Panduan untuk Memilih Elastomer Termoplastik TPE TPV TPU

Dalam dunia material rekayasa, menemukan keseimbangan sempurna antara fleksibilitas karet dan kemampuan cetak plastik telah lama menjadi tantangan. Elastomer termoplastik (TPE) muncul sebagai material yang menggabungkan yang terbaik dari kedua dunia. Namun, dengan keluarga TPE yang luas termasuk anggota penting seperti vulkanisat termoplastik (TPV) dan poliuretan termoplastik (TPU), masing-masing dengan keunggulan kinerja dan aplikasi yang berbeda, para insinyur dan desainer seringkali menghadapi dilema: material mana yang paling sesuai dengan kebutuhan spesifik mereka?

Memahami TPE, TPV, dan TPU: Perbedaan Utama

Elastomer termoplastik (TPE) mewakili bukan satu material tunggal tetapi kelas polimer yang menunjukkan elastisitas seperti karet sambil mempertahankan kemampuan proses termoplastik. Kategori ini mencakup berbagai material dengan struktur kimia dan sifat yang beragam.

TPV, varian TPE khusus, dibuat melalui vulkanisasi dinamis yang mendispersikan fase karet (biasanya EPDM) di dalam fase plastik (biasanya polipropilena PP), menghasilkan ketahanan panas dan kimia yang luar biasa. TPU menonjol dalam keluarga TPE karena ketahanan aus dan kekuatan mekaniknya yang luar biasa, dengan beberapa kelas menyaingi plastik rekayasa.

Perbedaan mendasar terwujud dalam beberapa aspek:

Struktur Kimia

• TPE: Struktur beragam termasuk kopolimer blok stirena dan kopolimer olefin
• TPV: Campuran vulkanisasi dinamis dari karet EPDM dan PP
• TPU: Polimer linier yang terbentuk dari reaksi isosianat, poliol, dan penambah rantai, yang mengandung gugus urethane karakteristik

Rentang Kekerasan

TPU menawarkan spektrum kekerasan terluas (kekerasan Shore 60A hingga 80D), mampu menghasilkan material yang sangat lunak dan sangat kaku. TPE biasanya berkisar antara 20A dan 100A, sedangkan TPV berada di antara keduanya (40A hingga 60D).

Ketahanan Suhu

TPV menunjukkan toleransi suhu yang unggul (-60°C hingga 135°C penggunaan terus-menerus, dengan ketahanan jangka pendek hingga 150°C). TPU berkinerja baik dalam kondisi sedang (-40°C hingga 120°C, dengan kelas khusus mencapai 140°C), sedangkan TPE standar menunjukkan stabilitas termal yang lebih terbatas (-50°C hingga 80°C).

Metode Pemrosesan

Ketiga material mengakomodasi teknik pemrosesan termoplastik seperti cetakan injeksi dan ekstrusi, meskipun TPV umumnya membutuhkan suhu pemrosesan yang lebih tinggi.

Perbandingan Kinerja Mekanik

Sifat mekanik sangat memengaruhi pemilihan elastomer. TPE, TPV, dan TPU menunjukkan variasi signifikan dalam kekuatan tarik, perpanjangan, dan set kompresi, yang secara langsung memengaruhi kesesuaian aplikasinya.

Kekuatan Tarik dan Perpanjangan

TPU biasanya memimpin dalam kekuatan tarik (20-50 MPa) dengan perpanjangan sedang (300-600%). TPV menunjukkan kekuatan tarik menengah (5-15 MPa) dengan perpanjangan yang baik (200-500%), sedangkan TPE umumnya menawarkan kekuatan tarik yang lebih rendah (3-10 MPa) tetapi beberapa formulasi melebihi perpanjangan 1000%.

Set Kompresi

TPV unggul dalam ketahanan set kompresi (20-40%), menjadikannya ideal untuk aplikasi penyegelan jangka panjang. TPU menunjukkan kinerja menengah (30-50%), dengan TPE standar menunjukkan hasil yang relatif lebih buruk (40-70%).

Ketahanan Terhadap Keausan

Ketahanan abrasi TPU melampaui karet konvensional sebesar 5-10 kali lipat, dengan TPV menunjukkan peningkatan 3-5 kali lipat. TPE berkinerja sebanding dengan karet standar atau sedikit lebih baik. Dalam kekuatan sobek, TPU kembali memimpin (50-100 kN/m), diikuti oleh TPV (20-50 kN/m), dengan TPE menunjukkan nilai terendah (10-30 kN/m).

