Thermoplastische Elastomere verändern die Materialwissenschaft

Stellen Sie sich ein Material vor, das die weiche Elastizität von Gummi mit der Formbarkeit und Recyclingfähigkeit von Kunststoff vereint. Könnte ein solches Material unser Verständnis von traditionellen Materialien neu definieren? Thermoplastische Elastomere (TPE) gehen in diese Richtung und könnten potenziell eine ideale Alternative zu Gummi werden und sogar eine Materialrevolution auslösen.

Im Bereich des Kunststoffspritzgusses ist die Materialauswahl entscheidend. Unternehmen wie Zhongding Resin widmen sich seit langem der Forschung und Anwendung verschiedener Harze und haben umfangreiche Erfahrungen gesammelt. Dieser Artikel konzentriert sich auf eine spezielle Art von Harz – thermoplastische Elastomere (TPE) – die gummiähnliche Eigenschaften mit der Verarbeitbarkeit von Kunststoffen kombinieren und in verschiedenen Branchen zunehmend von sich reden machen.

Was sind thermoplastische Elastomere (TPE)?

Der Begriff „Elastomer“ ist ein weit gefasster Begriff, der sowohl duroplastische Gummiarten als auch thermoplastische Elastomere umfasst, wobei letztere durch Spritzguss verarbeitet werden können. TPE, kurz für Thermoplastische Elastomere, sind Polymermaterialien, die eine gummiähnliche Elastizität aufweisen. Ähnlich wie herkömmliche Kunststoffe weisen TPE bei Raumtemperatur Weichheit und Elastizität auf, erweichen aber bei hohen Temperaturen und erhalten die Formbarkeit von Kunststoffen. Infolgedessen können TPE das hervorragende taktile Gefühl und die Leistung von Gummi bieten und gleichzeitig effizient verarbeitet und recycelt werden wie Kunststoffe.

Typischerweise werden thermoplastische Elastomere einfach als „Elastomere“ bezeichnet, während duroplastische Elastomere als „Gummi“ bezeichnet werden. Die thermoplastische Natur von TPE ist ihr definierendes Merkmal, was bedeutet, dass sie mit denselben Geräten wie Kunststoffformen verarbeitet werden können, wie z. B. Kompression, Extrusion und Spritzguss. Noch wichtiger ist, dass TPE im Gegensatz zu duroplastischen Elastomeren wie Gummi weniger anfällig für Alterung sind und erneut pelletiert und umgeformt werden können, was sie zu einer umweltfreundlicheren Wahl macht.

Struktur und Eigenschaften von TPE: Das Geheimnis hinter ihrer doppelten Natur

Die einzigartige Leistung von TPE beruht auf ihrer ausgeprägten Molekülstruktur. TPE bestehen typischerweise aus zwei oder mehr Komponenten:

• Weiches Segment: Bietet gummiähnliche Elastizität.
• Hartes Segment: Verleiht Formbarkeit und wirkt als Vernetzungspunkt.

Bei Raumtemperatur aggregieren die harten Segmente zu Mikrodomänen, die als physikalische Vernetzungspunkte dienen, die dem Material seine gummiartige Elastizität verleihen. Wenn die Temperatur steigt, schmelzen die harten Segmente, die Vernetzungspunkte verschwinden und das Material wird formbar, was die Verarbeitung und Formgebung ermöglicht. Einfach ausgedrückt sind TPE wie Strukturen, die aus „Bausteinen“ mit unterschiedlichen Funktionen aufgebaut sind und zusammenarbeiten, um die Vorteile von Gummi und Kunststoff zu vereinen.

Diese einzigartige Struktur ermöglicht es TPE, sowohl die Leistungseigenschaften von Gummi als auch die Verarbeitungsvorteile von Kunststoffen aufzuweisen. Sie lassen sich leicht einfärben und können nach dem Formen wie andere Harze recycelt werden, was sie zu einem idealen Ersatz für Gummi macht.

TPE-Härte: Ein Schlüsselfaktor bei der Verarbeitung

Im Bereich der TPE ist die Härte ein entscheidender Parameter. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffen bezieht sich die Härte von TPE auf die inhärente Weichheit oder Festigkeit des Materials, nicht auf die Oberflächenhärte. Verschiedene TPE-Qualitäten weisen unterschiedliche Härten auf, was sich auf die Misch- und Pelletierprozesse auswirkt. Für Unternehmen wie Zhongding Resin, die Strangschneidesysteme verwenden, ist die Härte besonders wichtig, da sie sich direkt auf die Pelletiereffizienz und -qualität auswirkt.

