Thermoplastische elastomeren (TPE) vormen een klasse materialen die rubberachtige elasticiteit combineren met kunststofachtige verwerkbaarheid. TPV (thermoplastische vulkanisaten) en TPU (thermoplastisch polyurethaan) zijn twee belangrijke leden van de TPE-familie. Deze drie materialen verschillen aanzienlijk in hardheid, temperatuurbestendigheid, chemische stabiliteit en verwerkingsmethoden, waardoor ze geschikt zijn voor diverse industriële toepassingen. Dit artikel biedt een gedetailleerde vergelijking van hun eigenschappen, kostenfactoren en typische toepassingen om u te helpen bij het kiezen van het meest geschikte materiaal voor uw specifieke behoeften.

Wat zijn TPE, TPV en TPU? Wat zijn de verschillen?

TPE (thermoplastisch elastomeer) is een brede categorie die verschillende materialen omvat die een rubberachtige elasticiteit vertonen, maar net als kunststoffen verwerkt kunnen worden. TPV (thermoplastisch vulkanisaat) is een gespecialiseerd type TPE, geproduceerd door middel van dynamische vulkanisatie, en biedt superieure hitte- en chemische bestendigheid. TPU (thermoplastisch polyurethaan) onderscheidt zich binnen de TPE-familie door zijn prestaties die vergelijkbaar zijn met die van technische kunststof. Het is met name bekend om zijn uitzonderlijke slijtvastheid en mechanische sterkte.

tpv-tpe-tpu

Belangrijke verschillen tussen deze materialen zijn:

  • ​Chemische structuur:TPE's zijn styreenblokcopolymeren, TPV's zijn dynamisch gevulkaniseerde EPDM/PP-legeringen, terwijl TPU's lineaire polymeren zijn die urethaangroepen bevatten
  • ​Hardheidsbereik:: TPU (60A-80D) > TPE (20A-100A) > TPV (40A-60D)
  • ​Temperatuursbestendigheid: TPV (-60°C tot 135°C) > TPU (-40°C tot 120°C) > TPE (-50°C tot 80°C)
  • ​Verwerkingsmethoden: Alle drie kunnen worden verwerkt met behulp van thermoplastische methoden zoals spuitgieten en extrusie, maar TPV vereist hogere verwerkingstemperaturen

Volgens de ASTM-norm D1566 worden deze materialen geclassificeerd als ‘polymeren die elastische eigenschappen vertonen via fysieke in plaats van chemische dwarsverbindingen’.

Hoe verhouden de mechanische eigenschappen van TPE, TPV en TPU zich tot elkaar?

Mechanische eigenschappen zijn cruciale factoren bij de selectie van elastische materialen. Deze drie materialen vertonen verschillende prestaties op het gebied van treksterkte, rek en drukvervorming:

​Treksterkte en rek:

  • TPU biedt doorgaans de hoogste treksterkte (20-50 MPa) met een matige rek (300-600%)
  • TPV vertoont een gemiddelde treksterkte (5-15 MPa), maar een uitstekende rek (200-500%)
  • TPE heeft de laagste treksterkte (3-10 MPa), maar sommige formuleringen kunnen een rek van meer dan 1000% bereiken

​Compressie set(geeft de herstelcapaciteit aan):

  • TPV presteert het beste (20-40%), waardoor het ideaal is voor langdurige afdichtingstoepassingen
  • TPU is matig (30-50%)
  • Standaard TPE vertoont slechtere prestaties (40-70%)

​Slijtvastheid(gemeten met de Taber-slijtagetest):

  • TPU biedt de beste slijtvastheid, 5-10 keer beter dan conventioneel rubber
  • TPV volgt 3-5 keer beter dan rubber
  • TPE presteert vergelijkbaar of iets beter dan standaardrubber

​Treksterkte:

  • TPU leidt opnieuw (50-100 kN/m)
  • TPV is matig (20-50 kN/m)
  • TPE heeft de laagste waarden (10-30 kN/m)

Door deze verschillen is TPU ideaal voor toepassingen met een hoge slijtage, zoals tandwielen en katrollen, is TPV beter geschikt voor afdichtingstoepassingen en is TPE meer geschikt voor alledaagse producten met lagere mechanische eisen.

