TPU 소재란 무엇입니까? 속성, 유형 및 나일론과 PA를 선택하는 시기

TPU 소재란 무엇입니까? 직접적인 답변

열가소성 폴리우레탄의 약자인 TPU는 최종 제품에서는 고무처럼 작용하고 생산 라인에서는 기존 플라스틱처럼 작용하는 열가소성 엘라스토머입니다. 가열하면 부드러워지고 흐릅니다. 냉각되면 다시 굳어집니다. 이러한 가역성은 TPU와 열경화성 고무의 결정적인 차이점입니다. TPU는 사출 성형, 압출 및 3D 프린팅이 가능하며 생산 스크랩은 재분쇄 및 재사용이 가능합니다.

실용적인 측면에서 TPU는 유연한 휴대폰 케이스, 산업용 호스, 캐스터 휠, 컨베이어 벨트, 케이블 재킷, 에어 서스펜션 벨로우즈 및 소프트 터치 오버몰드 내부 소재입니다. 구부러지고 늘어나고 충격을 흡수하고 미끄러짐 마모에 저항하면서도 여전히 표준 플라스틱 가공 장비에서 작동합니다.

공개된 TPU 원자재 데이터시트의 일반적인 값은 유용한 시작 그림을 제공합니다. 경도 범위는 60 Shore A ~ 75 Shore D이고, 파단 연신율은 300~700%이며, 연속 사용 온도 범위는 등급에 따라 약 -35~90~120°C입니다. 정확한 수치는 폴리올 유형 및 하드 세그먼트 함량에 따라 다르므로 최종 등급은 항상 제조업체 문서를 통해 확인해야 합니다.

TPU 제작 방법: 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트

TPU는 세 가지 구성 요소의 중첨가 반응에 의해 합성됩니다: 디이소시아네이트(보통 MDI); 폴리에스테르 또는 폴리에테르인 장쇄 폴리올; 그리고 사슬 연장제라고 불리는 짧은 사슬 디올이 있습니다. 디이소시아네이트는 사슬 연장제와 반응하여 딱딱한 단단한 세그먼트를 형성하는 반면, 폴리올은 유연한 부드러운 세그먼트를 형성합니다. 이 두 세그먼트 유형은 화학적으로 호환되지 않기 때문에 마이크로도메인으로 분리됩니다. 하드 도메인은 TPU의 강도와 내열성을 부여하는 가역적 물리적 가교 역할을 하고, 소프트 도메인은 탄력성과 저온 유연성을 제공합니다.

단단한 것과 부드러운 것의 비율이 TPU의 느낌을 결정합니다

포뮬레이터가 하드 세그먼트 함량을 높이면 TPU는 더 단단해지고 강해지며 내열성이 높아집니다. 소프트 세그먼트의 함량이 높아지면 TPU는 저온에서 더 부드러워지고 탄력성이 높아지며 유연성이 높아집니다. 이것이 TPU가 단일 레시피가 아닌 재료군인 이유이며, 동일한 쇼어 경도를 갖는 두 개의 TPU 등급이 내마모성, 압축 영구 변형 및 화학적 안정성에서 여전히 다를 수 있는 이유입니다.

폴리에스테르 기반 TPU와 폴리에테르 기반 TPU 비교

두 가지 주요 계열은 폴리올에서 나옵니다. 폴리에스테르 기반 TPU는 일반적으로 더 높은 인장 강도와 인열 강도, 더 나은 내마모성, 오일 및 연료에 대한 더 강한 저항성을 제공합니다. 폴리에테르 기반 TPU는 가수분해, 미생물 공격 및 습한 환경에서의 반복적인 굴곡에 대해 더 나은 성능을 발휘합니다. 긴 사용 수명을 위해서는 경도 수치보다 선택이 더 중요합니다.

TPU의 주요 특성: 경도, 강도 및 저항

아래 특성 범위는 공급업체 기술 문헌에 반복적으로 나타나며 엔지니어가 재료 선택 시 가장 먼저 묻는 특성 범위입니다.

