Was sind Thermoplastische Elastomere?

 

Thermoplastische Elastomere (Abkürzung: TPE) sind Werkstoffe, welche thermoplastisch verarbeitbar sind und gummiähnliche Gebrauchseigenschaften aufweisen.

 

Thermoplastische Elastomere lassen sich sehr leicht formen, da sie bei der Verarbeitung den plastischen Zustand durchlaufen. Sie lassen sich in allen Härten von 5 Shore A bis über 70 Shore D herstellen. Durch Modifizierung erreicht man Haftung an nahezu allen technischen Thermoplasten. Ihre Fließfähigkeit, sowie ihre Dichte, Optik, Kratzfestigkeit und andere Eigenschaften, lassen sich ebenfalls durch Compoundierung mit verschiedensten Füllstoffen und Additiven einstellen.

 

 

Welche TPE-Arten gibt es?
 

Thermoplastische Elastomere können gegliedert werden in

TPE Blends        und     Block-Copolymere

Blends sind Legierungen aus einer Kunststoffmatrix und einem weichen Werkstoff, z.B. einem Elastomer.

Block-Copolymere sind Molekülketten mit unterschiedlichen Segmenten, die sich beim Abkühlen zu „Hart“- und „Weich“-Bereichen zusammenlagern. Es gibt TPS (Styrol-Block-Copolymer), TPU (thermoplastisches Polyurethan), TPC auch als TEEE bezeichnet (thermoplastisches Polyester-Elastomer) und TPA (thermoplastisches Polyether-Polyamid).

 

 

Welche Unterschiede treten bei den einzelnen TPE-Arten auf?

 

Die einzelnen TPE-Arten unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. So zeichnet sich TPC z.B. durch gute mechanische Festigkeiten, die TPU durch gute Abriebwerte aus. Beide besitzen jedoch Optimierungspotential vor allem im DVR bei höheren Temperaturen. TPV und TPS sind in sehr weiten Bereichen modifizierbar. Herausforderungen sind allerdings Anwendungen in Öl und/oder bei hohen Temperaturen. TPA stechen durch ihre Schnappigkeit hervor. Allerdings sind sie, ebenso wie TPU nicht einfach zu verarbeiten.

 

TPS (Styrol-Block-Copolymer) auf Basis SEBS Styrol-Blöcke bilden physikalisches Netzwerk

Kriterium Beurteilung / Werte
Härte alle Härten
mechanische Eigenschaften gut
Einsatztemperatur max. 100°C, Sonderwerkstoffe bis 150°C
Druckverformungsrest 40 bis 70% bei 100°C/24h, Sonderwerkstoffe 41% bei 150°C/24h
Ölbeständigkeit eingeschränkt
Hydrolysebeständigkeit sehr gut
Witterungsbeständigkeit sehr gut
Verarbeitung sehr gut
Haftung PP, PE, ABS, PC, PMMA, PBT, POM, ...
Sonstiges + Variabilität (Härte, Haftung, Dichte, Dämpfung, DVR)
  + säure- und laugenbeständig

 

TPC
(Thermoplastische Polyesterelastomere)
Segmente aus hartem Polyester und weichem Polyether

Kriterium Beurteilung / Werte
Härte ab ca. 80 Shore A
Mechanische Eigenschaften sehr gut
Einsatztemperatur bis zu 160°C
Druckverformungsrest 80% bei 100°C/24h
Ölbeständigkeit gut
Hydrolysebeständigkeit mäßig
Verarbeitung sehr gut
Haftung PC, PC/ABS, PET, PBT
Sonstiges + gute dynamische Eigenschaften
  + hohe Festigkeit

 

 TPV
(PP-EPDM, PP-NR, PP-IIR-Blends, ...)

Kriterium Beurteilung / Werte
Härte ab 35 Shore A
mechanische Eigenschaften gut
Einsatztemperatur max. 100°C
Druckverformungsrest 40 bis 60% bei 100°C/24h
Ölbeständigkeit eingeschränkt
Hydrolysebeständigkeit sehr gut
Witterungsbeständigkeit sehr gut
Verarbeitung sehr gut
Haftung PP, PA, ABS, ABS/PC
Sonstiges + Gummieigenschaften
  + dynamische Eigenschaften
  - Abrieb
  - Fließfähigkeit

 

TPU
(Thermoplastische Polyurethane)
weiche, langkettige Polyole und harte Diisocyanate (mit Kettenverlängerern)

Kriterium Beurteilung / Werte
Härte ab ca. 60 Shore A
mechanische Eigenschaften sehr gut
Einsatztemperatur bis zu 80°C
Druckverformungsrest 80% bei 100°C/24h
Ölbeständigkeit gut
Hydrolysebeständigkeit mäßig
Witterungsbeständigkeit gut bei aliphatischen Typen
Verarbeitung mäßig
Haftung PA, PA/ABS, ABS, ABS/PC, PC, ASA, PBT
Sonstiges + Festigkeit
  + Abrieb
  + Transparenz
  - Vergilbung (außer aliphatische Typen)

 

TPA
(Thermoplastisches Polyamid)
weiche Polyole und hartes Polyamid

Kriterium Beurteilung / Werte
Härte ab ca. 75 Shore A
mechanische Eigenschaften sehr gut
Einsatztemperatur bis zu 80°C
Druckverformungsrest 80% bei 100°C/24h
Ölbeständigkeit gut
Hydrolysebeständigkeit mäßig
Witterungsbeständigkeit gut
Verarbeitung mäßig
Haftung PC, PC/ABS, PA11, PA12
Sonstiges + geringe Dichte
  + Transparenz
  + Tieftemperaturflexibilität (bis -40°C)

 

 

Shore A, Shore D?

 

Bei Härte nach Shore wird ein Widerstand gemessen, der durch das Eindringen eines Körpers mit bestimmter Form entsteht, welcher mit einer definierter Federkraft auf das Prüfobjekt gedrückt wird. Messwerte sind 0 bis 100, wobei 0 der kleinsten und 100 der größten Härte entspricht. Die Härte in Shore A ist weicher als die in Shore D, wobei eine Überschneidung dieser beiden Härteangaben vorliegt. 90 Shore A entspricht ungefähr 35 Shore D.

 

 

Mehrkomponententechnik - An welchen Werkstoffen ist die Haftung von TPE möglich?


Woran ein TPE haftet, ist abhängig von der Art des TPEs.

TPE Art Haftung an
TPS PP, PE, ABS*, PC*, PC/ABS*, PMMA*, PBT*, POM*, …
TPU PA, PA/ABS, ABS, PC, PC/ABS, ASA
TPC PC, PC/ABS, PET, PBT
TPA PC, PC/ABS, PA11, PA12
TPV PP, PA*, ABS*, PC/ABS*
TPO PP, PE

                                                                                                                           *haftungsmodifiziert

Die Haftungseigenschaften sind abhängig von der Werkstoffpaarung und deren Verarbeitung

Je nach Werkzeug und Bauteil können unterschiedliche Haftungsqualitäten auftreten.

 

 

Was ist der Druckverformungsrest (DVR)?
 

Der Druckverformungsrest (Abkürzung DVR), gibt an, zu welchem Maß ein deformierte Werkstoff sich nach einer bestimmten Zeit und einer bestimmten Temperatur wieder zurückstellt. Ein DVR von z.B. 0% gibt an, dass sich der Werkstoff zu 100%, also vollständig zurückgestellt hat. Bei einem DVR von 100% hat sich das Material zu 0%, also gar nicht zurückgestellt. Wichtig sind DVR-Werte z.B. bei Dichtungsanwendungen oder Dämpfungselementen.