Chất liệu TPU là gì? Thuộc tính, loại và thời điểm chọn nylon và PA

Chất liệu TPU là gì? Câu trả lời trực tiếp

TPU, viết tắt của polyurethane nhiệt dẻo, là một chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo hoạt động giống như cao su ở sản phẩm cuối cùng và giống như một loại nhựa thông thường trên dây chuyền sản xuất. Khi đun nóng, nó mềm và chảy; khi nguội, nó cứng lại. Khả năng đảo ngược đó là điểm khác biệt rõ ràng giữa TPU và cao su nhiệt rắn: TPU có thể được ép phun, ép đùn và in 3D, đồng thời phế liệu sản xuất có thể được nghiền lại và tái sử dụng.

Về mặt thực tế, TPU là vật liệu bên trong vỏ điện thoại dẻo, ống công nghiệp, bánh xe, băng tải, vỏ cáp, ống thổi treo khí và khuôn đúc mềm. Nó uốn cong, co giãn, hấp thụ tác động và chống mài mòn trượt nhưng vẫn chạy trên thiết bị xử lý nhựa tiêu chuẩn.

Các giá trị điển hình từ các bảng dữ liệu nguyên liệu thô TPU được công bố mang lại một bức tranh khởi đầu hữu ích: độ cứng dao động từ 60 Shore A đến 75 Shore D, độ giãn dài khi đứt nằm trong khoảng từ 300 phần trăm đến 700 phần trăm và nhiệt độ sử dụng liên tục kéo dài khoảng -35 đến 90-120 độ C tùy thuộc vào cấp độ. Con số chính xác thay đổi tùy theo loại polyol và hàm lượng phân đoạn cứng, do đó, loại cuối cùng phải luôn được xác minh dựa trên tài liệu của nhà sản xuất.

TPU được tạo ra như thế nào: Phân đoạn cứng và mềm

TPU được tổng hợp bằng phản ứng polyaddition của ba khối xây dựng: diisocyanate, thường là MDI; polyol chuỗi dài, polyester hoặc polyether; và một diol chuỗi ngắn được gọi là chất mở rộng chuỗi. Diisocyanate phản ứng với phần mở rộng chuỗi để tạo thành các đoạn cứng cứng, trong khi polyol tạo thành các đoạn mềm dẻo. Bởi vì hai loại phân đoạn này không tương thích về mặt hóa học nên chúng tách thành các miền vi mô. Các miền cứng hoạt động như các liên kết chéo vật lý có thể đảo ngược mang lại độ bền và khả năng chịu nhiệt cho TPU, còn các miền mềm cung cấp độ đàn hồi và tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp.

Tỷ lệ cứng-mềm quyết định cảm giác của TPU

Nếu công thức tăng hàm lượng phân đoạn cứng, TPU sẽ trở nên cứng hơn, bền hơn và chịu nhiệt tốt hơn. Nếu hàm lượng phân đoạn mềm tăng lên, TPU sẽ trở nên mềm hơn, đàn hồi hơn và linh hoạt hơn ở nhiệt độ thấp. Đây là lý do tại sao TPU là một họ vật liệu chứ không phải là một công thức duy nhất và tại sao hai loại TPU có cùng độ cứng Shore vẫn có thể khác nhau về khả năng chống mài mòn, độ nén và độ ổn định hóa học.

TPU dựa trên polyester và dựa trên polyether

Hai họ chính đến từ polyol. TPU gốc polyester thường mang lại độ bền kéo và độ bền xé cao hơn, khả năng chống mài mòn tốt hơn và khả năng chống dầu và nhiên liệu mạnh hơn. TPU gốc polyether hoạt động tốt hơn trong việc chống lại quá trình thủy phân, tấn công của vi khuẩn và uốn cong lặp đi lặp lại trong môi trường ẩm ướt. Sự lựa chọn đó quan trọng hơn số lượng độ cứng để có tuổi thọ sử dụng lâu dài.

Các đặc tính chính của TPU: Độ cứng, độ bền và khả năng chống chịu

Các phạm vi thuộc tính bên dưới xuất hiện nhiều lần trong tài liệu kỹ thuật của nhà cung cấp và là những phạm vi mà các kỹ sư hỏi đầu tiên trong quá trình lựa chọn vật liệu.

Hành vi độ cứng

Độ cứng bờ là cách nhanh nhất để truyền đạt yêu cầu TPU. Các loại bộ phận linh hoạt phổ biến nằm trong khoảng từ 80A đến 95A, trong khi các loại bán cứng có dải từ 55D đến 75D. Chỉ độ cứng thôi là chưa đủ: lực nén và độ bền xé dự đoán khả năng bịt kín lâu dài và hoạt động uốn lặp lại tốt hơn, đặc biệt là ở các miếng đệm và ống thổi.