경도 거동

쇼어 경도는 TPU 요구 사항을 전달하는 가장 빠른 방법입니다. 일반적인 유연한 부품 등급은 80A에서 95A 사이이고 반강성 등급은 55D에서 75D입니다. 경도만으로는 충분하지 않습니다. 압축 영구 변형과 인열 강도는 특히 개스킷과 벨로우즈에서 장기적인 밀봉 및 반복 굴곡 동작을 더 잘 예측합니다.

기계적 강도와 탄성

25~70MPa 범위의 인장 강도는 금속이나 유리 충전 나일론에 비해 낮지만 TPU는 이 강도와 300~700% 신장률을 결합합니다. 이 조합은 에너지 흡수를 결정합니다. 재료는 균열이 아닌 변형된 다음 원래 모양으로 돌아갑니다. 이것이 바로 TPU 범퍼와 케이스가 견고한 하우징을 파손시킬 수 있는 낙하에도 살아남는 이유입니다.

열 한계

표준 TPU 등급은 섭씨 90~120도 정도에서 지속적인 서비스를 제공하는 등급입니다. 단기 피크는 더 높을 수 있지만 장기간 노출되면 엘라스토머 네트워크가 파괴되고 기계적 특성이 감소합니다. 애플리케이션이 뜨거운 엔진 근처, 밀폐된 조명 어셈블리 내부 또는 납땜 열이 가해지는 모든 곳에 위치하는 경우 나일론 또는 PPA가 더 안전한 방향입니다.

화학적 및 환경적 저항성

폴리에스테르 기반 TPU는 오일, 연료 및 용제에 잘 견딥니다. 폴리에테르 기반 TPU는 물, 가수분해 및 미생물 성장에 저항합니다. 햇빛에 노출되면 수정되지 않은 TPU가 변색되고 부서지기 때문에 실외 부품에는 카본 블랙 또는 UV 안정화 등급이 사용됩니다. 올바른 등급은 항상 부품이 접촉하는 특정 화학물질에 따라 달라집니다.

TPU 대 나일론(PA6, PA66, PPA): 귀하의 부품에 적합한 것은 무엇입니까?

TPU와 나일론은 모두 서로 다른 엔지니어링 답을 지닌 고성능 폴리머입니다. 폴리아미드라고도 불리는 나일론은 경질 반결정성 엔지니어링 열가소성 수지로, 그 화학적 특성과 등급은 다음 기사에 설명되어 있습니다. 나일론 소재가 뭐예요? . TPU는 엘라스토머입니다. 선택은 일반적으로 하나의 질문으로 귀결됩니다. 부품이 구부러지고 튀어오르나요, 아니면 하중을 견디고 모양을 유지합니까?

부품을 구부려야 하는 경우 TPU를 선택하세요.

• 매 사이클마다 구부러지는 씰, 벨로우즈, 그로밋 및 더스트 부츠
• 전자제품 및 공구용 보호 케이스 및 낙하 흡수 하우징
• 지속적인 마모에 노출되는 캐스터 휠, 스케이트 휠 및 컨베이어 롤러
• 내유성과 엄격한 굽힘 반경이 필요한 호스 및 튜브
• 그립, 핸들, 노브의 소프트 터치 오버몰드

부품이 하중을 견디고 모양을 유지해야 하는 경우 나일론을 선택하십시오.

• 강성과 내마모성이 요구되는 기어, 풀리, 베어링
• 굴곡으로 인해 정렬 불량이 발생할 수 있는 구조용 브래킷 및 하우징
• 섭씨 120도 이상에서 지속적으로 작동하는 부품
• 습기가 적은 PPA를 선호하는 습한 더위에서도 치수를 유지해야 하는 구성 요소

나일론 기둥에 배치되는 부품의 경우 다음 단계는 나일론 화학을 요구 사항에 맞추는 것입니다. 는 PA6 칩 시리즈 강성 강화와 비용 균형을 위한 표준 출발점입니다. 강도와 열 변형이 모두 중요한 경우 PA66 칩 시리즈 기계식 천장을 업그레이드합니다. 전자제품 및 열에 노출되는 부품의 경우 PPA 플라스틱 시리즈 수분 흡수율을 낮추고 치수 안정성을 높게 유지합니다.

