TPR vs TPU 재료 성능의 주요 차이점
December 11, 2025
엔지니어링 플라스틱 분야에서 특정 용도에 맞는 올바른 재료를 선택하는 것은 종종 설계자와 엔지니어에게 어려운 과제입니다. 열가소성 고무(TPR)와 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 널리 사용되는 두 가지 열가소성 엘라스토머로, 각각 다른 용도에 적합한 고유한 특성을 가지고 있습니다. 이 기사에서는 정보에 입각한 재료 선택을 안내하기 위해 재료 특성, 성능 차이 및 실제 적용 분야에 대한 심층적인 비교를 제공합니다.
열가소성 고무(TPR)는 폴리스티렌(PS)과 탄성 미드 블록(일반적으로 부타디엔 기반)으로 구성된 공중합체입니다. 합성 고무의 장점과 열가소성 수지의 가공 이점을 결합하기 위해 개발된 TPR은 일반적으로 SBS 또는 SEBS와 같은 스티렌계 블록 공중합체를 지칭합니다. 이러한 재료는 중량 기준으로 약 30%의 폴리스티렌을 포함하며 나머지는 탄성 미드 블록입니다.
TPR은 우수한 피로 저항성, 화학적 안정성, 충격 강도 및 적당한 재활용성을 제공합니다. 가황이 필요한 기존 고무와 달리 TPR 재료는 연속적인 엘라스토머 상 내에서 물리적 가교 역할을 하는 폴리스티렌 하드 세그먼트를 특징으로 합니다. 부타디엔 성분은 유연성을 제공하는 반면, 강성 폴리스티렌 영역은 구조적 무결성을 유지합니다.
TPR은 내열성, 동적 피로 성능 및 내마모성(타이어 용도에 부적합)에 제한이 있지만, SEBS 기반 TPR은 많은 불포화 고무에 비해 우수한 오존 저항성, 내후성 및 UV 안정성을 나타냅니다. 그러나 가황 EPDM은 일반적으로 장기적인 실외 내구성에 있어 TPR보다 뛰어납니다.
열가소성 폴리우레탄(TPU)은 탄성, 투명성, 내마모성 및 우수한 내유성을 제공하는 광범위한 폴리우레탄 폴리머를 포함합니다. TPU의 고유한 분자 구조는 강도와 유연성을 모두 제공하는 경질 및 연질 폴리머 세그먼트를 번갈아 가며 특징으로 합니다.
분자량과 구성 요소 비율을 조정하여 제조업체는 화학적으로 유사한 재료와 현저히 다른 특성을 가진 TPU 변형체를 생산할 수 있습니다. 경질 세그먼트는 분자간 인력을 통해 유사 결정 영역을 형성하여 TPU의 높은 탄성 계수를 설명하는 가교 요소 역할을 합니다. 한편, 더 길고 부드러운 사슬은 이러한 효과를 완화하여 다양한 경도/탄성을 가진 재료를 생산할 수 있습니다.
TPU는 사출 성형에 적합한 완전 열가소성 거동을 나타내지만, 재활용 공정은 사슬 무결성을 저하시킬 수 있습니다. 경질 구성 요소의 유리 전이 온도 이상으로 가열하면 가교 효과가 완전히 감소합니다.
| 속성 | TPR(미터법) | TPU(미터법) |
|---|---|---|
| 경도, 쇼어 D | ~10–70 | ~55–85 |
| 인장 강도, 극한 | 2–35 MPa | 28.0–96.0 MPa |
| 인장 강도, 항복 | 1–5 MPa | 52–80 MPa |
| 탄성 계수 | 0.02–0.68 GPa | 0.62–5.50 GPa |
| 굴곡 항복 강도 | 2.66–24.1 MPa | 19.0–95.1 MPa |
| 굴곡 계수 | 0.0917–0.814 GPa | 0.520–4.50 GPa |
| Taber 마모, mg/1000 사이클 | 30–800 | 5–25 |
| 융점 | 104–191°C | 185–243°C |
| 선형 열팽창 계수 | 110–170 µm/m°C | 14–56 µm/m°C |
데이터에 따르면 TPU는 일반적으로 인장 강도, 탄성 계수, 굴곡 강도 및 내마모성에서 TPR보다 뛰어나며, TPR은 비용 및 열팽창 계수에서 장점을 제공할 수 있습니다. 두 재료 모두 경도 범위가 겹치지만 TPU는 더 높은 경도 수준을 달성할 수 있습니다.