Hoe verschillen hun milieubestendige eigenschappen?

Milieubestendigheid omvat temperatuurbestendigheid, chemische bestendigheid en weersbestendigheid, die direct van invloed zijn op de levensduur van het materiaal onder zware omstandigheden:

​Temperatuursbestendigheid:

  • ​TPV: Langdurige service van -60°C tot 135°C, met kortdurende blootstelling tot 150°C
  • ​TPU: -40°C tot 120°C, met speciale kwaliteiten die 140°C bereiken
  • ​TPE: -50°C tot 80°C, neiging tot verweking bij verhoogde temperaturen

​Vergelijking van chemische bestendigheid(gebaseerd op ASTM D471):

Chemisch medium TPE TPV TPU
Motorolie/smeermiddelen arm Uitstekend Goed
brandstoffen arm Uitstekend Eerlijk
Zuur/alkali-oplossingen Eerlijk Goed arm
Polaire oplosmiddelen Goed Eerlijk arm
Water Uitstekend Uitstekend Eerlijk

​Weerbestendigheid(UV- en ozonbestendigheid):

  • TPV vertoont de beste weerbestendigheid, met een levensduur buitenshuis van meer dan 10 jaar
  • TPU heeft de neiging te vergelen en te degraderen bij langdurige blootstelling aan UV-straling.
  • De weerbestendigheid van TPE varieert per formulering, waarbij styreen-TPE's over het algemeen slechter presteren

In praktische toepassingen gebruiken automotoronderdelen vaak TPV (bijvoorbeeld stofhoezen, afdichtingen) voor gelijktijdige weerstand tegen hitte, olie en trillingen. Medische apparatuur maakt vaak gebruik van TPE vanwege de bestendigheid tegen diverse sterilisatiemethoden (gammastraling, ETO). TPU wordt veel gebruikt in afdichtingen van hydraulische systemen die bij gematigde temperaturen in contact komen met olie.

Hoe beïnvloeden verwerkingseigenschappen en kostenfactoren de materiaalkeuze?

Verwerkingsprestaties en kostenoverwegingen hebben een grote invloed op de materiaalkeuze:

​Vergelijking van verwerkingseigenschappen:

​Smelttemperatuurbereik:

  • TPV: 180-230°C
  • TPU: 170-220°C
  • TPE: 150-200°C

​Schimmel krimp:

  • TPU: 0.8-1.5%
  • TPV: 1.2-2.0%
  • TPE: 1.5-3.0%

​Droogvereisten:

  • TPU vereist strikte droging (vocht <0.02%)
  • TPV/TPE zijn minder vochtgevoelig

​Kosten factoren(algemene beoordelingscriteria):

  • TPU is doorgaans het duurst ($3.5-6/kg)
  • TPV middenklasse ($2.5-4.5/kg)
  • TPE is het meest economisch ($2-3.5/kg)

​Productie efficiëntie:

  • TPE koelt het snelst, waardoor de kortste cyclustijden mogelijk zijn
  • TPU heeft een langere verpakkingstijd en langzamere koeling nodig
  • TPV bevindt zich tussen deze uitersten

Hoewel TPE de laagste materiaalkosten biedt, kan de langere afkoeltijd voor dikwandige producten dit voordeel tenietdoen. De hogere prijs van TPU kan worden gerechtvaardigd door de superieure slijtvastheid, waardoor de levensduur van het product wordt verlengd. TPV biedt een optimale balans voor toepassingen die zowel hittebestendigheid als kosteneffectiviteit vereisen, zoals afdichtingssystemen in de automobielindustrie ter vervanging van traditioneel EPDM-rubber.

