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材质实验室英雄

使用触感柔软的 TPE 设计下一款产品

对于产品设计师来说,热塑性弹性体 (TPE) 是一种用途极为广泛的材料——从消费品到医疗设备。而且总能学到新东西: 由于供应商提供的新技术、消费者的最新偏好或新的设计理念,我们每天都在开发新的 TPE。了解 TPE 系列及其独特的性能和加工优势。

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TPE 是一类性能很像橡胶,但加工过程却像热塑性塑料的材料。热塑性弹性体由 “硬 ”相(结晶)和 “软 ”相(无定形)系统以混合物、合金或嵌段共聚物的形式组成。硬 “相赋予了 TPE 热塑性塑料的特性,如使用温度、拉伸强度和耐化学性,而 ”软 "相则赋予了 TPE 类似橡胶的特性,包括柔韧性和压缩变形。这些硬/软相系统结合在一起,可提供独特的性能和加工优势。

根据成分或技术分类,TPE 有多个系列。Teknor Apex 生产三种类型: 苯乙烯嵌段共聚物混合物(TPE-S 或 SBC)、聚烯烃橡胶混合物(TPE-O 或 TPO)以及热塑性硫化弹性体(TPE-V 或 TPV)。

 

聚烯烃橡胶混合物

命名法: TPE-O、热塑性聚烯烃 (TPO)、热塑性橡胶 (TPR)
描述: TPO 是聚丙烯 (PP) 与 EPDM 橡胶或其他聚烯烃弹性体的物理混合物,主要用于要求韧性比传统 PP 共聚物更好的应用。
典型应用: 汽车保险杠和仪表板

 

热塑性硫化橡胶

命名法: TPE-V、TPV
描述: TPV 最接近 EPDM 橡胶的弹性特性。TPV 是 PP 和 EPDM 的合金,在共混过程中会发生热力学硫化或交联,从而产生优异的耐热性、耐化学性和弹性性能。TPV 具有出色的长期性能,可用作出色的密封件和垫圈。
典型应用: 汽车密封系统
挡风雨条
管道密封件
工业密封件和垫片

 

苯乙烯嵌段共聚 TPE

命名法: TPE-S、TPS、SBC 类:SBS、SEBS、SEEPS、SIS、SIBS
描述: 苯乙烯类 TPE 是两相嵌段共聚物,由坚硬的聚苯乙烯端块和柔软的聚丁二烯或聚异戊二烯弹性中块(可氢化)组成。这些 TPE 以其复合多样性和广泛的硬度范围而著称,最适合定制。
典型应用: 从牙刷到电动工具的包覆成型手柄和把手
医用管材、薄膜和包装袋
鞋类
食品接触和家庭用品
消费电子
可穿戴设备

 

热塑性聚氨酯 TPE

命名法: TPE-U、TPU
描述: TPU 是一种基于聚酯或聚醚聚氨酯类型的嵌段共聚物。热塑性聚氨酯以其出色的抗撕裂强度、耐磨性和抗弯曲疲劳性而闻名。
典型应用: 鞋类(外底)
电缆护套
工业软管和传送带
脚轮

 

热塑性聚醚酯弹性体

命名法: TPE-E、TEEE、热塑性共聚聚酯(COPE)
描述: COPE 是嵌段共聚物,由酯单元硬段和聚醚及聚酯二醇软段组成。COPE 具有优异的韧性、抗蠕变性和抗弯曲疲劳性,因此适用于动态应用。
典型应用: 薄膜
工业软管
汽车波纹管

 

热塑性聚醚酰胺弹性体

命名法: TPE-A、热塑性聚酰胺 (COPA) 弹性体、聚醚嵌段酰胺 (PEBA) 弹性体
描述: COPA 弹性体是性能最高的热塑性弹性体,因此也是最昂贵的。它们是由聚酰胺硬段和聚醚或聚酯软段组成的嵌段共聚物。这些 TPE 具有所有 TPE 中最高的熔点,并能承受低至-40°C的温度,是在极热或极冷环境下使用的理想产品。
典型应用: 滑雪靴
航空航天组件
电子产品

混料是将聚合物与添加剂混合或熔融混合的过程,最终形成的 “改性料 ”或复合塑料具有该配方或配方所特有的特性、物理和热性能。作为定制化改性厂,Teknor Apex 开发特殊配方,以满足个别应用的独特需求。

TPE 具有类似橡胶的弹性,却没有橡胶在设计和加工方面的局限性,与传统热塑性塑料(如柔性 PVC)相比具有性能优势。

特别是在医疗应用中,硅胶可能会被过度设计,而苯乙烯热塑性弹性体(TPE-S)则能满足这些应用的要求:

  • 降低原材料成本—— TPE 的成本仅为有机硅的一小部分。此外,TPE 废料可重新研磨、重复使用和回收,从而进一步节省成本并提高加工效率。
  • 提高设计灵活性——与硅胶不同,TPE 可以高效地注塑成具有复杂设计的精密零件。此外,TPE 还可在聚丙烯 (PP) 或聚碳酸酯 (PC) 等较硬的材料上进行2 射出成型或包覆成型。
  • 无需固化剂—— TPE 不需要像橡胶那样的固化过程,因此消除了因残留固化剂而产生可萃取物或可浸出物的可能性。
  • 更好的渗透性/阻隔性——硅胶对某些蛋白质和抗氧化剂有吸收问题,对气体的渗透性极强。而特种热塑性弹性体则可消除这些问题。

热塑性硫化橡胶 (TPV) 具有多种优势,尤其是在汽车、建筑和建造行业的密封件和垫圈方面:

  • 更大的设计自由度—— TPV 可以共挤制成密封件,也可以在聚丙烯(PP)上包覆成型,制成气密密封垫片;采用更具成本效益的工艺(部件整合,减少装配),从而实现更好的功能性
  • 减少对环境的影响—— TPV 重量更轻(降低运输成本),可回收利用。TPV 加工的能源密集度低于 EPDM,因此总体废料较少。
  • 提高长期密封性能—— TPV 比 EPDM 具有更好的老化性能,在部件的使用寿命内能更好地保持其物理性能。

基于苯乙烯的 TPE 在性能和设计灵活性方面具有多项优势:

  • 优异的弹性性能
  • 更好的耐候性和抗紫外线性能
  • 在低温下具有更大的柔韧性,不易变形或开裂。与一般 PVC 相比,TPE 的使用温度范围更广。
  • 在聚烯烃(PP、PE)或工程树脂(如 PC、ABS 和尼龙)上包覆成型和共挤出,具有出色的粘附性
  • 密度较低,可生产重量更轻的零件。(比重 = 0.89 对 1.2)
  • 由于具有类似橡胶的特性,压缩变形或抗变形能力更强
  • 表面触感和光洁度有更多选择;TPE 可配制成高光泽或无光泽、类似橡胶的光洁度
  • 天然不含增塑剂、邻苯二甲酸盐或卤素

邵氏硬度表的创建是为了在比较不同橡胶和塑料材料时提供一个通用的参考点。邵氏硬度使用硬度计测量, 硬度计使用弹簧上的针穿透样品并提供读数。根据材料硬度的不同,可使用不同的标度:

  • 邵氏 OO 硬度计测量极软的凝胶材料
  • 邵氏 A 硬度计可测量从非常柔软的弹性橡胶到半刚性塑料等一系列材料
  • 邵氏 D 硬度计可测量硬质橡胶、半硬质和硬质塑料

TPE 是是一种独特的材料,因为根据配方的不同,它们可以是超软凝胶,也可以是像聚丙烯这样的硬质塑料。由于硬度范围很大,所有三种标度都可用于测量 TPE 的硬度,但最常用的是邵氏 A 级。

邵氏硬度等级对照表提供了有用的背景信息:

TPE_Shoreness_Hardness_Scales_v2

TPE 化合物可用于与食品接触的应用。为了推荐正确的配方,并确定应用中适当的合规需求,必须考虑以下几点:

  1. TPE 将接触哪类食物?(例如:水性、干性、脂肪性、饮用水、酒精饮料、酸性等)。
  2. 应用的目的是一次性使用还是重复使用?
  3. 产品将在哪些国家生产和销售?
  4. TPE 将暴露在什么温度下?

Teknor Apex 深知,对于家庭用品等消费品而言,快速上市至关重要。因此,我们拥有一系列符合美国 FDA 和欧盟食品接触指令的 TPE 产品。

请查看适用于监管市场的Monprene®RG 系列

监管变化和成本压力为医疗应用领域 TPE 的突破性创新铺平了道路,取代了柔性 PVC、硅胶和乳胶等材料。

TPE 纯度高(可萃取物含量低),价格与性能兼顾,是需要柔韧性或类似橡胶弹性的医疗应用的首选。

Medalist® TPE 是专为医疗应用而开发的。这些材料由符合 FDA 食品级标准的成分制成,具有生物相容性(或符合 ISO10993-5标准),并在获得 ISO13485 认证的工厂生产。标准 Medalist 级产品不含动物衍生材料(不含 ADM),其配方不含 PVC、邻苯二甲酸盐、双酚 A 和乳胶蛋白。

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