Thermoplastische Elastomere (TPE): Was ist das? 

Da TPE-Materialien in verschiedenen Typen erhältlich sind, ist es wichtig, eines zu wählen, das am besten zu Ihrer Anwendung passt. Folglich untersucht dieser Artikel die verfügbaren TPE-Materialien und wie man sie auswählt.

Was ist TPE?

TPEs (Thermoplastisches Elastomer) sind gummiartige Materialien; Sie sind weich, flexibel und leicht zu verarbeiten. Darüber hinaus sind TPEs aufgrund ihrer molekularen Struktur hochelastisch.

Thermoplastische Gummis haben mehrere Vorteile, einschließlich ihrer Fähigkeit, nach Kompression oder Dehnung in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Daher sind sie langlebiger und haben eine bessere physikalische Reichweite als andere Materialien.

Wie werden TPEs hergestellt?

Die Herstellungsmethode für TPEs besteht darin, ein steifes Polymer mit einem flexiblen Elastomer zu mischen, entweder mechanisch oder auf chemischem Wege. Im Rahmen mechanischer Methoden werden TPEs mithilfe von Compoundiermaschinen mit hoher Scherung hergestellt, die das Elastomer und das starre Polymer ständig miteinander vermischen.

Die Rohstoffe im mechanischen Prozess sollten eine den Prozessbedingungen entsprechende Viskosität haben. Daher ist es immer am besten, die Parameter der Materialien vor dem Mischen zu berücksichtigen.

Chemisch werden TPEs durch dynamische Vulkanisation hergestellt. Weitere Einzelheiten finden Sie im Artikel „Was ist Vulkanisation und vulkanisierter Gummi??“ Dynamisch vulkanisierte TPEs haben zwei Elastomerphasen – diskontinuierlich und vernetzt. Die beiden Phasen entstehen dadurch, dass die weiche Elastomerphase der Rohstoffe bei hohen Temperaturen und Schergeschwindigkeiten teilweise vulkanisiert.

Die Temperatur muss über dem Schmelzpunkt des Thermoplasten liegen, um das zu aktivieren und zu vervollständigen Vulkanisationsprozess. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollten daher vor der dynamischen Vulkanisation Faktoren wie Materialverträglichkeit, Aushärtungsgrad und Partikelgröße berücksichtigt werden.

Wo werden TPEs eingesetzt?

TPEs werden in Anwendungen verwendet, die flexible Materialien erfordern. Das Material ist kostengünstig und sicher und bietet Qualität und geringe Toxizität. Darüber hinaus sind TPEs vielseitig und einfach zu verarbeiten. Daher ist das Material für mehrere Anwendungen geeignet.

Im Allgemeinen stellen TPEs Dichtungsmittel und Beschichtungen, Elektronik und Sportartikel her. Sie sind aufgrund ihrer Sicherheit und geringen Toxizität auch in der medizinischen Industrie hilfreich.

Arten von TPEs

Es gibt verschiedene Arten von TPEs, die sich in Struktur und Bestandteilen unterscheiden. Zu den gängigen Arten von TPEs gehören:

• Styrol-TPE
• Olefinische TPEs
• Urethan-TPEs
• Polyester-TPE
• Polyamid-TPE
• Vulkanisieren von TPEs
• Weich-PVC

Thermoplastische Styrol-Elastomere (SBC / TPS / TPE-S)

Styrol-Blockcopolymere (SBCs) sind die am häufigsten verwendeten TPE-Materialien. Die Vielseitigkeit von Styrolblockcopolymeren beruht auf ihrer einzigartigen mehrphasigen Struktur. Diese Struktur besteht aus Endblöcken aus weichem Rohmaterial und Mittelblöcken aus hartem Styrol.

Durch Blockcopolymerisation entstehen SBC-Formen. Zu den Materialeigenschaften von SBC gehören hohe Abriebfestigkeit, Zugfestigkeit und Elastizität. Darüber hinaus funktionieren thermoplastische Styrol-Elastomere über einen weiten Temperaturbereich und absorbieren Stöße in unterschiedlichem Maße.

