความแข็งแรงบางส่วนเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปเนื่องจากการยึดเกาะของชั้นต่างๆ แต่จะทำงานได้ดีกับต้นแบบ ปะเก็น และส่วนประกอบแบบอ่อนแบบกำหนดเอง

วิธีเลือกเกรดที่เหมาะสม: TPU หรือไนลอน

ใช้ลำดับด้านล่างเพื่อกรองการตัดสินใจอย่างรวดเร็ว

1. ตัดสินใจว่าชิ้นส่วนจะต้องงอหรือคงความแข็งไว้ การคืนตัวแบบยืดหยุ่นในการปิดผนึกและการกระแทกหมายถึง TPU; ความแม่นยำในการรับน้ำหนักและมิติหมายถึงไนลอน
2. กำหนดเป้าหมายความแข็ง สายนาฬิกาและด้ามจับอยู่ที่ประมาณ 80-95A; ชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างแต่มีความยืดหยุ่นเล็กน้อยเริ่มต้นที่ 55D ขึ้นไป
3. เลือกกลุ่มโพลิออล สภาพแวดล้อมที่มีน้ำมันและเชื้อเพลิงสนับสนุน TPU ที่ใช้โพลีเอสเตอร์ สภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือกลางแจ้งชอบ TPU ที่ใช้โพลีเอเทอร์
4. ตรวจสอบเพดานระบายความร้อน ความร้อนต่อเนื่องที่สูงกว่า 120 องศาเซลเซียส จะทำให้เกรด TPU มาตรฐานส่วนใหญ่ขาดคุณสมบัติ และชี้ไปที่ PA66 หรือ PPA
5. ตรวจสอบความชื้นและความเสถียรของมิติ ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับความร้อนชื้นจะทนทานต่อ PPA ได้ดีกว่าใน PA6 มาตรฐาน

การพิจารณาการจัดหาก็มีบทบาทเช่นกัน ที่ สถานะปัจจุบันของอุตสาหกรรมชิปไนลอน 6 ส่งผลต่อการกำหนดราคาและระยะเวลารอคอยสินค้าสำหรับวัสดุที่ใช้ PA6 ซึ่งควรตรวจสอบก่อนที่จะดำเนินการผลิตจำนวนมาก หากการรีไซเคิลเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก เม็ดโพลีเอไมด์รีไซเคิล เป็นหนึ่งในเส้นทางที่สามารถปิดห่วงขยะไนลอนได้

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับวัสดุ TPU

TPU เหมือนกับยางหรือซิลิโคนหรือไม่?

ไม่ TPU เป็นเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ ดังนั้นจึงละลายและสามารถขึ้นรูปใหม่ได้ ยางเทอร์โมเซตจะแข็งตัวและไม่สามารถหลอมซ้ำได้ ซิลิโคนเป็นอีลาสโตเมอร์ชนิดอื่นที่มีความทนทานต่อความร้อนสูงกว่า แต่มีพฤติกรรมการฉีกขาดและการเสียดสีที่นุ่มนวลกว่า TPU ชนะโดยที่การเสียดสีและความทนทานเป็นสิ่งสำคัญ ซิลิโคนชนะเมื่อมีความร้อนสูงและชุดการบีบอัดต่ำ

ตัวเลขความแข็ง เช่น Shore 95A และ Shore 55D หมายถึงอะไร

ความแข็งฝั่งวัดความต้านทานต่อการเยื้องด้วย Durometer ตัวเลข A-scale ที่ต่ำกว่า 80 อธิบายถึงวัสดุที่อ่อนนุ่มและเป็นยาง ตัวเลขที่สูงกว่า 90A อธิบายถึงวัสดุที่มีความยืดหยุ่นสูง ตัวเลขสเกล D ที่มากกว่า 50 อธิบายถึงวัสดุกึ่งแข็งที่ยังคงมีความยืดหยุ่นอยู่บ้าง ขอบเขต 95A และ 55D ให้ความรู้สึกคล้ายกัน แต่เครื่องชั่งทั้งสองใช้ตัวกดต่างกัน ดังนั้นให้เปรียบเทียบเฉพาะภายในมาตราส่วนเดียวกัน หรือใช้แผนภูมิการแปลง

TPU สามารถทนอุณหภูมิได้เท่าไร?

ขีดจำกัดการบริการอย่างต่อเนื่องสำหรับเกรด TPU มาตรฐานอยู่ที่ประมาณ 80-120 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับสูตร และประเภทโพลีอีเทอร์ยังคงมีความยืดหยุ่นจนถึงประมาณ -35 องศาเซลเซียสหรือต่ำกว่า สำหรับความร้อนคงที่ที่สูงกว่า 120 องศาเซลเซียส PA66 ที่มีสารเพิ่มความคงตัวความร้อนหรือ PPA ถือเป็นวัสดุที่เหมาะสมกว่า

TPU สามารถรีไซเคิลได้หรือไม่?

เนื่องจาก TPU เป็นเทอร์โมพลาสติก เศษและสปรูจากการผลิตจึงสามารถบดและแปรรูปใหม่ได้ และเกรด TPU รีไซเคิลก็มีวางจำหน่ายในท้องตลาด ความสามารถในการหลอมละลายแบบเดียวกันนั้นดำเนินผ่านตระกูลไนลอน ซึ่งเม็ดโพลีเอไมด์รีไซเคิลถูกนำมาใช้เพื่อลดปริมาณวัสดุบริสุทธิ์ในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป

ตัวไหนทนน้ำมันได้ดีกว่า: TPU หรือไนลอน

TPU ที่เป็นโพลีเอสเตอร์สามารถต้านทานน้ำมันและเชื้อเพลิงได้ดีเยี่ยม โดยทั่วไปแล้วจะดีกว่าไนลอนที่ไม่เสริมแรงในการใช้งานซีลแบบยืดหยุ่น ไนลอนยังต้านทานน้ำมัน แต่จะดูดซับน้ำและความชื้นส่งผลต่อขนาดเมื่อเวลาผ่านไป สำหรับชิ้นส่วนที่มีความยืดหยุ่นที่ต้องสัมผัสกับน้ำมันตลอดเวลา TPU เป็นตัวเลือกแรกตามปกติ

TPU ฉีดแม่พิมพ์ยากไหม?

TPU ไม่ใช่เรื่องยากโดยธรรมชาติ แต่ต้องมีการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดกว่าเกรดไนลอนส่วนใหญ่ รักษาเม็ดพลาสติกให้แห้ง ใช้อุณหภูมิหลอมเหลวต่ำกว่าพลาสติกวิศวกรรมหลายชนิด และออกแบบประตูและช่องระบายอากาศที่กว้างขวาง วัสดุเติมได้ดี ในการออกแบบเครื่องมือ TPU ทนต่ออุณหภูมิแม่พิมพ์ที่ต่ำกว่าและรอบการทำงานที่สั้นกว่าไนลอนที่คงตัวด้วยความร้อน