材料を理解する:TPE と TPU の比較

製品設計者やエンジニアは、部品に衝撃吸収性や高い衝撃強度などの特定の特性を持たせたい場合、熱可塑性エラストマーで作られたポリマーに頼ることがよくあります。

熱可塑性エラストマーは、熱可塑性とエラストマーの両方の特性を持つポリマーのクラスです。つまり、耐熱性と耐久性がありながら柔軟性があります。熱可塑性エラストマーは、材料の化学的または機械的特性を損なうことなく溶融および再成形できるため、スクラップをバージン プラスチックの部分的な代替品として再利用することもできます。この材料で作られた部品は、押出成形、射出成形、ブロー成形など、さまざまなプロセスを使用して製造できます。

TPE (熱可塑性エラストマー) と TPU (熱可塑性ポリウレタン) は、熱可塑性エラストマーの最も一般的なカテゴリの 1 つであり、多くの人がこの用語を同じ意味で使用していますが、いくつかの重要な違いがあります。手始めに、TPE はさまざまな熱可塑性エラストマーを含むカテゴリですが、TPU はより小さなサブセットのみを指します。 TPU はまた、TPE よりも製造業にとって新しいものです。

ここでは、TPE と TPU という用語の主な違いの包括的な内訳と、材料を選択する際に考慮すべきこれらの側面について説明します。

TPE の概要

熱可塑性ゴムとしても知られる TPE は、標準的なゴムの外観と感触とプラスチックの使いやすさを兼ね備えています。この大きなカテゴリには、TPU、熱可塑性コポリエステル (TCP)、熱可塑性ポリアミン (TPA) など、幅広いポリマーが含まれます。この素材は、弾力性、加工性、リサイクル性、高い融点、耐候性で知られています。

各種類の TPE の機械的仕様は、ブランドによって異なります。たとえば、Kent Elastomer Products の K2702 熱可塑性エラストマーの機械的仕様は次のとおりです。

• ショア A 硬度 :29A
• 引張破断 :1100 psi (7.6 MPa)
• 伸び :950%
• モジュラス 300% :175 psi (1.2 MPa)
• 500% モジュラス :330 psi (2.3 MPa)
• 動作温度 :-40～195°F (-40～91°C)

TPE は、手触りが柔らかく、優れた弾性または滑り止め特性を備えている必要があるあらゆる用途に最適なポリマーです。また、部品がコンパニオン部品に適合しなければならないアプリケーションにも最適です。 TPE の一般的な商用用途には、鉛筆のグリップのハンドル、ホッケースティックのグリップ、おもちゃ、スキー ブーツなどがあります。医療業界では、TPE は蘇生器の部品、コネクタ、マウスピースに使用されています。自動車業界では、TPE は耐候性シール、フロア マット、内外装部品、エアバッグ カバー、バンパーに使用されています。

TPE は、従来のゴム材料を含む同等のプラスチックよりも多くの利点を提供します。 TPE はゴムよりも処理が速く、製造時間が短いため、最終部品の最終コストが削減されます。成形サイクルが短縮されることで、エネルギー効率も向上します。 TPU 全体と比較して、TPE はより弾力性があります。

TPE には、製品チームが留意すべきいくつかの制限があります。たとえば、TPE は非常に高い温度で溶融することが知られており、製造元が指定した温度範囲内で使用される部品にのみ使用する必要があります。 TPE は通常、高負荷下での性能が低下し、従来の熱硬化性ゴムよりも耐薬品性と温度耐性が低くなります。また、ほとんどの TPE 素材は加工前に乾燥させる必要があるため、設計者はこの重要なステップを忘れないように注意する必要があります。

TPU の概要

熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、耐久性、柔軟性、および多数の高性能アプリケーションへの適合性で知られている、強力な多目的熱可塑性エラストマーのサブセットです。他の TPE と同様に、この材料は熱可塑性樹脂と従来のゴムの両方の特性を備えていますが、TPU は優れた耐荷重能力、高い破断点伸び、および優れた引張強度を提供します。 TPU は、化学薬品、油、グリース、その他の一般的な溶剤にもよく耐えます。

TPU の機械仕様は異なります。 Ultrafuse TPU 85A の機械仕様は次のとおりです。

• ショア A 硬度 :90A
• 密度 (印刷および調整済み) :1082 kg/m3
• ガラス転移温度 :-44 °C
• 耐摩耗性 :82 mm3
• 引張強度 (伸び 100%、XY 方向、調整済み) :8.7MPa
• 破断点引張 (XY 方向、条件付き) :34MPa
• 弾性率 (XY 方向、条件付き) ：20MPa

TPU は、自動車から農業、繊維まで、幅広い業界で使用されています。この材料の独特な耐スクラッチ性と耐摩耗性は、ギア ノブ、インストルメント パネル、コンソール パーツなどの自動車内装部品の製造に最適な材料です。その柔軟性と通気性により、スポーツアパレルや運動靴に最適です。一部のエンジニアは、シールやガスケット用の低圧縮永久歪、耐摩耗性、耐油性を備えた高性能ポリマーに対する需要の増加に対応するために、ニッチな TPU を開発しました。

ポリ塩化ビニル (PVC) と比較して、TPU は軽量で弾力性があり、耐摩耗性に優れています。 TPUの着色加工も可能です。 TPU はリサイクル可能であり、炭素排出量を削減するために頻繁に使用されるため、環境の観点から PVC ではなく TPU を選択することは理にかなっています。また、TPU はいくつかの重要な点で他のほとんどの TPE を上回っています。 TPU は一般に、ほとんどの TPE よりも硬く、耐久性があり、収縮しにくいため、印刷が容易で、一般的により正確な結果が約束されます。

一方、TPU は同等のプラスチックよりも高価であり、TPU のグレードによっては保存期間が比較的短いものもあります。他の TPE と同様に、TPU は加工前に乾燥させる必要があります。さらに、TPU は通常、他の熱可塑性エラストマーよりも硬度範囲が狭く、加工温度範囲も狭いため、製造上の制限が生じます。

TPE と TPU の概要

TPE と TPU は、すべての製品チームがレパートリーに持つべき汎用性の高いプラスチックです。ただし、製品チームは、2 つの資料を混同しないように警告する必要があります。熱可塑性エラストマーとして分類できるポリマーの大きなカテゴリである TPE は、TPU よりも柔らかく、ソフトな手触りが求められる用途により適しています。一方、TPU は TPE のサブセットであり、より頑丈で、高い耐薬品性と耐摩耗性を必要とする高性能アプリケーションにより適しています。製品チームは、プロジェクトに適切な素材を選択していることを確認するために、常に徹底的な調査と審査を行う必要があります。幸いなことに、経験豊富な製造パートナーは、材料の選択プロセスをはるかに簡単にすることができます.

企業が Fast Radius と提携する場合、従来の製造方法と付加製造方法の両方を使用して製品を実現してきた長年の経験を持つオンデマンド製造の専門家チームと提携します。当社のデザイナー、エンジニア、およびアドバイザーのチームは、材料選択プロセスを通じて製品チームをシームレスに導き、常に正しい選択を行うようにします。これにより、常に優れた製品を提供することに集中できます。今すぐお問い合わせください。

より詳細なマテリアル ガイドについては、Fast Radius リソース センターの他の「Know Your Materials」記事を参照してください。