Einige Anwendungen, die SBCs verwenden, umfassen die Herstellung von Harzen, Additiven und Füllstoffen.

Olefinisches thermoplastisches Elastomer (TPE-O/TPO)

Thermoplastische Polyolefine (TPOs) sind TPE-Verbindungen, die durch Mischen unvernetzter Stoffe entstehen EPDM-Gummi und Polyolefine. Zu den Eigenschaften von TPO gehören eine hohe chemische Beständigkeit und Festigkeit sowie niedrige Dichten.

Darüber hinaus eignen sich thermoplastische Polyolefine für Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit und eine hohe plastische Beständigkeit erfordern.

Thermoplastische Urethan-Elastomere (TPU / TPE-U)

Es kommt zur Polyadditionsreaktion von Polyisocyanaten und Diolen bzw. Polyolen Thermoplastisches Polyurethan (TPU). Die Urethangruppe ist ein charakteristisches Merkmal von TPUs, das dem Material über einen weiten Bereich unterschiedliche Eigenschaften verleiht.

TPU weisen unterschiedliche Konzentrationen des Vernetzungsgrades, des Isocyanats und der OH-Komponente auf. Daher sind sie zur Verwendung als Elastomerlegierungen und Kautschukersatz geeignet.

Thermoplastisches Polyurethan hat Materialeigenschaften, einschließlich guter Sauerstoff- und Ozonbeständigkeit, ausgezeichneter Abriebfestigkeit und thermischer Eigenschaften. Das Material ist außerdem dehnbar und besitzt eine hohe Reißfestigkeit.

Thermoplastische Polyester-Elastomere (TPE-E/TPC)

Thermoplastische Polyester (TPCs) sind Polymere mit einer linearen Blockstruktur. Sie haben jedoch sowohl einen kristallinen als auch einen amorphen Abschnitt. Dadurch sind TPCs elastisch und leicht zu verarbeiten.

Darüber hinaus macht der kristalline Anteil eines thermoplastischen Copolyesters das Material in einem weiten Bereich temperaturbeständig. Das Material hat außerdem Eigenschaften wie eine gute Alterungs- und Chemikalienbeständigkeit.

Darüber hinaus haben TPCs hervorragende elektrische Eigenschaften, wodurch sie sich für die Herstellung von Kabeln und Schläuchen in der Automobilindustrie eignen.

Thermoplastische Polyamid-Elastomere (COPA / TPA / TPE-A)

Polyamidblockcopolymere (TPAs) sind elastische Materialien, die aus Copolymeren hergestellt sind, einschließlich Polyetheramid, Polyesteramid oder Polyetheresteramid. Die physikalischen Eigenschaften von TPA hängen von der Anzahl, Länge und Art seiner Copolymerblöcke ab.

Im Allgemeinen Thermoplastische Polyamide sind ideal für Anwendungen, die hohe Temperaturen erfordern und dem Ölbeständigkeit. Dieser TPE-Typ ist auch bei niedrigen Temperaturen flexibel. Zu den weiteren physikalischen Eigenschaften von TPA gehören seine hervorragende Chemikalien- und Witterungsbeständigkeit sowie seine Abrieb- und Schlagfestigkeit.

Vulkanisate Thermoplastische Elastomere (TPV /TPE-V/ EA)

Thermoplastische Vulkanisate (TPVs) werden durch den dynamischen Vulkanisationsprozess hergestellt. Dieses TPE-Material ist eine Mischung aus Polypropylenverbindungen und EPDM-Gummi. TPVs haben gummiartige Eigenschaften und sind kostengünstig.

Darüber hinaus haben TPVs hervorragende thermische Eigenschaften. Daher werden sie in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. Sie haben auch gute öl- und chemikalienbeständige Eigenschaften.

