熱塑性ラストマーの選択ガイド TPE TPV TPU

エンジニアリング材料の世界では、ゴムの柔軟性とプラスチックの成形性の完璧なバランスを見つけることが長年の課題でした。熱可塑性エラストマー（TPE）は、両方の長所を組み合わせた材料として登場します。しかし、熱可塑性加硫物（TPV）や熱可塑性ポリウレタン（TPU）などの注目すべきメンバーを含む広大なTPEファミリーがあり、それぞれが異なる性能上の利点と用途を持っているため、エンジニアやデザイナーはしばしばジレンマに直面します。どの材料が特定のニーズに最適でしょうか？

TPE、TPV、およびTPUの理解：主な違い

熱可塑性エラストマー（TPE）は、単一の材料ではなく、熱可塑性加工性を維持しながらゴムのような弾性を示すポリマーのクラスを表します。このカテゴリには、さまざまな化学構造と特性を持つさまざまな材料が含まれます。

特殊なTPEバリアントであるTPVは、プラスチック相（通常はポリプロピレンPP）内にゴム相（通常はEPDM）を分散させる動的加硫によって作成され、優れた耐熱性と耐薬品性をもたらします。TPUは、その優れた耐摩耗性と機械的強度でTPEファミリーの中で際立っており、一部のグレードはエンジニアリングプラスチックに匹敵します。

基本的な違いは、いくつかの側面で現れます。

化学構造

• TPE：スチレン系ブロックコポリマーやオレフィン系コポリマーなど、多様な構造
• TPV：EPDMゴムとPPの動的加硫ブレンド
• TPU：イソシアネート、ポリオール、および鎖延長剤の反応から形成された線状ポリマーで、特徴的なウレタン基を含んでいます

硬度範囲

TPUは、非常に柔らかい材料と非常に硬い材料の両方を製造できる、最も広い硬度スペクトル（60Aから80Dショア硬度）を提供します。TPEは通常20Aから100Aの範囲であり、TPVはこれら2つの間（40Aから60D）にあります。

耐熱性

TPVは優れた耐熱性を示します（-60℃から135℃の連続使用、短期間の耐久性は最大150℃）。TPUは中程度の条件下で良好に機能します（-40℃から120℃、特殊グレードは140℃に達します）。標準的なTPEは、より限定的な熱安定性を示します（-50℃から80℃）。

加工方法

3つの材料すべてが、射出成形や押出成形などの熱可塑性加工技術に対応していますが、TPVは一般的に高い加工温度を必要とします。

機械的性能比較

機械的特性は、エラストマーの選択に不可欠な影響を与えます。TPE、TPV、およびTPUは、引張強度、伸び、および圧縮永久歪みに大きなばらつきを示し、それらの用途への適合性に直接影響します。

引張強度と伸び

TPUは通常、引張強度（20〜50 MPa）でリードし、中程度の伸び（300〜600％）を示します。TPVは、中程度の引張強度（5〜15 MPa）と良好な伸び（200〜500％）を示し、TPEは一般的に低い引張強度（3〜10 MPa）を提供しますが、一部の配合物は1000％を超える伸びを示します。

圧縮永久歪み

TPVは、圧縮永久歪み抵抗（20〜40％）に優れており、長期的なシーリング用途に最適です。TPUは中程度の性能（30〜50％）を示し、標準的なTPEは比較的低い結果（40〜70％）を示します。

耐摩耗性と耐引裂性

TPUの耐摩耗性は、従来のゴムよりも5〜10倍優れており、TPVは3〜5倍の改善を示しています。TPEは、標準的なゴムと同等またはわずかに優れた性能を発揮します。引裂強度では、TPUが再びリードし（50〜100 kN / m）、TPV（20〜50 kN / m）が続き、TPEは最も低い値（10〜30 kN / m）を示します。

環境抵抗性

環境許容度は、過酷な条件下での材料の寿命に大きな影響を与え、耐熱性、化学的適合性、耐候性（UVおよびオゾン耐性）を含みます。

耐薬品性

耐候性

TPVは優れた耐候性を示し、屋外での耐用年数は10年を超えます。TPUは、長時間のUV曝露下で黄変し劣化する傾向があり、TPEの耐候性は配合によって異なり、スチレン系TPEは一般的に性能が劣ります。

加工特性とコストに関する考慮事項

加工パラメータと経済的要因は、材料の選択に大きな影響を与えます。溶融温度、成形収縮、乾燥要件、およびコストの変動は、生産効率と最終製品の経済性に直接影響します。

加工パラメータ

• 溶融温度範囲： TPV：180〜230℃; TPU：170〜220℃; TPE：150〜200℃
• 成形収縮： TPU：0.8〜1.5％; TPV：1.2〜2.0％; TPE：1.5〜3.0％
• 乾燥要件： TPUは厳格な乾燥（<0.02％水分）が必要です。TPV / TPEは湿度に影響されません

コスト要因

一般的なグレードの場合、TPUは通常、最も高い価格（$ 3.5〜6 / kg）を要求し、TPVは中程度の範囲（$ 2.5〜4.5 / kg）を占め、TPEは最も経済的（$ 2〜3.5 / kg）です。生産効率は異なり、TPEはサイクルタイムを短縮するために最も速く冷却され、TPUは保持時間を長くし、冷却を遅くする必要があります。

アプリケーションドメイン

各材料は、独自の性能特性に基づいて、明確なアプリケーションニッチを切り開いています。

TPEアプリケーション

• 消費者向け製品：歯ブラシのハンドル、カミソリのグリップ、おもちゃ
• 電子機器：電話ケース、ヘッドホンケーブル
• 医療：呼吸マスク、IVチューブ、カテーテル
• 包装：食品容器のシール、缶のプルタブ

TPVアプリケーション

• 自動車：ダストブーツ、窓シール、エアダクト
• 産業：耐薬品性ホース、コンベアベルト、ガスケット
• 建設：ドア/窓シール、屋根材

TPUアプリケーション

• 産業：油圧シール、採掘スクリーン、コンベアベルト
• 消費者：靴底、スポーツ用品、荷物部品
• 電子機器：ケーブルシース、ドローンプロペラ
• 医療：人工心臓弁、整形外科用デバイス

材料選択フレームワーク

これらの材料の中から選択する場合は、次の意思決定フレームワークを検討してください。

主な性能要件

• 高温耐性（> 100℃）？→TPVを優先
• 優れた耐摩耗性？→TPUを選択
• ソフトな触感が重要ですか？→TPEが好ましい

環境要因

• 屋外暴露またはオイル接触？→TPV
• 頻繁な滅菌が必要ですか？→医療グレードのTPE
• 極性溶剤への暴露？→TPUを避けてください

加工上の制約

• 複雑で薄肉の部品？→TPEはより良い流れを提供します
• 機器の温度制限？→より低い温度でTPE処理を選択
• 二次加工（溶接など）？→TPVが最適

経済的および持続可能性に関する考慮事項

• 予算が限られていますか？→TPEが最も経済的
• リサイクル可能性が重要ですか？→すべての材料はリサイクル可能で、TPEが最も簡単です
• 長寿命が必要ですか？→TPUまたはTPVの方が費用対効果が高い可能性があります