TPU versus siliconen: materiaalvergelijking en technische handleiding

Uw beslissing voor TPU vs silicone Het succes van uw product wordt hierdoor bepaald. U moet de specifieke beperkingen ervan begrijpen. Deze handleiding beschrijft testnormen, daadwerkelijke technische mislukkingen en verwerkingskosten. U leert precies wanneer u welk materiaal moet gebruiken, gebaseerd op harde data.

TPU versus siliconen

Thermoplastisch polyurethaan is een kunststof die zich gedraagt ​​als rubber. Ingenieurs noemen het TPU. Siliconen zijn een volledig synthetisch rubber. Beide materialen zijn gemakkelijk te buigen. Beide materialen voelen zacht aan. Maar ze bezwijken op heel verschillende manieren. Je moet deze verschillen kennen voordat je begint met het ontwerpen van onderdelen.

Vergelijkingstabel van de eigenschappen van TPU en siliconen

Hieronder volgt een basisvergelijking tussen TPU en siliconen.

Wanneer kiest u voor TPU?

Je kiest voor TPU wanneer je onderdeel een hoge fysieke sterkte vereist. Telefoonhoesjes of zwenkwielen moeten bijvoorbeeld extreem slijtvast zijn. TPU is beter bestand tegen wrijving en schuren dan vrijwel elk ander zacht materiaal. Als je product dus over ruw beton of ruw metaal schuift, is TPU de beste optie. Er is geen betere keuze voor zware schurende bewegingen.

Een ander voorbeeld zijn veiligheidsschoenen voor bouwvakkers. Het materiaal wordt zwaar belast. Daarom wordt er voor TPU gekozen, zodat het product lang meegaat onder zware wrijving. Bovendien wordt TPU gebruikt voor industriële riemen, omdat het bestand is tegen constante beweging zonder zijn vorm te verliezen.

Wanneer kies je voor siliconen?

Siliconen worden gekozen voor toepassingen bij extreme hitte of in de medische sector. Siliconen smelten niet gemakkelijk. Daarom worden bakvormen en medische buizen er volledig van gemaakt. Als een onderdeel langdurig in contact komt met het menselijk lichaam, is siliconen zeer veilig. De reden hiervoor is dat het geen huidreacties veroorzaakt. Bovendien gebruiken ziekenhuizen grote hoeveelheden siliconen. Ze vertrouwen erop omdat het schoon blijft, zelfs in kokend water.

Siliconen worden ook gekozen wanneer onderdelen zacht moeten blijven bij vriesweer. Er zijn maar weinig materialen die zowel hoge temperaturen als extreme kou kunnen weerstaan. Zo worden bijvoorbeeld afdichtingen in de lucht- en ruimtevaart van siliconen gemaakt, omdat vliegtuigen in ijskoude lucht vliegen.

Tegenwoordig worden veel telefoonhoesjes ook van siliconen gemaakt, omdat dit materiaal zachter aanvoelt en betere bescherming biedt.

Eigenschappenanalyse van TPU en siliconen naast elkaar

We moeten naar exacte testresultaten kijken om deze beweringen te bewijzen. Ingenieurs gebruiken specifieke testnormen om limieten te meten. Hieronder ziet u hoe deze in een laboratorium tot elkaar verhouden.

Prestaties van de compressieset

De compressie-set meet of een materiaal terugveert nadat het is samengedrukt. Je klemt een stuk materiaal in een bankschroef. Je knijpt het stevig samen. Dan wacht je een aantal uren. Ten slotte laat je het los. Siliconen winnen deze test. Bij deze test keert siliconen perfect terug naar de oorspronkelijke vorm. Het probleem is echter dat TPU een permanente deuk oploopt.

Het geheugen van plastic verliest na verloop van tijd aan kracht. Als je een waterdichte afdichting voor een buis ontwerpt, houdt siliconenkit het water veel langer buiten. De siliconenkit blijft permanent tegen het metaal drukken. TPU zal uiteindelijk minder hard worden, waardoor het water uit de buis kan lekken. Kies daarom altijd voor siliconenkit voor permanente afdichtingen.

