Elastomery termoplastyczne

Elastomery termoplastyczne

Kluczowe wnioski

• TPE zachowują się jak guma, ale przetwarza się je jak tworzywa termoplastyczne, więc można je formować, wytłaczać i ponownie mielić.
• Nie jest potrzebny etap utwardzania ani wulkanizacji, co eliminuje z procesu cały etap.
• Nadają się do wtrysku wielokomponentowego i wtryskiwania na wkładki, a także łatwo mieszają się z innymi materiałami, co pozwala dostosować dotyk i wytrzymałość.
• Niska energia powierzchniowa utrudnia druk i klejenie, dlatego zwykle wymagana jest obróbka wstępna lub specjalnie sformułowany tusz.

Elastomery termoplastyczne (TPE)

Elastomery termoplastyczne to polimery, które w eksploatacji zachowują się jak guma wulkanizowana, ale przetwarza się je jak tworzywa termoplastyczne: można je formować wtryskowo, wytłaczać, ponownie mielić i poddawać recyklingowi, bez nieodwracalnego etapu utwardzania. Ta kombinacja wynika z dwufazowej morfologii: twarde domeny, które w temperaturze pokojowej działają jak fizyczne wiązania poprzeczne, oraz miękkie elastyczne segmenty zapewniające sprężystość. Po podgrzaniu twarde domeny miękną, więc materiał płynie, a po ochłodzeniu tworzą się na nowo.

Główne rodziny TPE

Twardość mieści się w przybliżeniu w zakresie od 20 Shore A do 70 Shore D w różnych rodzinach, dlatego specyfikację zwykle zaczyna się od wymaganej twardości i temperatury pracy, a dopiero potem zawęża do konkretnej chemii.

Znakowanie laserowe elastomerów termoplastycznych

TPE należą do materiałów trudniejszych do czystego znakowania, z powodów wynikających wprost z tego, co czyni je przydatnymi:

• Niskie temperatury topnienia i mięknienia. Okno termiczne między wykonaniem oznaczenia a stopieniem lub odkształceniem powierzchni jest wąskie. Nadmiar ciepła daje rozmazane, błyszczące zagłębienie zamiast wyraźnego oznaczenia.
• Odkształcenie sprężyste. Materiał odkształca się i wraca do kształtu, więc grawerowanie oparte na głębokości daje słabą definicję. Lepszą strategią jest znakowanie oparte na kontraście.
• Słaba absorpcja 1064 nm w gatunkach poliolefinowych. TPO i wiele gatunków TPE-S jest alifatycznych i zachowuje się jak polipropylen: aby w ogóle je oznaczyć laserem światłowodowym, potrzebny jest dodatek laserowy.
• Zawartość sadzy. Wiele TPE jest czarnych, więc ciemne oznaczenie skarbonizowane jest niewidoczne. Jasne oznaczenie spienione, najlepiej wykonane krótkoimpulsowym laserem MOPA, jest zwykle jedyną czytelną opcją.

W praktyce najlepsze wyniki dają krótkie impulsy, mała moc średnia i duża prędkość znakowania, czyli szybkie dostarczanie energii i ograniczenie skumulowanego ciepła.

Klejenie, druk i obróbka powierzchni

Olefinowe TPE mają, podobnie jak polipropylen, niską energię powierzchniową, zwykle ok. 29–31 mN/m, i bez obróbki wstępnej nie przyjmują tuszów, klejów ani powłok. Zarówno plazma atmosferyczna, jak i plazma płomieniowa podnoszą ją do użytecznego zakresu, choć miękka powierzchnia wymaga łagodniejszych ustawień, niż znosiłaby sztywna wypraska. Gatunki TPU i kopoliestrowe są bardziej polarne i zwykle łatwiej się je klei i drukuje.

Dodatkowa kwestia w zespołach wtryskiwanych wielokomponentowo: przyczepność między TPE a sztywnym podłożem zależy od zgodności chemicznej obu materiałów, a nie od obróbki powierzchni. TPE-S dobrze łączy się ze styrenami, TPU z poliwęglanem i ABS, a TPO z poliolefinami. Niedopasowane pary zawodzą na styku niezależnie od sposobu przetwarzania.

Wybór metody obróbki powierzchni TPE

TPE łączą niską energię powierzchniową z ruchliwymi dodatkami oraz miękką, wrażliwą na ciepło powierzchnią, co wyklucza lub utrudnia kilka metod obróbki wstępnej, które dobrze działają na sztywnych polimerach. Porównanie praktyczne:

Niezależnie od wybranej drogi odstęp między obróbką a klejeniem ma na TPE większe znaczenie niż w jakiejkolwiek innej rodzinie polimerów. Oleje i plastyfikatory szybko migrują z powrotem na powierzchnię, więc aktywacja, która na sztywnej poliolefinie utrzymywałaby się przez dni, tutaj może trwać godziny.