- TPR 응용 분야: 장난감, 신발 부품, 씰, 전선 및 케이블 절연, 자동차 부품은 TPR의 유연성과 쉬운 가공의 이점을 누릴 수 있습니다.
- TPU 응용 분야: 모바일 장치 케이스, 운동화 밑창, 의료 장비, 자동차 내부 및 산업용 호스는 TPU의 뛰어난 내마모성, 내유성 및 고강도를 활용합니다.
TPR과 TPU는 모두 석유 화학 자원에서 유래하며 유사한 지속 가능성 및 재활용 과제에 직면해 있습니다. TPU는 기계적 재활용이 가능하지만, 이 공정은 일반적으로 열 분해로 인해 분자량과 기계적 특성을 감소시킵니다. 기존의 석유 기반 TPU는 일반적인 매립지 또는 퇴비화 조건에서 생분해되지 않지만, 분해 가능한 세그먼트가 있는 특수 바이오 기반 또는 변형된 TPU 변형체가 등장하고 있습니다.
TPR 또한 기계적 재활용이 가능하지만 일반적으로 성능이 저하된 저등급 재료가 생성됩니다. 대부분의 기존 플라스틱과 마찬가지로 TPR은 자연 환경에서 매우 느리게 분해됩니다. TPR 생산을 위한 조류 유래 단량체에 대한 연구가 계속 진행되고 있습니다.
TPR은 일반적으로 TPU보다 더 나은 비용 효율성을 제공하며, 가격은 일반적으로 킬로그램당 $1.60에서 $2.00 사이인 반면 TPU는 킬로그램당 $3.00에서 $6.00 사이입니다(등급 및 성능 요구 사항에 따라 다름). 엄격한 성능 요구 사항이 없는 응용 분야의 경우 TPR이 종종 더 경제적인 선택입니다.
- 열가소성 가황물(TPE-V 또는 TPV)
- 열가소성 폴리올레핀(TPE-O 또는 TPO)
- 열가소성 공중합체(TPE-E, COPE 또는 TEEE)
- 열가소성 폴리에테르 블록 아미드(TPE-A)
- 스티렌계 블록 공중합체(TPE-S)
- 용융 가공 가능한 고무(MPR)
- 플루오로엘라스토머(FKM, FFKM)
열경화성 폴리머가 실행 가능한 옵션을 나타낼 때 추가 재료 선택이 가능해집니다.
- 가황 천연 고무(NR)
- 폴리이소프렌(IR)
- 폴리클로로프렌(CR)
- 폴리부타디엔(BR)
- 니트릴(부타디엔) 고무(NBR)
- 성능 요구 사항: 인장 강도, 내마모성, 내유성 및 내후성에 대한 요구 사항을 평가합니다.
- 가공 방법: 사출 성형 또는 압출과 같은 제조 공정과의 호환성을 고려합니다.
- 예산 제약: 성능 요구 사항과 비용 효율성의 균형을 맞춥니다.
- 환경적 요인: 내후성 및 화학적 안정성에 대한 요구 사항을 평가합니다.
- 지속 가능성 목표: 가능한 경우 재활용 가능하거나 바이오 기반 재료를 우선시합니다.
TPR과 TPU는 모두 우수한 열가소성 엘라스토머 옵션을 나타내며, 각각 고유한 장점과 제한 사항이 있습니다. 재료 특성, 적용 적합성 및 성능 특성을 철저히 이해하고 특정 프로젝트 요구 사항을 신중하게 평가함으로써 엔지니어와 설계자는 응용 분야에 가장 적합한 성능과 가치를 제공하는 최적의 재료를 선택할 수 있습니다.