Kunststoff / Produktentwicklung / Produktion

Thermoplstische Elastomere TPE

Thermoplastische Elastomere (TPE) gehören zu einer der interessantesten Materialgruppen der letzten Jahrzehnte mit hohen Wachstumsraten. TPE-Materialien vereinen die leichte Verarbeitbarkeit von Thermoplasten mit Eigenschaften von Elastomeren. TPEs lassen sich wiederholt aufschmelzen und zeigen bei Raumtemperatur ein kautschukelastisches Verhalten. Nach der Freedonia Studie von 9/2011 wird der globale Verbrauch bis 2015 weiterhin jährlich um 6,3% auf 5,6 Mio t steigen. 30% der TPE-Materialien gehen in den Automobilsektor.

Für Thermoplastische Elastomere wird das allgemeine Kurzzeichen TPE genutzt. TPE-Materialien werden nach ihrem chemisch-morphologischen Aufbau in 7 Gruppen mit weiteren Untergruppen eingeteilt: TPA, TPC,TPO, TPS, TPU, TPV und TPZ (genauere Erläuterungen siehe Aufbau).

Generelles

Aufbau

Definition

Die Unterscheidung zwischen Thermoplasten und thermoplastischen Elastomeren ist fließend. Nach DIN EN ISO 18064 sind "thermoplastische Elastomere polymere Werkstoffe, die sich im Gebrauchstemperaturbereich entropieelastisch (gummielastisch) verhalten. Der Zugverformungsrest ist kleiner als 50%. Sie haben oberhalb ihres Gebrauchstemperaturbereichs einen Schmelzbereich (Fließbereich). Der Kälterichtwert TR bzw. die Glasübergangstemperatur Tg liegen in der Regel unter 0°C."

Polymeraufbau

Polymeraufbau

Thermoplastische Elastomere basieren entweder auf Polymerblends (intensives Mischen von Thermoplasten und Elastomeren, wie EPM, EPDM,NR etc.) oder Blockcopolymeren (Kombination von harten und weichen Phasen (zwei-oder mehrphasig) in einem Polymer). Immer werden harte, schmelzbare mit weichen, elastischen Phasen kombiniert.

Shore-Härte

Ein weiteres Einteilungskriterium für TPEs ist die Shore-Härte der Materialien. Weiche TPEs sind im allgemeinen solche mit Shore-Härten A von 30 bis ca. 85 und harte solche mit Schore-Härten 60 A bis über 75 D.

TPE Kurzzeichen

TPEs werden anhand ihres chemischen Aufbaus in 7 Hauptgruppen unterteilt und durch weitere Buchstaben entsprechend ihrer eingesetzten Monomereinheiten nach DIN EN ISO 18064 wie folgt mit Kurzzeichen benannt:

TPE: Thermoplastische Elastomere
TPA: Polyamid-TPE
   TPA-EE: TPA, Weichsegmente mit Ether- und Ester-Bindungen
   TPA-ES: TPA mit Polyester-Weichsegmenten
   TPA-ET: TPA mit Polyether-Weichsegmenten
TPC: Copolyester-TPE
  TPC-EE: TPC, Weichsegmente mit Ether- und Ester-Bindungen
  TPC-ES: TPC mit Polyester-Weichsegmenten
  TPC-ET: TPC mit Polyether-Weichsegmenten
TPO: Olefin-TPE
  TPO-(EPDM+PP): Ethylen/Propylen/Dien+ Polypropylen
  TPO-(EVAC+PVDC): Ethylen/Vinylacetat+Polyvinylidenchlorid
TPS: Styrol-TPE
  TPS-SBS: Styrol/Butadien Block-Copolymer
  TPS-SIS: Styrol/Isopren-Block-Copolymer
  TPS-SEBS: Styrol/Ethenbuten/Styrol-Block-Copolymer
  TPS-SEPS: Styrol/Ethenpropen/Styrol-Block-Copolymer
TPU: Urethan-TPE
  TPU-ARES: Aromatische Hartsegmente, Polyester-Weichsegmente
  TPU-ARET: Aromatische Hartsegmente, Polyether-Weichsegmente
  TPU-AREE: Aromatische Hartsegmente, Weichsegmente mit Ether- und Ester-Bindungen
  TPU-ARCE: Aromatische Hartsegmente, Polycarbonat-Weichsegmente
  TPU-ARCL: Aromatische Hartsegmente, Polycaprolacton-Weichsegmente
  TPU-ALES: Aliphatische Hartsegmente, Polyester-Weichsegmente
  TPU-ALET: Aliphatische Hartsegmente, Polyether-Weichsegmente
TPV: TPE mit vernetztem Kautschuk
TPZ: Weitere TPE

Allgemeine Werkstoffbeschreibung

Eigenschaften

Die Eigenschaften der TPEs liegen zwischen denen der Thermoplasten und Elastomeren. Je nach Verhältnis von Hart-/Weichsegmentanteil sind die zugehörigen Eigenschaften mehr oder weniger stark ausgeprägt.