Độ bền cơ học và độ đàn hồi

Độ bền kéo trong phạm vi 25-70 MPa là khiêm tốn so với kim loại hoặc nylon chứa đầy thủy tinh, nhưng TPU có độ bền tương đương với độ giãn dài 300-700 phần trăm. Sự kết hợp quyết định sự hấp thụ năng lượng: vật liệu biến dạng chứ không phải nứt, sau đó trở lại hình dạng ban đầu. Đó là lý do tại sao ốp lưng và ốp lưng TPU vẫn tồn tại khi bị rơi khi làm gãy vỏ cứng.

Giới hạn nhiệt

Các loại TPU tiêu chuẩn được đánh giá cho hoạt động liên tục ở khoảng 90-120 độ C. Các đỉnh ngắn hạn có thể cao hơn, nhưng việc tiếp xúc kéo dài sẽ phá vỡ mạng lưới chất đàn hồi và làm giảm các tính chất cơ học. Nếu ứng dụng nằm gần động cơ nóng, bên trong cụm đèn chiếu sáng kín hoặc bất kỳ nơi nào có nhiệt hàn được áp dụng thì nylon hoặc PPA là hướng an toàn hơn.

Kháng hóa chất và môi trường

TPU gốc polyester có khả năng chống dầu, nhiên liệu và dung môi tốt. TPU gốc polyether chống lại nước, thủy phân và sự phát triển của vi sinh vật. Tiếp xúc với ánh sáng mặt trời làm mất màu và làm giòn TPU chưa biến tính, vì vậy các bộ phận ngoài trời sử dụng lớp cacbon đen hoặc lớp ổn định tia cực tím. Loại chính xác luôn phụ thuộc vào các hóa chất cụ thể mà bộ phận sẽ chạm vào.

TPU và Nylon (PA6, PA66, PPA): Cái nào phù hợp với phần của bạn?

TPU và nylon đều là những loại polyme hiệu suất cao với các giải pháp kỹ thuật khác nhau. Nylon, còn được gọi là polyamit, là một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật bán tinh thể cứng có thành phần hóa học và phân loại được giải thích trong bài viết của chúng tôi về chất liệu nylon là gì . TPU là một chất đàn hồi. Sự lựa chọn thường dẫn đến một câu hỏi: bộ phận đó có uốn cong và nảy lên hay chịu tải và giữ hình dạng không?

Chọn TPU khi bộ phận phải uốn cong

• Vòng đệm, ống thổi, vòng đệm và ống chống bụi uốn cong theo từng chu kỳ
• Vỏ bảo vệ và vỏ chống rơi cho thiết bị điện tử và dụng cụ
• Bánh xe, bánh trượt và con lăn băng tải bị mài mòn liên tục
• Ống mềm cần chịu dầu và bán kính uốn cong chặt
• Các đường viền mềm mại trên tay nắm, tay cầm và núm vặn

Chọn nylon khi bộ phận phải chịu tải và giữ hình dạng

• Bánh răng, ròng rọc và vòng bi cần độ cứng và chống mài mòn
• Giá đỡ và vỏ kết cấu nơi uốn cong có thể gây ra sai lệch
• Các bộ phận chạy liên tục trên 120 độ C
• Các thành phần phải giữ kích thước ở nhiệt độ ẩm, thích hợp cho PPA có độ ẩm thấp

Đối với các bộ phận nằm trong cột nylon, bước tiếp theo là làm cho thành phần hóa học của nylon phù hợp với yêu cầu. các Dòng chip PA6 là điểm khởi đầu tiêu chuẩn để tăng cường độ cứng và cân bằng chi phí. Nếu cường độ và độ lệch nhiệt đều quan trọng thì Dòng chip PA66 nâng cấp trần cơ khí. Đối với các bộ phận điện tử và tiếp xúc với nhiệt, Dòng nhựa PPA giữ cho sự hấp thụ nước ở mức thấp và độ ổn định kích thước cao.