Arten und Anwendungen von TPE: Eine vielfältige Materialfamilie

TPE bilden eine riesige Familie, die aufgrund ihrer chemischen Strukturen und Leistungseigenschaften in mehrere Typen unterteilt wird. Im Folgenden sind einige gängige TPE-Typen und ihre Anwendungen aufgeführt:

Styrol-Blockcopolymere (SBS, SEBS)

Eigenschaften: Hervorragende gummiähnliche Eigenschaften, gute Witterungsbeständigkeit und thermische Stabilität sowie starke Verträglichkeit mit anderen Harzen. Oftmals als Schlagzähmodifikatoren für Materialien wie PP verwendet.

Anwendungen: Weit verbreitet in Konsumgütern, Spielzeug, Schuhen, Klebstoffen und mehr. In letzter Zeit ist die Nachfrage nach hydrierten styrolischen TPEs – die die Transparenz von PP-Harzen beibehalten und gleichzeitig als Weichmacher dienen – im medizinischen Bereich gestiegen.

Thermoplastische Polyolefin-Elastomere (TPO)

Eigenschaften: Leicht, hervorragende Hitzebeständigkeit (nur Polyester-basierten TPEs unterlegen) und Witterungsbeständigkeit.

Anwendungen: Weit verbreitet in Automobilinnenräumen, Stoßfängern, Baumaterialien und Verpackungsfolien. Manchmal einfach als TPO bezeichnet.

Thermoplastische Polyester-Elastomere (TPEE)

Eigenschaften: Hohe Chemikalien- und Hitzebeständigkeit, wobei einige Qualitäten Temperaturen bis zu 120 °C standhalten. Ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit und Haltbarkeit, bleiben bei niedrigen Temperaturen flexibel, aber mit schlechter Witterungsbeständigkeit.

Anwendungen: Wird häufig als Gummiersatz in Automobilinnenräumen, Schläuchen und elektrischen Komponenten verwendet. Historisch als TPEE bezeichnet.

Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPU)

Eigenschaften: Hervorragende mechanische Festigkeit, Abriebfestigkeit und Biegefestigkeit.

Anwendungen: Wird häufig in Automobilinnenräumen und Sportgeräten verwendet. Aufgrund ihres Polyurethan-Gehalts sind TPUs mit Strangschneidesystemen ohne Spezialausrüstung schwer zu verarbeiten.

Thermoplastische Polyamid-Elastomere (TPA)

Eigenschaften: Zäh, mit ausgezeichneter Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit. Weist nylonartige Eigenschaften und eine gute Schalldämpfungsleistung auf.

Anwendungen: Begrenzt aufgrund geringerer Gummielastizität und höherer Kosten. Hauptsächlich in Zahnrädern und ähnlichen Anwendungen verwendet. Historisch als TPAE bezeichnet, jetzt typischerweise als TPA abgekürzt.

TPE-Anwendungen: Von der Automobilindustrie bis zum Gesundheitswesen

TPE werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt und decken fast jede Anwendung ab, in der Gummi oder Kunststoffe benötigt werden. Einige bemerkenswerte Beispiele sind:

• Automobilindustrie: Innenraumkomponenten (z. B. Armaturenbretter, Türverkleidungen), Dichtungen, Kabel- und Leitungsisolierungen sowie schwingungsdämpfende Teile.
• Konsumgüter: Spielzeug, Werkzeuggriffe, Sportgeräte, Schuhe und Elektronikgehäuse.
• Medizinischer Bereich: Medizinische Geräte, IV-Schläuche und Operationshandschuhe.
• Industrielle Anwendungen: Dichtungen, Schläuche, Drähte, Kabel und Förderbänder.

Die Zukunft von TPE: Nachhaltigkeit, hohe Leistung und Individualisierung

Da Umweltbewusstsein und Nachhaltigkeit immer wichtiger werden, bergen TPE – da sie recycelbar sind – ein großes Versprechen für die Zukunft. Zukünftig wird erwartet, dass sich TPE in folgende Richtungen entwickeln:

• Umweltfreundlichkeit: Entwicklung von mehr biobasierten und biologisch abbaubaren TPEs, um die Abhängigkeit von Erdölressourcen zu verringern und die Umweltbelastung zu minimieren.
• Hohe Leistung: Verbesserung der Hitzebeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und chemischen Korrosionsbeständigkeit durch Modifikationen und Mischungen, um die Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern.
• Individualisierung: Zuschnitt von TPE mit spezifischen Eigenschaften, um den individuellen Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden.

Fazit

Thermoplastische Elastomere (TPE) ersetzen mit ihren doppelten Vorteilen von Gummi und Kunststoff nach und nach traditionelle Materialien und werden zu einer wichtigen Wahl in allen Branchen. Mit dem Fortschritt der Technologie und der Diversifizierung der Anwendungen werden TPE voraussichtlich eine noch größere Rolle in der Materiallandschaft spielen. Unternehmen wie Zhongding Resin werden weiterhin Innovationen im TPE-Bereich vorantreiben und überlegene Produkte und Lösungen anbieten, um die Branche voranzutreiben.