TPEs zeichnen sich generell durch folgende Eigenschaften aus:
+  hohe Flexibilität in einem weiten Temperaurbereich
+  teilweise hohe Festigkeit sowie Schlag- und Kerbschlagzähigkeit (auch bei tiefen Temperaturen)
+  höhere reversible Dehnfähigkeit im Vergleich zu Thermoplasten
+  gute Abriebfestigkeit (je nach TPE-Gruppe)
+  gute chemische Beständigkeit (je nach TPE-Gruppe)
+  wirtschaftliche Verarbeitbarkeit
- geringe reversible Dehnfähigkeit als Elastomere
- höhere Kriechneigung als Elastomere
- Einsatz bei hohen Temperaturen begrenzter als Elastomere

Einsatzgebiete

TPE-Anwendungen (Beispiele)

TPS
Bedienelemente und Griffteile, Dichtelemente, Abdeckungen, Unterlagen, Vibrationsdämpfer, Dehnungsfugenbänder im Bauwesen

TPU
Verschleißfeste Oberflächen (Armaturen), Kupplungselemente, Dichtungen, Kabel, Sportschuhsohlen, Skischuhe, Faltenbälge, Rollen, Gewebeschlauchauskleidungen, Zahnriemen, Förderbänder

TPC
Faltenbälge, Riemen, Rollen, Luftansaugschläuche, O-Ringe, Reifen für niedrige Geschwindigkeiten

TPA
Schläuche, Profile, Dichtungen für die Kfz-Industrie, Verstärkt mit Glas/Kohlenstofffasern auch für dimensionsstabile Teile wie Zahnräder, Sportschuhe

TPO
Dichtungen für den Fahrzeugbau, Dichtungen für das Bauwesen, Schuhe, Sportartikel, Kabel, Dämpfungselemente, Spielzeugwaren, Fahrzeugbau (Stoßstange, Seitenleiste)

TPV
Dichtungen für den Fahrzeugbau, Türen, Dichtungen für das Bauwesen, Haptikelemente, Kabel, Dämpfungselemente, Automobil- Innenverkleidungen, Pkw-Luftansaugrohre

Verarbeitungsverfahren

TPE Verarbeitungsverfahren

Grundsätzlich lassen sich alle Verfahren, die für die Verarbeitung von Thermoplasten bekannt sind, auf TPEs anwenden. Überwiegend kommen jedoch der Spritzgussprozess und das Extrusionsverfahren zum Einsatz. Die Materialien können ebenfalls im Blasformen oder Thermoformen verarbeitet werden. Von hohem Interesse ist der Einsatz der TPEs in Hart-Weichverbindungen, gefertigt im Mehrkomponentenspritzgießen.

Die eingesetzten Materialtypen müssen auf das jeweils verwendete Verfahren angepasst werden. Hierbei können beispielsweise durch die Veränderung der Blocklängen (unter Verwendung der gleichen Ausgangsstoffe) die TPEs für den Spritzguss mit der häufig gewünschten schnellen Verfestigung oder für andere Verfahren mit einer hohen Schmelzestandfestigkeit, leichten Aufschmelzbarkeit bzw. geringen Schmelzviskosität realisiert werden.

News TPEs

IKV und 14 Partner präsentieren ambitioniertes Projekt: Reactive Moulding

16.09.2013 / Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen ist auch in diesem Jahrauf der K in Düsseldorf vertreten. In einem ehrgeizigen Messeprojekt, an dem sich 14 Projektpartner beteiligen, zeigt das IKV die Verarbeitung von Faserverstärkten Kunststoffen (FVK) mit thermoplastischen Matrices im Spritzgießprozess.

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BIEGLO: „Cellwood“ - Umweltfreundlicher Baustoff aus TPE

11.10.2013 / BIEGLO. Cellwood, ein umweltfreundlicher Baustoff aus 100% thermoplastischem Elastomer (TPE), wird von der BIEGLO GmbH für das taiwanesische Unternehmen Microcell europaweit vertrieben. Verwendung findet er hauptsächlich in Brettern oder Profilen für Terrassenböden, Möbel oder Geländer.

