Was ist TPE?

WAS IST TPE (Thermoplastisches Elastomer)?

Thermoplastische Elastomere werden in der Norm ASTM D1566 als „eine Gruppe von gummiartiger Materialien definiert, die im Gegensatz zu vulkanisierten herkömmlichen Gummimaterialien wie thermoplastische Materialien verarbeitet und wiederverwertet werden können.“ Thermoplastische Elastomere erfordern keine Aushärtung oder Vulkanisation während der Verarbeitung und können mit herkömmlichen thermoplastischen Techniken wie Spritzguss, Extrusion und Blasformen verarbeitet werden.

What is a Polymer?

Bevor detaillierte Informationen über Thermoplastische Elastomere (TPE) gegeben werden, ist es notwendig, einige grundlegende Punkte zu erklären.

Ein Polymer ist ein großes Molekül, das aus sich wiederholenden kleinen und einfachen chemischen Einheiten besteht. Sie werden je nach ihrer Fähigkeit, sich zu bilden, wie folgt klassifiziert. TPEs (thermoplastische Elastomere) gehören zur Klasse der Elastomere.

Position der TPEs in der Gruppe der Polymermaterialien

Bevor TPEs eingeführt wurden, gab es eine klare Unterscheidung zwischen Gummi und Kunststoffen. Gummi ist weich, flexibel und elastisch, während Kunststoffe bekanntlich hart und starr sind. TPE-Materialien können wie Thermoplaste verarbeitet und recycelt werden, haben aber ähnliche Eigenschaften und Leistungen wie duroplastische Gummimaterialien. Am besten lassen sich TPEs unter den Polymermaterialien anhand ihrer Härte klassifizieren.

Einstufung von TPEs

TPEs werden in zwei Gruppen eingeteilt: Blockcopolymere und Thermoplast-Elastomer-Mischungen. Blockcopolymere sind Strukturen, die 2 verschiedene Monomere in einer einzigen Polymerkette enthalten. Thermoplast-Elastomer-Mischungen werden durch Vermischen von Elastomeren und Thermoplasten in geschmolzenem Zustand hergestellt.

Morphologie von TPEs

Alle TPE-Sorten enthalten zwei oder mehr Polymerphasen, eine harte und eine weiche. Bei der Verfestigung (unterhalb der Schmelztemperatur) verbinden sich die harten Bereiche der verschiedenen Ketten und bilden harte thermoplastische Teile, während die weichen Bereiche elastomere Teile bilden.

Wird ein Blockcopolymer über seine Schmelztemperatur hinaus erhitzt, werden die Bindungen zwischen den Ketten der harten Bereiche aufgebrochen, wodurch ein geschmolzenes Material entsteht, das sich zum Formen, Extrudieren oder für andere Verarbeitungsmethoden eignet. Wenn das geschmolzene TPE unter seine Schmelztemperatur abgekühlt wird, kommen die harten Bereiche wieder zusammen, erstarren erneut und nehmen ihre endgültige Form an.

Wenn das geschmolzene TPE unter seine Schmelztemperatur abgekühlt wird, kommen die harten Bereiche wieder zusammen, erstarren erneut und nehmen ihre endgültige Form an.

Harte Segmente bieten plastische Eigenschaften

Thermische Beständigkeit
Leicht zu verarbeiten
Mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit – Modul – Reißfestigkeit)

Weiche Segmente sorgen für elastische Eigenschaften

Dauerhafte Verformung
Elastizität
Geringe Wärmeleistung

Vorteile von TPEs

100% wiederverwertbar – kein Abfall
Leichtere Verarbeitung
Kein statischer Vernetzungsprozess
Kürzere Zykluszeit, weniger Energieverbrauch
Geringe Dichte (0,9 g/cm3 )
Kann gefärbt werden
Verfahren wie Blasformen, Thermoformen, Wärmeschweißen, Folienblasen können angewendet werden.

General Physical Properties of TPEs

TPE-V

TPE-S

Density (g/cm3)

0,94 - 1

0,9 - 1,20

Low Tempature Limit (°C)

35A - 50D

20A - 60D

Low Tempature Limit (°C)

-60

-70

High Tempature Limit (Continuous) (°C)

115

100

Permanent Deformation at 100 (°C)

Good / Very Good

Medium

Resistance to Aqueous Fluids

Good / Very Good

Resistance to Hydrocarbon Fluids

Medium / Good

Weak

Thermoplastische Elastomertypen

(SBCs)

Styrene Block Copolymers

SBCs are multi-phase compounds in a poly (styrene-b-elastomer-b-styrene) structure in which the phases are chemically bonded by block copolymerization. Styrenics are most commonly used among the basic TPE categories. This is because styrenic block copolymers can successfully blend with many materials including fillers, extenders, additives, and other resins.

The properties of the block copolymer vary according to the chemical structure of the elastomer phase. The most commonly used soft phases are butadiene, isoprene, and ethylene-butylene monomers.

(SBS)

Styrene Butadiene Styrene

SBS, whose soft phase is butadiene, are not resistant to external conditions due to double bonds in their structures; as a result, they are prone to oxidation, UV degradation, and thermal aging, limiting their long-term outdoor performance.

SBS

(SEBS)

Styrene Ethylene Butylene Styrene

On the other hand, SEBS whose soft phase is ethylene butylene, are produced by hydrogenating
SBS. They have very good heat, UV, oil, and chemical resistance due to the lack of double bonds in their structures. SEBS is the most commonly used styrenic block copolymer.

SEBS

(TPV)

Thermoplastic Vulcanizates

Thermoplastic vulcanizates (TPVs) are formed with homogeneous dispersion of crosslinked rubber parts in the thermoplastic phase through dynamic vulcanization.

Dynamic curing refers to the vulcanization or crosslinking of a polymer while mixing with another polymer in the molten state. Unlike static vulcanization, two polymer phases (elastomer and plastic) are required for dynamic vulcanization. Crosslinks and three-dimensional polymer structures are formed in dynamic vulcanization, as in static vulcanization. However, dynamic vulcanization entails the formation of these structures within small rubber particles dispersed in a non-crosslinked thermoplastic matrix. Phase transformation takes place during dynamic vulcanization that enables the formation of structures in this way. Phase transformation is the most important process determining TPV properties.

(TPO)

Thermoplastic Polyolefins

Thermoplastic polyolefins (TPO) are raw materials obtained by the mixing of uncrosslinked amorphous rubbers and semi-crystalline polyolefin thermoplastics in a molten state. Most commercial TPOs are physical mixtures of EPRs and PPs that do not contain double bonds. Production processes do not include a vulcanization step. It stands out with its resistance to impact and chemicals.