Weich-PVC Thermoplastische Elastomere (TPVC)

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein häufig verwendetes Polymer in der Kunststoffproduktion. Die Kettenpolymerisation von Vinylchlorid erzeugt PVC, das amorph, spröde und komplex ist. Die Zugabe von Weichmachern erhöht jedoch die Verarbeitungsfähigkeit von PVC und macht es für verschiedene Anwendungen geeignet.

PVC ist in zwei Kategorien erhältlich – weich und starr. Obwohl Weichmacher die Flexibilität von PVC erhöhen, haben sie ihre Schattenseiten. Beispielsweise sind Produkte aus Weich-PVC weniger langlebig und nur begrenzt recycelbar. Außerdem sind Weichmacher gesundheitsschädlich und können in Lebensmittel und die Umwelt gelangen.

Die Vorteile von TPEs

Geringerer Energieverbrauch: TPEs haben kurze Formzyklen und lassen sich schnell verarbeiten. Dadurch verbrauchen sie weniger Energie.

Niedrige Kosten: TPEs haben niedrigere Volumen- und Qualitätskontrollkosten. Die geringe Dichte des Materials im Vergleich zu herkömmlichen Gummimaterialien führt zu niedrigen Volumenkosten. Darüber hinaus führen die Konsistenz und Reproduzierbarkeit von TPE-Harzen zu geringeren Kosten für die Qualitätskontrolle.

Minimale Compoundierung: TPEs haben wenig bis gar keine Compoundierung. Die meisten dieser Materialien sind aufgrund ihrer vollständigen Formulierung in der Regel verarbeitungsfertig.

Kosten für Fertigteile: TPEs haben kurze Herstellungszeiten und Formzyklen. Daher benötigen sie mehrere Sekunden für die Verarbeitung, was zu niedrigeren Kosten für fertige Teile führt.

Härtebereich: TPEs haben einen großen Härtebereich. Sie besitzen Shore A-, Shore C- und Shore D-Härtebereiche.

Permeabilität: TPEs haben eine geringe Permeabilität und besitzen gute Färbeeigenschaften

Widerstand: thermoplastischer Kautschuk ist innerhalb bestimmter Temperaturen hitze- und ölbeständig.

Anwendungen: TPEs werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Sie sind in mehreren Branchen nützlich, darunter Medizin und Automobil.

Elektrische Isolierung: TPEs haben hervorragende Eigenschaften, die sie für elektronische Anwendungen nützlich machen.

Anwendungen von TPEs

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit sind TPEs in mehreren Branchen hilfreich, darunter;

• Medizintechnik

Aufgrund seiner Biokompatibilität ist TPE für den Einsatz in der Medizintechnik geeignet. Das Material ist frei von Weichmachern und Latexprotein. Darüber hinaus sind TPEs hygienisch, sicher und recycelbar mit minimalem Abfall.

Daher werden sie für verschiedene Anwendungen verwendet, darunter medizinische Schläuche, Masken und Spritzendichtungen. TPEs stellen auch orthopädische Gele, Katheterbeutel und medizinische Schläuche her.

• Automobilindustrie

Im Automobilbereich werden TPE aufgrund ihrer hohen Temperatur-, Witterungs- und Abriebfestigkeit eingesetzt. Darüber hinaus werden TPEs in mehreren Automobilanwendungen verwendet. Aus dem Material entstehen Stoßfänger, stoßdämpfende Dichtungen und Schwingungsdämpfer.

• Elektronik

Thermoplastische Elastomere haben elektrische Eigenschaften und funktionieren bei unterschiedlichen Temperaturen einwandfrei. Darüber hinaus erhöhen TPEs aufgrund ihrer Flammwidrigkeit und Resistenz gegen Mikroorganismen die Lebensdauer und Qualität elektronischer Produkte.

Im Allgemeinen werden TPEs bei der Herstellung selbstfahrender Autos, neuer Kommunikationstechnologien und optischer Fasern verwendet.

Darüber hinaus werden TPEs aufgrund ihrer hervorragenden Hautverträglichkeit und ihres weichen Griffs zur Herstellung von Personal Electronics verwendet, darunter Armbänder für Sensoren und Smartwatches.

