Gids voor het selecteren van TPE-materialen voor spuitgieten

Stel je voor dat je een nieuw product nodig hebt dat de flexibiliteit van rubber combineert met de vormbaarheid van plastic, terwijl je de complexe verwerkings- en recyclinguitdagingen van traditioneel thermohardend rubber vermijdt. Thermoplastische elastomeren (TPE's) zijn naar voren gekomen als de oplossing en bieden zowel rubberachtige elasticiteit als plasticachtige spuitgietmogelijkheden, samen met recyclebaarheid. Dit artikel biedt een uitgebreide analyse van TPE-materialen, vergelijkt ze met thermohardende rubbers en beschrijft zes belangrijke TPE-typen - van chemische eigenschappen tot prestatieparameters en typische toepassingen - om ingenieurs en ontwerpers te helpen weloverwogen beslissingen te nemen voor spuitgietprojecten.

Het belangrijkste verschil tussen thermoplastische elastomeren (TPE) en thermohardende elastomeren (zoals vloeibare siliconenrubber, LSR) ligt in hun moleculaire binding. TPE's worden zachter bij verhitting en harder bij afkoeling - een omkeerbaar proces dat lijkt op thermoplasten. Thermohardende rubbers ondergaan daarentegen chemische crosslinking tijdens het gieten, waardoor permanente driedimensionale netwerken ontstaan die na uitharding niet opnieuw kunnen worden gesmolten. Dit verschil heeft direct invloed op verwerkingsmethoden, prestatiekenmerken en recyclebaarheid.

Belangrijkste verschillen zijn onder meer:

• Verwerking: TPE's kunnen worden verwerkt met behulp van standaard spuitgietmachines. De hars wordt verwarmd tot deze gesmolten is, in mallen gespoten en afgekoeld om uit te harden. Thermohardende rubbers vereisen gieten bij lagere temperaturen, gevolgd door chemische crosslinking bij hoge temperaturen voor uitharding.
• Recyclebaarheid: Omdat TPE's niet crosslinken, kunnen ze opnieuw worden gesmolten en gerecycled, wat aansluit bij duurzaamheidsdoelstellingen. Thermohardende rubbers kunnen niet worden gerecycled en komen meestal terecht in verbrandingsovens of stortplaatsen.
• Procesoptimalisatie: TPE's kunnen worden verwerkt met dezelfde apparatuur als standaard thermoplasten, waardoor procesoptimalisaties zoals overmolding of meerkleurig spuitgieten mogelijk zijn om de productie te stroomlijnen en de kosten te verlagen.

TPE's zijn geen enkel materiaal, maar omvatten zes primaire categorieën met verschillende chemische samenstellingen en structuren die leiden tot verschillende eigenschappen en toepassingen. Het selecteren van de juiste TPE vereist dat rekening wordt gehouden met de levensduur van het onderdeel, de kosten, de werkomgeving en specifieke prestatiebehoeften.

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de belangrijkste kenmerken van de zes belangrijkste TPE-typen, die elk in detail worden besproken in de volgende paragrafen:

TPV's bestaan uit harde thermoplastische materialen met verspreide cross-linked rubbergebieden, wat resulteert in een zachte aanraking, een matte oppervlakte en een uitstekende compressiesetweerstand. Transparante kwaliteiten zijn doorgaans niet beschikbaar.

Belangrijkste eigenschappen:

• Goede chemische bestendigheid
• Sterke maatvastheid
• Hogere dichtheid
• Gemiddelde treksterkte
• Shore-hardheid: 40A - 50D
• Maximale continue gebruikstemperatuur: 135°C

Toepassingen: Voornamelijk gebruikt voor afdichting, demping en bescherming in:

• Afdichtingen (vloeistof/gasinsluiting)
• Grommets en beschermhoezen (draad/kabelbescherming)
• Automotive bumpers (impactabsorptie)
• Onderdelen onder de motorkap (warmte-/chemische bestendigheid)

TPU's zijn blokcopolymeren met afwisselende harde/zachte segmenten die urethaanverbindingen bevatten. Opmerkelijk vanwege een hogere hardheid, goede transparantie, matige compressieset en uitstekende slijtage-/scheurweerstand. Geschikt voor gebruik buitenshuis, maar vereist voor het gieten voorafgaande droging. Momenteel de enige 3D-printbare TPE.