Ketahanan Lingkungan

Toleransi lingkungan secara signifikan memengaruhi umur material dalam kondisi yang keras, yang mencakup ketahanan suhu, kompatibilitas kimia, dan ketahanan cuaca (ketahanan UV dan ozon).

Ketahanan Kimia

Ketahanan Cuaca

TPV menunjukkan ketahanan cuaca yang unggul, dengan masa pakai di luar ruangan melebihi 10 tahun. TPU cenderung menguning dan terdegradasi di bawah paparan UV yang berkepanjangan, sedangkan ketahanan cuaca TPE bervariasi menurut formulasi, dengan TPE stirena umumnya menunjukkan kinerja yang lebih buruk.

Karakteristik Pemrosesan dan Pertimbangan Biaya

Parameter pemrosesan dan faktor ekonomi secara signifikan memengaruhi pemilihan material. Variasi suhu leleh, penyusutan cetakan, persyaratan pengeringan, dan biaya secara langsung memengaruhi efisiensi produksi dan ekonomi produk akhir.

Parameter Pemrosesan

• Rentang Suhu Leleh: TPV: 180-230°C; TPU: 170-220°C; TPE: 150-200°C
• Penyusutan Cetakan: TPU: 0.8-1.5%; TPV: 1.2-2.0%; TPE: 1.5-3.0%
• Persyaratan Pengeringan: TPU membutuhkan pengeringan yang ketat (<0.02% kelembaban); TPV/TPE tidak sensitif terhadap kelembaban

Faktor Biaya

Untuk kelas umum, TPU biasanya mematok harga tertinggi ($3.5-6/kg), TPV menempati kisaran menengah ($2.5-4.5/kg), sedangkan TPE tetap paling ekonomis ($2-3.5/kg). Efisiensi produksi bervariasi, dengan TPE mendingin paling cepat untuk waktu siklus yang lebih pendek, sedangkan TPU membutuhkan waktu penahanan yang lebih lama dan pendinginan yang lebih lambat.

Domain Aplikasi

Setiap material telah mengukir ceruk aplikasi yang berbeda berdasarkan karakteristik kinerja yang unik.

Aplikasi TPE

• Barang konsumen: Gagang sikat gigi, pegangan pisau cukur, mainan
• Elektronik: Casing ponsel, kabel headphone
• Medis: Masker pernapasan, selang IV, kateter
• Pengemasan: Segel wadah makanan, tab tarik kaleng

Aplikasi TPV

• Otomotif: Sepatu bot debu, segel jendela, saluran udara
• Industri: Selang tahan bahan kimia, ban berjalan, paking
• Konstruksi: Segel pintu/jendela, membran atap

Aplikasi TPU

• Industri: Segel hidrolik, layar penambangan, ban berjalan
• Konsumen: Sol sepatu, peralatan olahraga, komponen bagasi
• Elektronik: Selubung kabel, baling-baling drone
• Medis: Katup jantung buatan, perangkat ortotik

Kerangka Pemilihan Material

Saat memilih di antara material ini, pertimbangkan kerangka pengambilan keputusan berikut:

Persyaratan Kinerja Utama

• Ketahanan suhu tinggi (>100°C)? → Prioritaskan TPV
• Ketahanan aus yang luar biasa? → Pilih TPU
• Sentuhan taktil yang lembut penting? → TPE lebih disukai

Faktor Lingkungan

• Paparan luar ruangan atau kontak oli? → TPV
• Sterilisasi yang sering diperlukan? → TPE kelas medis
• Paparan pelarut polar? → Hindari TPU

Kendala Pemrosesan

• Bagian kompleks berdinding tipis? → TPE menawarkan aliran yang lebih baik
• Batas suhu peralatan? → Pilih pemrosesan TPE pada suhu yang lebih rendah
• Pemrosesan sekunder (misalnya, pengelasan)? → TPV optimal

Pertimbangan Ekonomi dan Keberlanjutan

• Anggaran terbatas? → TPE paling ekonomis
• Daur ulang sangat penting? → Semua material dapat didaur ulang, TPE paling mudah
• Masa pakai yang diperpanjang diperlukan? → TPU atau TPV mungkin terbukti lebih hemat biaya