• Konsumgüter

TPEs werden bei der Herstellung verschiedener Konsumgüter verwendet, da das Material unbedenklich für die Verwendung mit der Haut und in Lebensmitteln ist. Konsumgüter verwenden im Allgemeinen thermoplastischen Kautschuk, einschließlich Spielzeug, Windeln, Schuhsohlen, Sportausrüstung und Soft-Touch-Komponenten in Körperpflegeprodukten.

• Hoch- und Tiefbau

TPEs sind flexibel, langlebig und recycelbar. Die Bauindustrie verwendet TPEs als Zusatzstoffe in Straßenasphalten. Sie werden auch zur Herstellung von Dichtstoffen, Beschichtungen und Klebstoffen verwendet.

Eigenschaften von TPEs

TPEs besitzen mehrere Eigenschaften, die sie für mehrere Anwendungen nützlich machen. Da es mehrere TPEs gibt, müssen Sie diese wesentlichen Eigenschaften berücksichtigen, bevor Sie ein geeignetes für Ihre Anwendung auswählen. Zu den Eigenschaften gehören:

Härte

Der Shore-Wert misst die Härte eines thermoplastischen Elastomers. Die Härte ist ein wesentliches Kriterium bei der Auswahl eines TPEdem „Vermischten Geschmack“. Seine Shore-Durometer, das Instrument zur Messung der Härte, misst die Tiefe der Vertiefung, die eine bestimmte Kraft im Material erzeugt.

Thermoplastische Elastomere haben ein breites Härtespektrum, einschließlich der Shore A, Shore C- und Shore D-Skalen.

Temperaturbeständigkeit

Die meisten TPE-Materialien haben thermische Eigenschaften, die sie für Anwendungen mit hoher Hitze geeignet machen. Allerdings müssen sie für jede Anwendung unterschiedliche Temperaturbeständigkeiten aufweisen. Zu den Faktoren, die die Temperaturbeständigkeit eines TPE-Materials beeinflussen, gehören die Form des Materials, die Art der Beanspruchung und die Dauer der Hitzeeinwirkung.

Im Allgemeinen sind TPEs beständig gegen hohe und niedrige Temperaturen. Das Material hat einen Temperaturbereich zwischen -30 Grad und 150 Grad C.

Zugeigenschaften

Reißfestigkeit und Zugmodul sind Standard-Zugfestigkeitseigenschaften, die die Festigkeit eines TPE testen.

Die Reißfestigkeit misst die Bruchfestigkeit eines TPE. Diese Zugfestigkeit misst den Druck, dem ein thermoplastisches Elastomer standhalten kann, wenn es gedehnt wird, bevor es den Bruchpunkt erreicht. Es ist wichtig zu beachten, dass ein hoher Reißfestigkeitswert bedeutet, dass das TPE im Vergleich zu TPE mit niedrigeren Werten nicht so leicht bricht, wenn es gezogen wird.

Der Zugmodul ist das Verhältnis zwischen Spannung und Dehnung eines Festkörpers, wenn er einer bleibenden Verformung auf linear-elastische Weise unterzogen wird. Generell sind TPEs reißfest.

Komprimierungssatz

Der Druckverformungsrest misst das Verhalten eines TPE-Materials gegenüber konstanter Kontraktion und sofortiger Freisetzung über einen längeren Zeitraum.

TPEs mit niedrigen Druckverformungsresten kehren nach Kontraktion und Entspannung fast wieder auf ihre ursprüngliche Dicke zurück. Normalerweise sind TPE-Materialien mit weichen Druckverformungsresten ideal für Dichtungsanwendungen.

Schrumpfung

Geformte Teile aus TPE-Material schrumpfen beim Abkühlen. Normalerweise ist die Schrumpfung sehr mikro. Es beeinflusst jedoch das Aussehen und die genaue Passform des Produkts. Berücksichtigen Sie daher dessen Schrumpfung, bevor Sie ein TPE-Material für Ihre Anwendung auswählen. Schrumpfinformationen erhalten Sie bei den TPE-Herstellern.