Wtrysk wielokomponentowy i dwukrokowy: uwagi

Większość TPE w produkcji jest wtryskiwana na sztywne podłoże, przez co wytrzymałość połączenia jest kwestią formowania, zanim stanie się kwestią powierzchni:

• O połączeniu decyduje zgodność chemiczna. Gatunek styrenowy łatwo łączy się z polistyrenem i ABS, a TPV z polipropylenem. Zestawienie TPE z niezgodnym podłożem daje w najlepszym razie zazębienie mechaniczne, a określenie gatunku zdolnego do połączenia jest znacznie tańsze niż obróbka wstępna niedopasowanej pary.
• Temperatura podłoża przy drugim wtrysku często decyduje o tym, czy część jest trwale połączona, czy daje się odkleić. Zimna wkładka daje słabe połączenie niezależnie od gatunku TPE.
• Mechaniczne zamknięcie należy zaprojektować mimo wszystko tam, gdzie połączenie jest konstrukcyjne. Otwory przelotowe, podcięcia i połączenia typu jaskółczy ogon przenoszą obciążenia, których nie przeniesie marginalne połączenie chemiczne.
• Środek antyadhezyjny do form jest zwykłym zanieczyszczeniem. W zespołach wtryskiwanych wielokomponentowo środek antyadhezyjny użyty na sztywnej wkładce to najczęstsza przyczyna utraty przyczepności na styku, łatwa do przeoczenia, bo pochodzi z wcześniejszego procesu.

Usuwanie usterek znakowania, druku i klejenia TPE

Powiązane hasła i lektura

• Rozwiązania w zakresie znakowania laserowego tworzyw sztucznych
• Obróbka wstępna powierzchni polimerów
• Poliuretan
• Najlepsze praktyki klejenia termoplastów półkrystalicznych
• Utrata przyczepności

Zastosowanie w produkcji

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie znakowania, klejenia i obróbki wstępnej elastomerów termoplastycznych. Jeśli określają Państwo proces, kwalifikują materiał lub usuwają problem produkcyjny, może pomóc nasz zespół usług inżynieryjnych. Prosimy o kontakt, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Czym jest elastomer termoplastyczny?

Klasa polimerów łączących sprężyste właściwości gumy z przetwarzalnością tworzyw termoplastycznych. TPE rozciągają się i wracają do kształtu jak tradycyjne elastomery, ale można je formować, wytłaczać i ponownie wykorzystywać jak każde inne tworzywo termoplastyczne, co ogranicza ilość odpadów.

Czym TPE różnią się od tradycyjnej gumy?

Tradycyjna guma wymaga utwardzania lub wulkanizacji, czyli nieodwracalnego etapu chemicznego. TPE go nie wymagają, więc można je przetwarzać ponownie, a regranulat wykorzystywać ponownie. Dzięki temu nadają się też do wtrysku wielokomponentowego i wtryskiwania na sztywne podłoża.

Gdzie najczęściej stosuje się TPE?

Miękkie w dotyku uchwyty, uszczelki i uszczelnienia, węże medyczne i elementy urządzeń, części wnętrz i nadwozi w motoryzacji, podeszwy obuwia i sprzęt sportowy, elektronika użytkowa i elastyczne obudowy, a także zabawki, narzędzia i artykuły gospodarstwa domowego.

Czy TPE trudno się drukuje lub klei?

Zwykle tak. Jak inne polimery o niskiej energii powierzchniowej są hydrofobowe i nie ulegają naturalnie zwilżaniu, więc tusze i kleje mają trudność z uzyskaniem pełnego kontaktu. Zwykle wymagana jest obróbka wstępna powierzchni lub specjalnie sformułowany elastyczny tusz.

Czy części z TPE można znakować laserem?

Można, ale jak większość polimerów mają niewielką własną absorpcję w bliskiej podczerwieni. Wysoki kontrast znakowania umożliwiają wrażliwe na laser dodatki wprowadzone do materiału, a krótkoimpulsowe lasery MOPA pomagają uniknąć uszkodzeń termicznych na miękkich podłożach.

Dlaczego tusz odklejał się od TPE po tygodniach od pozornie dobrej przyczepności?

Zwykle przyczyną jest migracja. Oleje i plastyfikatory z elastomeru z czasem przemieszczają się na powierzchnię i do warstwy tuszu, osłabiając połączenie już po tym, jak część przeszła kontrolę. Obróbka powierzchni tego nie naprawia, bo problem ma źródło w materiale. Należy określić gatunek o niskiej migracji lub chemię tuszu sformułowaną dla podłoży plastyfikowanych.

Jaka obróbka powierzchni nadaje się do formowanych części z TPE?

Plazma atmosferyczna jest zwykle najlepszym wyborem w linii: selektywna, możliwa do montażu na robocie i o niskim obciążeniu cieplnym. Niskociśnieniowa plazma zimna daje najtrwalszą aktywację i sięga do zacienionej geometrii w zespołach wtryskiwanych wielokomponentowo, ale jest procesem wyłącznie wsadowym. Płomień wymaga starannej kontroli, bo obciążenie cieplne może odkształcić miękką powierzchnię, a korona jest procesem dla folii, który w ogóle nie dotyczy części formowanych.

Co faktycznie decyduje o wytrzymałości połączenia w wtrysku wielokomponentowym?

Zgodność chemiczna między TPE a podłożem oraz temperatura podłoża przy drugim wtrysku, i to zanim w ogóle weźmie się pod uwagę obróbkę powierzchni. Gatunek styrenowy łączy się z polistyrenem i ABS, TPV z polipropylenem; niedopasowana para daje w najlepszym razie zazębienie mechaniczne. Środek antyadhezyjny na sztywnej wkładce jest najczęstszym zanieczyszczeniem i pochodzi z wcześniejszego etapu, gdzie łatwo go przeoczyć.

---