Scheursterkteprestaties

Scheursterkte meet hoe gemakkelijk een snede zich uitbreidt. Ingenieurs klemmen het materiaal vast in een machine. De machine trekt het materiaal uit elkaar. TPU blinkt uit in deze test. TPU kan enorme trekkrachten weerstaan ​​zonder te scheuren. Siliconen begeven het snel zodra er een kleine snede ontstaat. Een scherpe rand kan bijvoorbeeld een siliconen hoes binnen enkele minuten onherstelbaar beschadigen.

Als er een klein krasje in siliconen komt, scheurt het hele onderdeel open. Daarom kun je siliconen niet gebruiken rond scherpe metalen hoeken. Daarvoor moet je TPU gebruiken. De sterke bindingen in TPU houden het materiaal bij elkaar, zelfs als het beschadigd raakt.

Treksterkte

Treksterkte geeft aan hoeveel totale kracht er nodig is om het materiaal te breken. Je meet dit door aan de uiteinden te trekken totdat het onderdeel breekt. TPU kan zeer hoge trekkrachten weerstaan. Je kunt een dik stuk TPU heel hard uitrekken. Het biedt grote weerstand.

Siliconen zijn zwak in treksterkte. Het rekt gemakkelijk uit, maar breekt bij een laag gewicht. Als uw ontwerp een onderdeel vereist dat een zwaar gewicht kan dragen terwijl het uitrekt, moet u TPU gebruiken. Een siliconen band zal gewoon breken en het gewicht laten vallen. Zware hijsbanden gebruiken bijvoorbeeld altijd TPU in plaats van siliconen.

Variabiliteit van de hardheid

De zachtheid meet je met de Shore-schaal. Je drukt een klein metalen pinnetje in het rubber om het getal af te lezen. Siliconen zijn erg zacht. Je vindt siliconen met een hardheid van Shore 10A. Dit voelt precies aan als menselijk spierweefsel of een zachte gel.

TPU wordt meestal niet zachter rond Shore 60A. Dit voelt aan als een harde autoband. Dus als je een superzachte aanraking nodig hebt, is siliconen de enige optie. Maar TPU kan veel harder worden. Het bereikt Shore 85D. Dit voelt aan als een harde plastic bowlingbal. Je hebt een enorm scala aan hardheden met TPU. Je kunt precies de stijfheid kiezen die je project nodig heeft.

De kleefkracht van TPU en de migratie van weekmakers in de loop van de tijd.

Veel mensen praten niet over de veroudering van TPU. Dit materiaal heeft een duister geheim dat producten na verloop van tijd onherstelbaar beschadigt. Je moet rekening houden met dit specifieke probleem.

Waarom TPU plakkerig wordt tijdens opslag

TPU-onderdelen kunnen na een paar jaar een plakkerige massa worden. Dit komt door de weekmakers. Fabrikanten voegen extra chemicaliën toe om het stijve TPU zachter te maken. Na verloop van tijd migreren deze vloeistoffen naar het buitenoppervlak.

Vochtigheid en warmte versnellen dit proces. Wanneer je een doos met oude TPU-onderdelen opent, kunnen ze aan elkaar plakken. Het oppervlak voelt aan als natte lijm. Het laat een vervelend residu achter op je vingers. Deze chemische reactie verloopt langzaam, maar maakt het product volledig onbruikbaar.

Kosten van het plakkerigheidsprobleem

Deze kleverige laag beschadigt producten volledig. Je kunt de plakkerige laag er niet gemakkelijk afhalen. Zeep werkt niet. Alcohol smeert de chemicaliën alleen maar uit. Hierdoor brengen boze klanten producten terug naar je winkel. Hele zendingen blijven in magazijnen liggen en bederven in de zomerhitte.

Je verliest enorme bedragen aan bedorven voorraad. Het vertrouwen in je merk daalt tot nul wanneer een klant een vies en plakkerig handvat aanraakt. Een cameragreep die bijvoorbeeld plakkerig wordt, zorgt ervoor dat de fotograaf het cameramerk voor altijd zal haten.