Wat zijn de typische toepassingsgebieden voor deze materialen?

Elk materiaal heeft zijn niche gevonden in verschillende industrieën op basis van unieke eigenschapsprofielen:

​Typische TPE-toepassingen:

  • Consumentenproducten: tandenborstelgrepen, scheermesjes, speelgoed
  • Elektronica: telefoonhoesjes, koptelefoonkabels
  • Medisch: ademhalingsmaskers, infuusbuizen, katheters
  • Verpakking: Sluitingen voor voedselcontainers, lipjes voor blikken
  • Voordelen: Zacht aanvoelend, recyclebaar, gemakkelijk te kleuren

​Primaire TPV-toepassingen:

  • Automobiel: Stofhoezen, raamrubbers, luchtkanalen
  • Industrieel: Chemisch bestendige slangen, transportbanden, pakkingen
  • Bouw: Deur-/raamafdichtingen, dakbedekking
  • Voordelen: Weerbestendig, bestand tegen hoge temperaturen, lasbaarheid

​Veelvoorkomende TPU-toepassingen:

  • Industrieel: hydraulische afdichtingen, mijnschermen, transportbanden
  • Consument: schoenzolen, sportuitrusting, bagageonderdelen
  • Elektronica: Kabelmantels, dronepropellers
  • Medisch: Kunstmatige hartkleppen, orthopedische beugels
  • Voordelen: Uitzonderlijke slijtvastheid, scheursterkte, optische helderheidsopties

Een opkomende trend betreft materiaalcombinaties, zoals dashboards van auto's die TPE-oppervlakken (voor een zachte grip) gebruiken met TPU-ruggengraat (voor structurele ondersteuning). Veel high-performance sportschoenen combineren eveneens TPU-stabiliteitscomponenten met TPE-buitenzolen om ondersteuning en comfort in balans te brengen.

Hoe selecteer je het meest geschikte materiaal voor specifieke eisen?

Volg dit besluitvormingskader bij het kiezen tussen deze materialen:

​Identificeer kritieke prestatiebehoeften:

  • Hoge temperatuurbestendigheid (>100°C)? → Geef prioriteit aan TPV
  • Superieure slijtvastheid? → Kies TPU
  • Benadruk zachtheid? → TPE heeft de voorkeur

​Evalueer omgevingsfactoren:

  • Buitengebruik of contact met olie? → TPV
  • Regelmatig steriliseren? → Medisch TPE
  • Blootstelling aan polaire oplosmiddelen? → Vermijd TPU

​Houd rekening met verwerkingsbeperkingen:

  • Complexe dunwandige onderdelen? → TPE stroomt beter
  • Temperatuurbeperkingen van de apparatuur? → TPE-processen bij de laagste temperaturen
  • Zijn er secundaire bewerkingen nodig (bijvoorbeeld lassen)? → TPV werkt het beste

​Kosten en duurzaamheid:

  • Beperkt budget? → TPE meest economisch
  • Recycling belangrijk? → Allemaal recyclebaar, maar TPE is het makkelijkst
  • Lange levensduur vereist? → TPU of TPV kan kosteneffectiever blijken

​Voorbeelden van materiaalvervanging:

  • Traditionele rubberafdichtingen → TPV (eenvoudiger te verwerken, vergelijkbare levensduur)
  • PVC-slang → TPE (milieuvriendelijker, geen weekmakers)
  • Metalen tandwielen → TPU (gewichtsreductie, geluidsdemping)

De optimale keuze moet rekening houden met alle prestatie-eisen in plaats van met afzonderlijke parameters. Zo moeten ruitenwisserbladen voor auto's zowel weersbestendig (TPV-sterkte) als soepel wisgedrag (TPE-voordeel) zijn, wat leidt tot marktoplossingen die beide materialen gebruiken. Samenwerking met materiaalleveranciers voor toepassingsspecifieke casestudy's en monstertests wordt aanbevolen om de beste keuze te maken.