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산업별 일반적인 TPU 애플리케이션

TPU의 처리 유연성은 매우 다양한 제품에서 나타납니다. 아래의 일반적인 용도는 부문별로 정리되어 있으므로 자신의 부품에 가장 가까운 아날로그를 찾을 수 있습니다.

• 가전제품: 유연한 휴대폰 케이스, 스마트워치 밴드, 보호 범퍼, 이어버드 하우징, 케이블 스트레인 릴리프.
• 자동차: 에어 서스펜션 벨로우즈, 보호 부츠, 그로밋, 케이블 외장 및 내부 소프트 터치 표면.
• 산업용: 컨베이어 벨트, 구동 벨트, 캐스터 휠, 고압 호스, 씰, 다이어프램 및 댐핑 요소.
• 신발 및 스포츠 용품: 신발 밑창, 클리트, 보호 패드 및 팽창식 구조물.
• 직물 및 코팅 직물: 방수 멤브레인, 공기주입식 보트, 보호복 층.
• 적층 제조: 유연한 프로토타입, 맞춤형 개스킷, TPU 필라멘트 또는 파우더로 인쇄된 소량의 소프트 부품.

TPU 가공: 사출 성형, 압출 및 3D 프린팅

TPU는 기존 플라스틱 장비로 공정하지만 경질 열가소성 수지와는 다른 규칙을 따릅니다. 가장 품질 문제를 일으키는 두 가지 점은 수분과 전단력입니다.

건조는 선택사항이 아닙니다

TPU 펠렛은 수분을 빠르게 흡수합니다. 대부분의 공급업체는 가공 전 섭씨 80~100도에서 2~4시간 동안 건조할 것을 권장합니다. 건조되지 않은 재료는 성형 부품에 스플레이 마크를 생성하고 용융 중에 수분이 폴리머를 저하시키기 때문에 기계적 특성이 눈에 띄게 저하됩니다.

사출 성형 지침

일반적인 용융 온도는 등급에 따라 섭씨 170~220도 범위에 있습니다. 금형은 종종 섭씨 20~50도 사이에서 유지됩니다. TPU 점도는 전단 속도에 민감하기 때문에 일반적인 실패는 높은 사출 속도로 인한 화상 자국과 열악한 환기로 인한 미성형입니다. 게이트 및 런너 단면적을 늘리면 제제 변경이 필요하기 전에 대부분의 충전 문제가 해결됩니다.

압출 및 3D 프린팅

필름, 시트 및 튜브 압출은 동일한 건조 규칙을 따르며 성형보다 약간 낮은 용융 온도를 사용합니다. FDM 3D 프린팅의 경우 일반적인 95A TPU 필라멘트는 섭씨 220~250도 정도의 노즐 온도와 PLA 또는 나일론보다 느린 공급 속도로 프린팅하여 부드러운 필라멘트가 휘어지는 것을 방지합니다. 인쇄된 TPU 부품은 층 접착으로 인해 성형 부품에 비해 강도가 약간 떨어지지만 프로토타입, 개스킷 및 맞춤형 소프트 부품에 적합합니다.

올바른 등급을 선택하는 방법: TPU 또는 나일론

아래 순서를 사용하여 결정을 신속하게 필터링하세요.

1. 부품이 구부러져야 하는지 또는 고정되어 있어야 하는지 결정합니다. 밀봉 및 충격의 탄성 회복은 TPU를 의미합니다. 하중 전달 및 치수 정확도는 나일론을 의미합니다.
2. 경도 목표를 설정합니다. 시계 밴드와 그립은 80-95A 정도에 위치합니다. 구조적이지만 약간 유연한 부품은 55D 이상에서 시작됩니다.
3. 폴리올 계열을 선택하세요. 기름지고 연료가 많은 환경에서는 폴리에스테르 기반 TPU가 선호됩니다. 습하거나 실외 환경에서는 폴리에테르 기반 TPU를 선호합니다.
4. 열 천장을 확인하세요. 섭씨 120도 이상의 지속적인 열은 대부분의 표준 TPU 등급을 실격시키고 PA66 또는 PPA를 가리킵니다.
5. 수분 및 치수 안정성을 확인합니다. 습한 열에 노출된 부품은 표준 PA6보다 PPA에서 내성이 더 좋습니다.