UV-Stabilität

Die UV-Stabilität ist besonders wichtig für den Einsatz Ihres Produkts in Außenanwendungen. TPEs mit hoher UV-Stabilität sind für den Außeneinsatz geeignet. Im Allgemeinen sind thermoplastische Elastomere sehr beständig gegen Witterungseinflüsse, Ozoneinwirkung und UV-Strahlung.

Elektrische Eigenschaften

TPE-Materialien sind gute Isolatoren, abhängig von der Polarität des Materials. Obwohl die meisten thermoplastischen Elastomere elektrische Eigenschaften besitzen, sind unpolare TPE-Materialien bessere elektrische Isolatoren.

Chemische Resistenz

Die Polarität eines TPE-Materials bestimmt auch seine chemische Beständigkeit. Beispielsweise haben unpolare amorphe TPEs eine begrenzte chemische Beständigkeit gegenüber vielen Lösungsmitteln.

Wie werden TPE-Materialien verarbeitet?

Thermoplastische Elastomere sind einfach zu verarbeiten und haben kurze Recyclingzeiten. Folglich hilft die TPE-Verarbeitung bei der Herstellung mehrerer Produkte um uns herum. Zu den Standard-TPE-Verarbeitungsmethoden gehören:

Spritzguss

Der Spritzgussprozess ist die wichtigste Verarbeitungstechnik für thermoplastische Elastomermaterialien. Diese Methode weist eine hohe Produktivität auf und ist rückstandsfrei.

Beim Spritzgussverfahren wird eine Form verwendet. Während der Produktion wird geschmolzener Kunststoff in eine Form gespritzt, um thermoplastische Elastomerprodukte herzustellen, die die Form der Form annehmen. TPEs verhalten sich in diesem Prozess wie Thermoplaste. Darüber hinaus weist dieses Verfahren eine hohe Präzision auf und kann hohe Stückzahlen produzieren.

Folglich erstellt es solide Teile, einschließlich Werkzeuge und Komponenten.

Extrusion

Der Extrusionsprozess ist kontinuierlich. Der Stanzen Bei diesem Prozess wird TPE-Material durch eine Matrize gepresst, um es zu formen. Die Matrize hat ein Querschnittsprofil und das Material nimmt schließlich Gestalt an. Eine Extrusionsmaschine hat einen Trichter, eine Spiralschnecke und einen Zylinder.

Während des Extrusionsprozesses müssen Sie TPE-Pellets in den Trichter füllen. Die Spiralschnecke rotiert, erwärmt und schmilzt die Pellets im beheizten Zylinder.

Anschließend drückt die Schnecke den geschmolzenen Kunststoff durch eine Matrize. Dadurch entstehen kontinuierliche Formlängen, die anschließend abgekühlt werden. Der Extrusionsprozess unterscheidet sich vom Spritzgussverfahren, da durch die Extrusion teilweise fertige Produkte entstehen, die einer weiteren Verarbeitung bedürfen.

Daher ist das Extrusionsverfahren ideal für komplexe Querschnittsfertigungen mit guter Oberflächenbeschaffenheit und einem hohen Maß an Gestaltungsfreiheit.

Extrusion Blow Molding

Extrusionsblasformen ist ideal für die Formgebung von TPE-Profilen. Bei diesem Verfahren wird geschmolzener Kunststoff in eine Matrize oder Form ausgestoßen. Das Einblasen von Luft in die Form trägt dazu bei, TPE-Produkte in der gewünschten Form herzustellen.

Die üblicherweise verwendeten Arten von Extrudern umfassen Einschnecken- und Dreischneckenextruder. Das Extrusionsverfahren eignet sich zur Herstellung von Produkten mit komplexen Hohlprofilen wie Flaschen. Sie werden auch zur Herstellung von Blechen und Rohren verwendet.

Sind TPEs umweltfreundlich?