Nhà sản xuất chip nhựa PPA, Nhà máy sản xuất chip nhựa Polyphthalamide Là nhà sản xuất chip nhựa PPA Trung Quốc và nhà máy sản xuất chip nhựa polyphthalamide, Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Ninh Ba Frontechnic... Xem sản phẩm →

Chip nylon 66, chip Polyamide 66, nhà sản xuất chip PA66, nhà máy Là nhà sản xuất chip nylon 66 của Trung Quốc và chip Polyamide 66, nhà máy sản xuất chip PA66, Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Ninh Ba Frontechnic chuyên... Xem sản phẩm →

Nhà sản xuất, nhà máy sản xuất chip nylon 6, Polyamide 6, PA6 Là nhà sản xuất chip nylon 6 của Trung Quốc và chip Polyamide 6, nhà máy sản xuất chip PA6, Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Ninh Ba Frontechnic chuyên... Xem sản phẩm →

Các ứng dụng TPU phổ biến theo ngành

Tính linh hoạt trong xử lý của TPU xuất hiện trên nhiều sản phẩm khác nhau. Các cách sử dụng điển hình bên dưới được sắp xếp theo lĩnh vực để bạn có thể xác định vị trí tương tự gần nhất với bộ phận của mình.

• Thiết bị điện tử tiêu dùng: vỏ điện thoại dẻo, dây đeo đồng hồ thông minh, miếng đệm bảo vệ, vỏ bọc tai nghe và thiết bị giảm căng dây cáp.
• Ô tô: ống treo hệ thống treo khí, ủng bảo vệ, vòng đệm, vỏ bọc cáp và bề mặt cảm ứng mềm bên trong.
• Công nghiệp: băng tải, đai truyền động, bánh xe, ống cao áp, vòng đệm, màng ngăn và các bộ phận giảm chấn.
• Giày dép và đồ thể thao: đế giày, đế giày, miếng bảo vệ và cấu trúc bơm hơi.
• Dệt may và vải tráng: màng chống thấm, thuyền bơm hơi và các lớp quần áo bảo hộ.
• Sản xuất bồi đắp: nguyên mẫu linh hoạt, miếng đệm tùy chỉnh và các bộ phận mềm khối lượng thấp được in bằng dây tóc hoặc bột TPU.

Gia công TPU: Ép phun, ép đùn và in 3D

Xử lý TPU trên thiết bị nhựa thông thường nhưng tuân theo các quy tắc khác với nhựa nhiệt dẻo cứng. Hai điểm gây ra vấn đề về chất lượng nhiều nhất là độ ẩm và độ cắt.

Sấy khô không phải là tùy chọn

Hạt TPU hút ẩm nhanh chóng. Hầu hết các nhà cung cấp khuyến nghị sấy khô ở nhiệt độ 80-100 độ C trong hai đến bốn giờ trước khi chế biến. Vật liệu chưa khô sẽ tạo ra các vết nứt trên các bộ phận đúc và sự sụt giảm có thể đo lường được về tính chất cơ học do độ ẩm làm suy giảm polyme trong quá trình nóng chảy.

Hướng dẫn ép phun

Nhiệt độ nóng chảy điển hình nằm trong khoảng 170-220 độ C tùy thuộc vào loại. Khuôn thường được giữ ở nhiệt độ từ 20 đến 50 độ C. Do độ nhớt của TPU rất nhạy cảm với tốc độ cắt nên các hư hỏng thường gặp là vết cháy do tốc độ phun cao và ảnh hưởng ngắn do hệ thống thông hơi kém. Việc tăng tiết diện cổng và đường dẫn sẽ khắc phục được hầu hết các vấn đề về điền đầy trước khi cần bất kỳ thay đổi công thức nào.

Đùn và in 3D

Quá trình ép đùn màng, tấm và ống tuân theo cùng một quy tắc sấy khô và sử dụng nhiệt độ nóng chảy thấp hơn một chút so với đúc. Đối với in 3D FDM, dây tóc TPU 95A điển hình sẽ in ở nhiệt độ đầu phun khoảng 220-250 độ C và ở tốc độ nạp chậm hơn PLA hoặc nylon để giữ cho dây tóc mềm không bị cong. Các bộ phận TPU được in hy sinh một số độ bền so với các bộ phận đúc do độ bám dính của lớp, nhưng chúng hoạt động tốt đối với nguyên mẫu, miếng đệm và các bộ phận mềm tùy chỉnh.

Cách chọn đúng loại: TPU hoặc nylon

Sử dụng trình tự bên dưới để lọc quyết định nhanh chóng.