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TPE macht Filterdeckel für Biotonnen dicht

11.09.2013 / KRAIBURG TPE. Thermoplastische Elastomere von KRAIBURG TPE finden in den zukunftsweisenden Behältern der Biomüllentsorgung Anwendung. Die Biologic GmbH wählte THERMOLAST® K als Material für die Dichtung seiner Biotonnen-Filterdeckel aus. Aufgrund seiner Elastizität und Witterungsbeständigkeit ist THERMOLAST® K besonders für den Außenbereich geeignet und hält auch bei großen Temperaturschwankungen dicht.

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Federbein-Anschlagpuffer aus DuPont™ Hytrel® kommt auf Europas Straßen

Neue Komponente des Federungssystems überzeugt mit verbesserten Eigenschaften bei geringeren Kosten

20.06.2013 / DuPont. Der Fiat Punto wird mit einem neuen integrierten Federbein-Anschlagpuffersystem ausgerüstet, bei dem verschiedene bisher erforderliche Komponenten in einem einzigen Bauteil aus dem thermoplastischen Elastomer Hytrel® von DuPont zusammengeführt sind.

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HUNTSMAN erweitert Angebot für Schuhindustrie durch ein weichmacherfreies TPU

AVALON ® 60 AE-ESD TPU bietet hervorragende Haftfähigkeit f ür Rundtaktautomaten

21.08.2013 / Huntsman gibt die Markteinführung von AVALON® 60 AE-ESD bekannt, einem weichen thermoplastischen Polyurethan (TPU) ohne Weichmacher, das Herstellern die Haftfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften bietet, die erforderlich sind, um hochwertige Qualitätsschuhe - vor allem Sicherheitsschuhe mit Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) - einfacher auf Rundtaktmaschinen zu fertigen.

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Keine Chance für den elektrischen Schlag

Neues antistatisches TPU: Ein Additiv für die Kunststoffindustrie

08.07.2013 /BASF. Um Schäden durch die elektrostatische Aufladung von Kunststoffen zu vermindern hat die BASF das neue antistatische TPU-Granulat (TPU: thermoplastisches Polyurethan) Elastostat® entwickelt. Es wirkt dauerhaft antistatisch, verfügt über gute mechanische Eigenschaften und ist mit unpolaren Polymeren verträglich. Das neue Additiv eröffnet Anwendungen bei industriellen Verpackungen, in der Automobilindustrie sowie bei Elektronikverpackungen und Transportsystemen.

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Haarfarbe in der richtigen Dosis

KRAIBURG TPE liefert Compounds für Pumpspender von Goldwell

26.06.2013 / KRAIBURG TPE. Aufgrund der chemischen Beständigkeit und der Elastizität von THERMOLAST® K Produkten fertigt die Kao Germany GmbH Pumpspender aus Thermoplastischen Elastomeren aus dem Hause KRAIBURG TPE. Das Material wird als Membrane für ein Haarfärbemittel der Marke Goldwell eingesetzt.

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Elastisch wie Gummi, aber federnd leicht

Infinergy: BASF entwickelt das erste expandierte TPU

25.06.2013 / BASF. Unter dem Namen InfinergyTM präsentiert BASF das weltweit erste expandierte thermoplastische Polyurethan (E-TPU). Die erste Anwendung dieses neuen, geschlossenzelligen Partikelschaumstoffs mit bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften ist der neue Laufschuh „Energy Boost“ von adidas, den der Sportartikelhersteller in enger Zusammenarbeit mit BASF entwickelt hat.

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TPE-Flaschenverschluss für Anti-Bottle®

25.04.2013 / KRAIBURG TPE. Die Firma Vapur® aus Kalifornien gehört zu den weltweit führenden Herstellern von elastischen, wiederverwendbaren Produkten, die auch unter dem Namen Anti-Bottle® bekannt sind. Bei der Herstellung der Verschlusskappe kommen Thermoplastische Elastomere von KRAIBURG TPE zum Einsatz.

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CAT 6A in abriebfestem TPE-Mantel

State of the Art: igus-Ethernet-Technologie

24.04.2013 / igus GmbH. Das Tribopolymer-Unternehmen igus GmbH, Köln, hat nach acht Jahren seine Ethernetleitung für bewegliche Einsätze von CAT 6 auf den CAT 6A-Standard qualifiziert.

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Kapitel 7.2 Gestalten von Mehrkomponenten-Spritzgussbauteilen

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