Strategieën voor preventie en beheer

Er zijn strikte manieren om dit verouderingsproces te stoppen. Ten eerste moeten TPU-onderdelen op een koele en droge plaats worden bewaard. Laat dozen niet maandenlang in hete transportcontainers staan. Ten tweede kunt u uw fabriekleverancier vragen om TPU van etherkwaliteit in plaats van TPU van esterkwaliteit. Etherkwaliteit is in eerste instantie iets duurder, maar is veel beter bestand tegen afbraak door water.

Je kunt ook een transparante topcoat aanbrengen om het kleverige oppervlak te blokkeren. Hierdoor worden de chemische vloeistoffen in het plastic ingesloten, zodat ze niet in contact kunnen komen met de handen.

Slechte scheurweerstand van siliconen

Siliconen zien er perfect uit in de fabriek, totdat ze ergens aan blijven haken. Je moet begrijpen hoe gemakkelijk ze in de praktijk scheuren.

Waarom siliconen zo gemakkelijk scheuren

Silicone heeft een extreem lage moleculaire oriëntatie. De atomen zijn niet strak in elkaar verstrengeld. Wanneer je de rand van silicone beschadigt, concentreert de spanning zich sterk op die minuscule snede. De materiaalstructuur kan niet voorkomen dat de snede zich verder voortplant.

Een klein krasje verandert dus al snel in een enorme scheur. Je kunt een dik stuk siliconen gemakkelijk met je blote vingers scheuren als je eerst een klein gaatje maakt. Door het gebrek aan interne sterkte is het materiaal erg kwetsbaar voor scherpe voorwerpen.

Werkelijke voorbeelden van mislukkingen

Neem bijvoorbeeld moderne siliconen horlogebandjes. Iemand stoot zijn pols langs een ruwe bakstenen muur. Er ontstaat een microscopisch klein sneetje aan de rand. De volgende keer dat hij het horloge afdoet, breekt het bandje in tweeën.

Een ander voorbeeld zijn siliconen toetsenbordhoezen voor laptops. Door intensief typen kunnen vingernagels het zachte materiaal doorboren. De hoes scheurt dan open en er komt vuil in. Dit zijn veelvoorkomende defecten. Daarom is het belangrijk om uw producten te testen op dagelijkse krassen voordat u ze verkoopt.

Ontwerpoplossingen voor de zwakke punten van siliconen

Je kunt dit zwakke punt verhelpen door slim ontwerp. Zorg ervoor dat alle randen rond en glad zijn. Scherpe hoeken creëren gevaarlijke zwakke plekken in siliconen. Gebruik daarom overal dikke radii.

Een andere truc is om een ​​stevige stof in het siliconen gedeelte te verwerken. Een gaasstof voorkomt dat de scheur verder scheurt. Zo maken ingenieurs bijvoorbeeld duurzame siliconen radiatorslangen voor grote vrachtwagens. De interne stof draagt ​​de volledige belasting, en de siliconen dichten het water af.

Chemische bestendigheid van TPU

Chemische stoffen tasten normale kunststoffen snel aan. Je moet weten hoe TPU reageert voordat je het in agressieve omgevingen gebruikt. Hier vind je de exacte gegevens over blootstelling aan chemicaliën.

Sterke punten van TPU

TPU is zeer goed bestand tegen zware oliën. Tijdens tests werd TPU gedurende meerdere dagen in motorolie ondergedompeld. De TPU bleef in de olie en zwol niet op. Het is ook bestand tegen onverdunde benzine en industriële vetten. Daarom gebruiken automonteurs overal TPU-slangen. Als uw product in een vuile werkplaats wordt gebruikt, zal TPU de dagelijkse olielekkages gemakkelijk doorstaan. Het behoudt zijn volledige fysieke sterkte, zelfs wanneer het doordrenkt is met vuil vet.

TPU-storingsmodi

TPU is echter totaal ongeschikt voor bepaalde agressieve chemicaliën. Sterke zuren lossen TPU-onderdelen op. Ook isopropylalcohol kan het materiaal na verloop van tijd aantasten. Als je TPU-onderdelen dagelijks met bleekmiddel schoonmaakt, wordt het materiaal hard en broos. Het verliest al zijn rubberachtige gevoel. Uiteindelijk zal het barsten, net als oud glas. Daarom kun je TPU niet gebruiken voor voorwerpen die constant chemisch gereinigd moeten worden. De chemische aantasting scheurt de plastic ketens permanent kapot.