Ja. TPEs sind umweltfreundlich. Dieses Material ist leicht und recycelbar. Darüber hinaus erfordert der Herstellungsprozess einen geringen Energiebedarf. Allerdings ist unbedingt zu beachten, dass das Material nicht biologisch abbaubar ist.

Was sind medizinische TPEs?

Medizinische TPEs sind sichere und umweltfreundliche Materialien, die zur Herstellung medizinischer Geräte verwendet werden. Zudem hat auch Frau Thermoplastische Elastomere medizinischer Qualität enthalten keine Phthalat-Weichmacher, was sie zu Alternativen zu PVC und Silikon macht.

Außerdem sind, medizinische TPEs setzen während des Gebrauchs weder Dioxine noch Chlor frei. Daher sind sie nicht krebserregend und unbedenklich für die menschliche Gesundheit. TPEs in medizinischer Qualität stellen IV-Beutel, Schläuche und Spritzenstopfen her. Sie werden auch in selbstdichtenden Anwendungen für Arzneimittelfläschchen und Impfstoffbehälter verwendet.

Was ist der Unterschied zwischen Silikon und TPE-Gummi? 

Sowohl TPEs als auch Silikon besitzen elastomere Eigenschaften und sind für verschiedene Anwendungen geeignet. Dennoch weisen diese Materialien mehrere Unterschiede auf. Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen Silikon und TPE-Gummi.

	Thermoplastische Elastomere (TPE)	Silikon
Werkstoff	TPEs sind ein Copolymer aus Gummi und Kunststoff. Daher besitzen sie elastomere und thermoplastische Eigenschaften.	Silikon ist ein Elastomer mit plastischen und gummierten Eigenschaften. Silikon wird allgemein auch als Kautschuk bezeichnet.
Produktleistung	Produkte aus TPEs sind unglaublich vielseitig. Sie besitzen hervorragende thermische Eigenschaften und Materialstabilität	Hochwertige Produkte besitzen Feuerfestigkeit, Flammschutz, Wärmeleitfähigkeit und extreme Temperaturbeständigkeit
Schmelzpunkt	260 - 320 Grad	Kein Schmelzpunkt. Silikon bleibt fest, bis es zur Verbrennung kommt.
Hochtemperaturbeständigkeit	130 – 150 Grad. Das Material altert und reißt außerhalb des Temperaturbereichs.	200 – 300 Grad. Das Material verliert bei höheren Temperaturen seine mechanischen Eigenschaften und wird spröde
Reaktion auf Hitze	TPEs können nach Hitzeeinwirkung wiederaufbereitet werden	Silikon kann nach Hitzeeinwirkung nicht verändert oder wiederaufbereitet werden
Chemische Beständigkeit	Natürliche chemische Beständigkeit	Gute chemische Beständigkeit
Sicherheit	TPEs sind flexibel, weil sie Phthalate enthalten. Phthalate können der menschlichen Gesundheit schaden. Dennoch stellen die geringen Gehalte in TPEs kein Risiko dar.	Silikon ist sicher. Silikon in Lebensmittelqualität reagiert nicht mit Lebensmitteln und kontaminiert diese nicht.
Anwendungsbereich	TPEs werden häufig in der Automobil-, Medizin- und Bauindustrie eingesetzt.	Silikon ist hilfreich in HLK-, Medizin-, Luft- und Raumfahrt- und Elektroanwendungen.

Schlussfolgerung

Thermoplastische Elastomere sind aufgrund der Kombination der thermoplastischen und elastomeren Bestandteile elastisch und gut zu verarbeiten. Daher bieten sie das Beste aus beiden Welten. Sie sind dennoch leicht zu verarbeiten, flexibel und weich.

Aufgrund ihrer Eigenschaften sind TPEs in mehreren Branchen anwendbar. Stellen Sie jedoch vor der Auswahl von TPEs für Ihre Anwendung sicher, dass seine Eigenschaften den Parametern einer solchen Anwendung standhalten.

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