공급 고려사항도 중요한 역할을 합니다. 는 나일론 6 칩 산업 현황 PA6 기반 재료의 가격과 리드 타임에 영향을 미치므로 대규모 생산을 시작하기 전에 확인해 볼 가치가 있습니다. 재활용이 최우선이라면, 재활용된 폴리아미드 과립 나일론 폐기물에 대한 루프를 닫는 데 사용할 수 있는 경로 중 하나입니다.

TPU 소재 FAQ

TPU는 고무나 실리콘과 같은가요?

아니요. TPU는 열가소성 엘라스토머이므로 녹아 재성형이 가능합니다. 열경화성 고무는 경화되며 다시 녹일 수 없습니다. 실리콘은 내열성이 더 높지만 인열 및 마모 특성이 더 부드러운 다른 엘라스토머입니다. TPU는 마모와 견고함이 최우선인 곳에서 승리합니다. 극심한 열과 낮은 압축 변형이 지배적인 곳에서는 실리콘이 승리합니다.

Shore 95A 및 Shore 55D와 같은 경도 수치는 무엇을 의미합니까?

쇼어 경도는 경도계를 사용하여 압입에 대한 저항을 측정합니다. 80 미만의 A-스케일 숫자는 부드럽고 고무 같은 재료를 나타냅니다. 90A 이상의 숫자는 단단하고 유연한 재료를 나타냅니다. 50을 초과하는 D-스케일 숫자는 여전히 어느 정도 유연성을 갖고 있는 반강성 재료를 나타냅니다. 95A와 55D 영역은 손에 닿는 느낌이 비슷하지만 두 스케일은 서로 다른 압자를 사용하므로 동일한 스케일 내에서만 비교하거나 변환 차트를 사용하세요.

TPU는 어떤 온도를 견딜 수 있나요?

표준 TPU 등급의 연속 서비스 한계는 제형에 따라 섭씨 80~120도 정도이며, 폴리에테르 유형은 섭씨 -35도 이하까지 유연성을 유지합니다. 섭씨 120도 이상 지속되는 열의 경우 열 안정제를 포함한 PA66 또는 PPA가 더 적합한 재료입니다.

TPU를 재활용할 수 있나요?

TPU는 열가소성이므로 생산 스크랩과 스프루를 재연마하고 재처리할 수 있으며 재활용된 TPU 등급은 시중에서 구입할 수 있습니다. 동일한 재용해성은 재활용 폴리아미드 과립을 사용하여 성형 제품의 순수 재료 함량을 줄이는 나일론 계열에도 적용됩니다.

TPU와 나일론 중 어느 것이 오일에 더 잘 견딥니까?

폴리에스테르 기반 TPU는 유연한 밀봉 용도에서 일반적으로 비강화 나일론보다 우수한 내유성 및 연료 저항성을 제공합니다. 나일론은 기름에도 잘 견디지만 물을 흡수하므로 시간이 지남에 따라 습기가 치수에 영향을 미칩니다. 오일과 지속적으로 접촉하는 유연한 부품의 경우 TPU가 일반적으로 첫 번째 선택입니다.

TPU는 사출성형이 어려운가요?

TPU는 본질적으로 어렵지는 않지만 대부분의 나일론 등급보다 엄격한 공정 제어가 필요합니다. 펠릿을 건조한 상태로 유지하고, 많은 엔지니어링 플라스틱보다 낮은 용융 온도를 사용하고, 넉넉한 게이트와 통풍구를 설계하십시오. 재료가 잘 채워지네요. 툴링 설계에서 TPU는 열 안정화 나일론보다 낮은 금형 온도와 짧은 주기를 견딜 수 있습니다.