Werkelijke toepassingsfouten

Ingenieurs probeerden ooit zacht TPU te gebruiken voor de handgrepen van chirurgische instrumenten in ziekenhuizen. Verpleegkundigen reinigden de instrumenten dagelijks met agressieve desinfecterende doekjes. Het TPU barstte na slechts twee maanden open. De alcohol die gebruikt werd om de instrumenten schoon te maken, verwijderde de verzachtende oliën in het plastic. Daardoor droogden de handgrepen volledig uit en vielen ze tijdens de operatie uit elkaar. Dit was een enorme mislukking, omdat ze het verkeerde materiaal hadden gekozen. Ze negeerden het chemische reinigingsschema van het ziekenhuis.

Siliconen chemische bestendigheid

Silicone gedraagt ​​zich totaal anders als siliconen dan kunststoffen. Het is bestand tegen compleet andere omstandigheden. Je moet het materiaal afstemmen op de specifieke chemische stof.

Uitzonderlijk siliconenassortiment

Siliconen zijn volledig bestand tegen de meeste agressieve reinigingsmiddelen. Je kunt siliconen onderdelen laten weken in pure bleek, waterstofperoxide of sterke alcohol. Het materiaal zal niet afbreken. Dit is precies de reden waarom ziekenhuizen zo dol zijn op siliconenproducten.

Uit tests is gebleken dat siliconen hun vorm en sterkte behouden in heet water en bij gebruik van sterke medische reinigingsmiddelen. Het is ongelooflijk stabiel. Zo worden bijvoorbeeld fopspenen voor baby's van siliconen gemaakt, omdat ouders ze in water koken en dagelijks met sterke zeep wassen.

Chemische zwakke punten van siliconen

Het probleem is echter dat siliconen absoluut niet goed tegen olie kunnen. Als je siliconen in motorolie doet, absorberen ze de dikke vloeistof als een keukenspons. Het siliconendeel zwelt op tot het dubbele van zijn normale formaat. Het verliest alle fysieke stevigheid en verandert in een geleiachtige massa.

Bovendien mag je siliconen absoluut niet in de buurt van onverbrande benzine gebruiken. De brandstof vernietigt de interne rubberstructuur onmiddellijk. Houd siliconen daarom ver weg van automotoren en vloeistoffen van zware machines.

De werkelijke kosten van chemische resistentie

Je moet precies in kaart brengen welke vloeistoffen met je product in contact komen. Als je siliconen kiest voor een motoroliekeerring, zal deze flink lekken. Je zult te maken krijgen met enorme, kostbare terugroepacties. Als je TPU kiest voor een medisch apparaat in een ziekenhuis, zal het barsten tijdens de routine reiniging.

U moet het juiste materiaal inkopen om enorme garantieclaims te voorkomen. Fouten op dit gebied kosten bedrijven miljoenen dollars. U moet uw kopers precies vragen hoe ze het product zullen wassen.

Bedrijfstemperatuurbereiken

Warmte verandert de eigenschappen van zachte materialen. Temperatuurlimieten zijn onmisbaar in de techniek. Een paar graden verschil kan je product volledig onherstelbaar beschadigen.

Temperatuurcontrole van TPU: een realistische test

TPU is niet bestand tegen hoge temperaturen. Zodra de omgevingstemperatuur boven de 90 graden Celsius komt, wordt TPU erg zacht en zwak. Het verliest zijn grip. Bij 120 graden Celsius begint TPU te smelten en vloeibaar te worden.

Het is niet veilig om TPU-onderdelen in water te koken. Daarom kun je TPU ook niet steriliseren in een stoomreiniger. Het smelt dan gewoon tot een platte plas. Als je bijvoorbeeld een TPU-telefoonhoesje in een hete auto laat liggen tijdens de zomer, zal het vervormen en niet meer goed aansluiten.