1. Quyết định xem bộ phận đó phải uốn cong hay giữ nguyên độ cứng. Phục hồi đàn hồi khi bịt kín và va đập có nghĩa là TPU; khả năng chịu tải và độ chính xác về kích thước có nghĩa là nylon.
2. Đặt mục tiêu độ cứng. Dây đeo và tay cầm đồng hồ có điện áp khoảng 80-95A; các bộ phận có cấu trúc nhưng hơi linh hoạt bắt đầu từ 55D trở lên.
3. Chọn họ polyol. Môi trường dầu và nhiên liệu ưa chuộng TPU làm từ polyester; môi trường ẩm ướt hoặc ngoài trời ưa chuộng TPU dựa trên polyether.
4. Kiểm tra trần cách nhiệt. Nhiệt độ liên tục trên 120 độ C sẽ loại bỏ hầu hết các loại TPU tiêu chuẩn và chỉ vào PA66 hoặc PPA.
5. Kiểm tra độ ẩm và độ ổn định kích thước. Các bộ phận tiếp xúc với nhiệt độ ẩm có khả năng chịu nhiệt tốt hơn trong PPA so với PA6 tiêu chuẩn.

Những cân nhắc về nguồn cung cũng đóng một vai trò nào đó. các hiện trạng của ngành công nghiệp chip nylon 6 ảnh hưởng đến giá cả và thời gian giao hàng đối với các vật liệu gốc PA6, điều này cần được kiểm tra trước khi tiến hành sản xuất quy mô lớn. Nếu khả năng tái chế là ưu tiên hàng đầu, hạt polyamit tái chế là một trong những con đường sẵn có để khép lại vòng lặp rác thải nylon.

Câu hỏi thường gặp về chất liệu TPU

TPU có giống như cao su hay silicone không?

Không. TPU là một chất đàn hồi dẻo nhiệt nên nó nóng chảy và có thể đúc lại. Cao su nhiệt rắn đông cứng và không thể nấu chảy lại. Silicone là một chất đàn hồi khác có khả năng chịu nhiệt cao hơn nhưng có khả năng chống rách và mài mòn mềm hơn. TPU chiến thắng khi độ mài mòn và độ dẻo dai là ưu tiên hàng đầu; silicone chiến thắng ở nơi nhiệt độ cực cao và bộ nén thấp chiếm ưu thế.

Các con số về độ cứng như Shore 95A và Shore 55D có ý nghĩa gì?

Độ cứng bờ đo khả năng chống thụt bằng máy đo độ cứng. Số thang A dưới 80 mô tả các vật liệu mềm, cao su; con số trên 90A mô tả vật liệu dẻo chắc chắn. Số thang D trên 50 mô tả các vật liệu bán cứng vẫn có tính linh hoạt. Các vùng 95A và 55D có cảm giác giống nhau khi cầm trên tay, nhưng hai thang đo sử dụng các dấu thụt lề khác nhau, vì vậy chỉ so sánh trong cùng một thang đo hoặc sử dụng biểu đồ chuyển đổi.

TPU có thể chịu được nhiệt độ bao nhiêu?

Giới hạn sử dụng liên tục đối với các loại TPU tiêu chuẩn là khoảng 80-120 độ C tùy thuộc vào công thức và các loại polyether vẫn linh hoạt ở mức -35 độ C hoặc thấp hơn. Để duy trì nhiệt độ trên 120 độ C, PA66 với chất ổn định nhiệt hoặc PPA là vật liệu thích hợp hơn.

TPU có thể được tái chế?

Vì TPU là nhựa nhiệt dẻo nên phế liệu và mầm cây sản xuất có thể được nghiền lại và xử lý lại, đồng thời các loại TPU tái chế cũng có sẵn trên thị trường. Khả năng tan chảy tương tự đó cũng được áp dụng trong dòng nylon, nơi các hạt polyamit tái chế được sử dụng để giảm hàm lượng vật liệu nguyên chất trong các sản phẩm đúc.

Cái nào chống dầu tốt hơn: TPU hay nylon?

TPU làm từ polyester có khả năng kháng dầu và nhiên liệu tuyệt vời, nhìn chung tốt hơn nylon không gia cố trong các ứng dụng bịt kín linh hoạt. Nylon cũng chống lại dầu, nhưng nó hấp thụ nước và độ ẩm ảnh hưởng đến kích thước theo thời gian. Đối với một bộ phận linh hoạt thường xuyên tiếp xúc với dầu, TPU là lựa chọn hàng đầu thông thường.

Khuôn ép nhựa TPU có khó không?

TPU vốn không khó nhưng nó đòi hỏi phải kiểm soát quy trình chặt chẽ hơn hầu hết các loại nylon. Giữ cho các viên khô ráo, sử dụng nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều loại nhựa kỹ thuật và thiết kế các cổng và lỗ thông hơi rộng rãi; vật liệu lấp đầy tốt. Trong thiết kế dụng cụ, TPU chịu được nhiệt độ khuôn thấp hơn và chu kỳ ngắn hơn so với nylon ổn định nhiệt.