Belangrijkste eigenschappen:

• Uitzonderlijke chemische bestendigheid (vooral op polyesterbasis)
• Goede maatvastheid (verbeterbaar met additieven)
• Hogere dichtheid
• Hoge treksterkte
• Shore-hardheid: 65A - 80D
• Maximale continue gebruikstemperatuur: 120°C

Toepassingen: Ideaal voor producten met hoge sterkte en slijtvastheid:

• Beschermende hoesjes (elektronica)
• Sportartikelen (schoenen, beschermende kleding)
• Medische apparaten (katheters, films)
• Schoeiselcomponenten
• Skatewielen (hoge slijtage-/slagvastheid)

TPO's mengen harde polyolefinen (meestal polypropyleen) met zachte, niet-crosslinked rubbergebieden. Hun hoge hardheid zorgt voor een sterke slagvastheid, met enkele weerbestendige kwaliteiten beschikbaar. In vergelijking met TPU hebben TPO's een lagere compressieset en lagere kosten.

Belangrijkste eigenschappen:

• Goede chemische bestendigheid
• Sterke maatvastheid
• Lagere dichtheid
• Hoge treksterkte
• Shore-hardheid: 75A - 80D
• Maximale continue gebruikstemperatuur: 120°C

Toepassingen: Voornamelijk automotive:

• Interieurcomponenten (dashboards, deurpanelen)
• Buitenbumpers (slag-/weerbestendigheid)
• Dakbekleding (lichtgewicht duurzaamheid)

SBC's combineren stijve styreenblokken met zachte elastomeergebieden, vaak gemengd met hardere polymeren zoals polypropyleen. De zachtste, meest elastische TPE-categorie heeft glanzende oppervlakken, hoge rek, goede transparantie en redelijke slijtvastheid. De prestaties variëren aanzienlijk per formulering.

Belangrijkste eigenschappen:

• Beperkte chemische bestendigheid
• Goede maatvastheid
• Lagere dichtheid
• Laag-gemiddelde treksterkte
• Shore-hardheid: 15A - 50D
• Maximale continue gebruikstemperatuur: 110°C

Toepassingen: De voorkeur voor soft-touch-toepassingen:

• Ergonomische handgrepen (gereedschap, apparaten)
• Bedieningsknoppen/knoppen (elektronica, apparaten)
• Grepen (fietsen, motorfietsen)
• Gelpads (binnenzolen, muismatten)

COPE's combineren kristallijne polyester harde segmenten met amorfe zachte segmenten, die uitblinken in hittebestendigheid, scheursterkte en slagvastheid. Ze vertonen ook een goede kruipweerstand en lage vochtopname.

Belangrijkste eigenschappen:

• Goede chemische bestendigheid
• Sterke maatvastheid
• Hogere dichtheid
• Hoge treksterkte
• Shore-hardheid: 90A - 80D
• Maximale continue gebruikstemperatuur: 140°C

Toepassingen: Veelomgevingen die vereisen:

• Meubelcomponenten (duurzaamheid/esthetiek)
• Auto-stofhoezen (bescherming tegen verontreinigingen)
• Bumpers (impactabsorptie)
• Prothesen (biocompatibiliteit/duurzaamheid)

PEBA's wisselen polyamide harde blokken af met zachte elastomeerblokken en bieden een uitzonderlijke flexvermoeiingsweerstand, kruipweerstand en slagvastheid. Ze presteren goed bij verhoogde temperaturen met een lage compressieset.

Belangrijkste eigenschappen:

• Goede chemische bestendigheid
• Sterke maatvastheid
• Lagere dichtheid
• Hoge treksterkte
• Shore-hardheid: 80A - 75D
• Maximale continue gebruikstemperatuur: 170°C

Toepassingen: Hoogwaardige toepassingen die vereisen:

• Medische apparaten (katheters, opblaasbare componenten)
• Sportartikelen (skischoenen, hardloopschoenen)
• Elektronica (kabelmantels, connectoren)

Het selecteren van de juiste TPE vereist een uitgebreide evaluatie van de eigenschappen, toepassingen en kostenstructuren van elk type. Door de voordelen en beperkingen van verschillende TPE's grondig te begrijpen, kunnen ingenieurs en ontwerpers de productprestaties optimaliseren, de productiekosten verlagen en uiteindelijk commercieel succes behalen. Voor praktische toepassingen wordt aanbevolen om gedetailleerde technische consultaties met materiaalleveranciers te voeren om een nauwkeurige, betrouwbare materiaalselectie te garanderen.