Temperatuurvoordeel van siliconen

Siliconen zijn bestand tegen extreme hitte zonder beschadiging. Ze werken perfect bij 200 graden Celsius, de hele dag door. Sommige speciale, hoogwaardige soorten kunnen zelfs veilig temperaturen tot 300 graden Celsius verdragen. Je kunt siliconen in een keukenoven bakken. Het materiaal smelt niet en rookt niet. Ook extreme vrieskou is bestand tegen kou.

Siliconen blijven bij temperaturen van -50 graden Celsius buiten zeer zacht. Vanwege dit enorme temperatuurbereik kiezen ingenieurs siliconen steevast voor producten in de lucht- en ruimtevaart en voor toepassingen in de strenge winter.

Kosten van temperatuurbeperkingen

Als uw product geschikt moet zijn voor de vaatwasser, moet u investeren in siliconen. De hitte van de vaatwasser in combinatie met heet water zal TPU beschadigen. TPU zal in heet water permanent buigen en vervormen. Dus als u probeert te besparen door goedkoop TPU te gebruiken voor keukengerei, zal het gereedschap het begeven.

Uw klanten zullen snelle terugbetalingen eisen. De hoge aanschafprijs van siliconen bespaart u later juist geld. Het voorkomt klachten van klanten over gesmolten producten.

Kun je TPU over siliconen heen gieten of andersom?

Ingenieurs willen deze twee verschillende materialen vaak combineren. Ze willen de zachte aanraking van siliconen en de hardheid van TPU. Dit is in een fabriek erg moeilijk te realiseren.

TPU over siliconen

Het is niet eenvoudig om heet TPU over een siliconen basis te gieten. Siliconen hebben een extreem lage oppervlakte-energie. Vrijwel niets hecht er van nature aan. Als je gesmolten, heet TPU over een koud siliconen onderdeel spuit, zal het TPU er later direct weer afbladderen. Ze hechten chemisch gezien helemaal niet aan elkaar. Je krijgt dan gewoon twee losse stukken die in je handen uit elkaar vallen. Chemische hechting is hier dus geen optie.

Siliconen over TPU

Het gieten van vloeibare siliconen over een hard TPU-onderdeel is ook een regelrechte nachtmerrie. Siliconen vereisen hoge temperaturen om goed uit te harden. Vloeibare siliconenrubber hardt doorgaans uit bij 150 graden Celsius in de mal.

Maar we weten al dat TPU smelt bij 120 graden Celsius. De hoge temperatuur die nodig is om de vloeibare siliconen uit te harden, zal het TPU-basisdeel in de machine volledig doen smelten. Je verpest het basisdeel voordat de siliconen überhaupt uitgehard zijn.

Hybride oplossingen

Er bestaan ​​fysieke, mechanische oplossingen voor dit specifieke probleem. In plaats van een chemische lijmverbinding te maken, ontwerp je fysieke vergrendelingen. Je kunt bijvoorbeeld grote gaten in het plastic basisonderdeel maken.

Het tweede, zachte materiaal vloeit volledig door de gaten en vergrendelt zich stevig zodra het afkoelt. Je kunt ook siliconenkit gebruiken die uithardt bij kamertemperatuur. Dit trage proces duurt echter uren en brengt hoge arbeidskosten met zich mee. Daarom is fysieke vergrendeling de beste optie.

UV- en weersbestendigheid

Direct zonlicht beschadigt veel zachte materialen. U moet de weerbestendigheid van uw product buitenshuis zorgvuldig controleren als het buiten staat. Beschadiging door de zon treedt zeer snel op bij minderwaardige kunststoffen.

TPU-buitenlevensduur

Standaard, goedkoop TPU-materiaal is zeer slecht bestand tegen direct zonlicht. Ultraviolette zonnestralen breken de interne chemische ketens af. Bij strenge tests blijkt standaard aromatisch TPU-materiaal zeer snel een lelijke gele kleur te krijgen. Na de vergeling wordt het oppervlak krijachtig en droog. Vervolgens barst het open.

Je kunt speciaal alifatisch TPU kopen. Alifatisch TPU is goed bestand tegen vergeling. Het probleem is echter dat het drie keer zo duur is. Daarom kan TPU voor buitengebruik erg duur worden als je wilt dat het er jarenlang goed uitziet.

Duurzaamheid van siliconen voor buitengebruik

Silicone is de absolute heerser in de buitenlucht. De interne bindingen tussen silicium en zuurstof zijn veel sterker dan de ultraviolette stralen van de zon. Silicone wordt simpelweg niet geel. Het droogt niet uit. Het barst niet.

Een siliconen raamafdichting voor buitengebruik gaat twintig jaar mee zonder te falen. Normale weersomstandigheden hebben er geen enkele invloed op. Het is perfect bestand tegen regen, sneeuw en felle zon. Daarom gebruiken bouwbedrijven enorme hoeveelheden siliconen voor hoge gebouwen.

Praktische toepassingen buitenshuis

Bekijk dure zonnepanelen eens goed. Fabrieken dichten de randen van het zware glas af met pure siliconenkit. Regen, zon en sneeuw raken de zonnepanelen elke dag. De siliconenkit laat nooit water door.

Als iemand standaard TPU zou gebruiken voor de buitenafdichting, zou er na slechts een jaar regenwater naar binnen sijpelen. Daarom is siliconen voor permanent gebruik buitenshuis, ongeacht de weersomstandigheden, absoluut de enige oplossing. Het garandeert bescherming tegen waterschade.

TPU versus siliconen: productiesnelheid en cyclustijd

Productietijd is geld. Deze twee materialen worden in de fabriek op een heel verschillende manier verwerkt. Je moet deze machinesnelheden begrijpen om je werkelijke productkosten te kunnen berekenen.

Voordelen van TPU-spuitgieten

TPU is een standaard thermoplastisch materiaal. Je verwarmt het, spuit het in een mal en laat het snel afkoelen. Het afkoelen duurt slechts enkele seconden. Een machine kan elke twintig seconden een nieuw TPU-telefoonhoesje maken.

Omdat de fabrieksspuitgieten De cyclustijd is erg kort en de arbeidskosten per onderdeel zijn erg laag. Bovendien is afval-TPU eenvoudig te recyclen. Je maalt de defecte onderdelen gewoon fijn en smelt ze opnieuw. Er is geen sprake van materiaalverspilling in de fabriek.

Uitdagingen bij de verwerking van siliconen

Silicone is een thermohardend materiaal. Je moet twee chemische vloeistoffen mengen en constant verwarmen om een ​​permanente reactie op gang te brengen. Deze uithardingstijd duurt minuten, geen seconden. Een siliconen onderdeel kan wel drie volle minuten in de hete mal nodig hebben. Voor elk afzonderlijk onderdeel moet je veel langer wachten.

Bovendien kun je gesmolten siliconen niet opnieuw smelten. Afvalsiliconen belandt voorgoed in de vuilnisbak. Materiaalverspilling verhoogt je uiteindelijke kosten dus aanzienlijk.

Vergelijking van de werkelijke productiekosten

Vloeibare siliconengrondstof is duurder dan TPU-korrels. Bovendien draait de spuitgietmachine veel langzamer. Daarom kost een afgewerkt siliconenonderdeel vaak twee keer zoveel als een TPU-onderdeel. Je gebruikt dure siliconen alleen als de toepassing echt hoge temperaturen of medische veiligheid vereist.

Voor alle andere doeleinden bespaart de hoge snelheid van TPU op uw projectbudget. U houdt uw winstmarges hoog door waar mogelijk voor TPU te kiezen.

CONCLUSIE

Bij de keuze tussen TPU en siliconen is het belangrijk om de exacte oorzaken van defecten te bekijken. Gebruik TPU voor zware slijtage en snelle productie in fabrieken. Kies siliconen voor hoge temperaturen en toepassingen in ziekenhuizen. Controleer de chemische limieten voordat u een materiaal kiest. Een zorgvuldige keuze voorkomt kostbare productterugroepacties in de toekomst. U beschikt nu over de gegevens om een ​​beslissing te nemen.