Что такое tpu материал
Преимущества ТПУ (TPU) перед ПВХ-материалом
Термопластичный полиуретан, или ТПУ (TPU) – современный полимерный материал, относящийся к классу эластомеров, веществ с повышенной эластичностью (в два раза эластичнее резины). Ткань с покрытием из ТПУ идеально подходит для изготовления надувного оборудования, и превосходит привычную ПВХ-ткань по многим ключевым показателям.
ТПУ – это атмосферостойкий и светостойкий материал, не подверженный гидролизу. Он также устойчив к воздействию масел и жиров, износу и трению, не теряет форму, не растягивается даже при длительном воздействии, не плавится при температуре до +80 о С. На сегодняшний день он используется, в том числе, при производстве надувных лодок, пневмокаркасных палаток, надувного игрового оборудования – зорбов, всесезонных аттракционов.
Сравнение ТПУ и ПВХ
ТПУ называют симбиозом каучука и пластмассы. Его производят на основе алифатического изоцианата, простых и сложных полиэфиров. Именно наличие алифатических изоцианатов делает термопластичный полиуретан устойчивым к атмосферным воздействиям, в том числе и ультрафиолету. Этот же компонент делает ТПУ невосприимчивым к микроорганизмам.
Преимущества ТПУ-материала
ТПУ или ПВХ – что лучше? Оба материалы огнестойки, водо- и воздухонепроницаемы, выпускаются в разных цветах либо прозрачными. За ними легко ухаживать. Некоторые механические характеристики, такие как адгезия, прочность на растяжение, разрыв и раздирание у TPU и PVC одинаковы и зависят от конкретной марки материала.
Тем не менее, если взять в руки кусочки ПВХ-ткани и ТПУ-материала, можно отметить, что последний более мягкий, эластичный и лёгкий, специфический запах у него отсутствует. Благодаря этим качествам его используют даже для изготовления верхней детской одежды для прогулок в непогоду, для так полюбившихся современным мамам «непромокаек».
Преимущества ТПУ перед ПВХ-тканью:
Главный минус термополиуритана – его цена, она выше, чем у ПВХ. При этом износостойкость материала делает надувное изделие из ТПУ разумным выбором, если предполагается продолжительная эксплуатация. Являясь производителем, компания «Тайм Триал» предлагает вам оборудование из ПВХ-ткани или ТПУ. Мы рассчитаем стоимость вашего заказа в двух вариантах исполнения, чтобы вы могли купить надувное оборудование, наилучшим образом подходящее для ваших целей и бюджета.
TPU-пластик (REC Easy Flex): как печатать, характеристики и свойства
Филамент TPU (REC Easy Flex) дает возможность печатать гибкие, эластичные и долговечные детали из термопластичного полиуретана.
Основные преимущества и недостатки TPU (REC Easy Flex)
Easy Flex (TPU) — самый эластичный и износостойкий материал в линейке гибких полимеров REC, обладающий высокой стойкостью к маслам, бензинам, щелочам и некоторым кислотам, высокой износостойкостью и отличной прочностью при деформации на изгиб и растяжение.
Материал морозостоек, держит довольно высокие температуры при нагревании и практически не стареет при облучении ультрафиолетом (красители могут деградировать, но физико-механические свойства самого материала сохраняются), обладает хорошей устойчивостью к морской воде, жирам, не подвержен воздействию микробов или бактерий.
Отличная стойкость к воздействию окружающей среды делает ТПУ прекрасным выбором для изготовления деталей, предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе. Более того, ТПУ обладает низкой уязвимостью к пластической деформации или «ползучести», то есть хорошо сохраняет форму при продолжительной и многократной деформации, что позволяет использовать этот полимер в производстве функциональных деталей, работающих на изгиб, сжатие и растяжение.
В промышленности термопластичный полиуретан наиболее часто служит альтернативой резине из натурального каучука и применяется в производстве уплотнителей и сантехнических прокладок, профилей и шлангов, автомобильных шин и покрышек, амортизаторов и демпферов, различных крепежных, соединительных и декоративных элементов, обувных подошв и ортопедических вкладок, фрикционных накладок на ручные инструменты, обмотки силовых кабелей и компонентов электротехнического оборудования, спортивного инвентаря и многого другого.
Главный недостаток ТПУ в плане 3D-печати заключается в относительно высокой сложности работы с этим материалом при использовании FDM 3D-принтеров, обусловленной его основным качеством — гибкостью. Тем не менее, при должной подготовке эта проблема успешно решается (см. рекомендации ниже).
Общие характеристики TPU (REC Easy Flex):
Механические характеристики REC Easy Flex:
Рекомендации по подготовке к 3D-печати TPU (REC Easy Flex)
Термопластичный полиуретан весьма гигроскопичен, то есть хорошо впитывает влагу. В случае проблем с межслойной адгезией и появлением дефектов на укладываемых слоях (неровностей, пузырьков, расслоения) филамент необходимо просушить. При правильной температуре 3D-печати и использовании сухого материала получаемые изделия будут демонстрировать очень высокую прочность на разрыв.
При работе с Easy Flex рекомендуется не спешить и ограничивать скорость укладки. Точные значения зависят от используемого оборудования, но ориентировочно следует выставить скорость печати в районе 25 мм/c — можно выше, если материал будет хорошо подаваться и схватываться. Так как ТПУ эластичен, ретракт стоит выставить на более высокое значение, чем при работе с жесткими пластиками — порядка 3 мм.
Рекомендуется избегать боуденовской подачи филамента (раздельной установки подающего механизма и головки с соединением через длинную трубку) в пользу директ-экструдеров (цельных сборок подающего механизма и хотэнда). Минимизация дистанции между шестернями подающего механизма и входным каналом хотэнда поможет с проблемами, вызываемыми изгибом и сжатием прутка под нагрузкой, в том числе наматыванием филамента на шестерни. Прижим подающих шестерней должен быть упругим, но не слишком сильным во избежание деформации филамента, что опять-таки может привести к перебоям в подаче материала.
Для повышения адгезии к рабочей поверхности рекомендуется использовать подогрев столика и наносить адгезионные средства — лаки или клеи, например универсальный состав The3D. Обдув укладываемого материала не должен быть слишком сильным (не более 20%), чтобы слои успевали хорошо схватываться. Как правило, обдув следует использовать только при 3D-печати небольших моделей с коротким временем построения слоев.
Печатать на рафтах не рекомендуется, так как материал почти не подвержен термоусадке, а вспомогательные структуры лишь усложнят постобработку. Как вариант, перед 3D-печатью основной модели можно построить юбку исключительно для проверки стабильности подачи расплава.
Подробная информация об адгезионных свойствах REC Flex и других материалов при мультиматериальной 3D-печати доступна по этой ссылке.
Рекомендуемые настройки для 3D-печати материалом TPU (REC Easy Flex):
Хранение TPU (REC Easy Flex)
Как упоминалось выше, термопластичный полиуретан гигроскопичен, а потому настоятельно рекомендуется хранить неиспользуемые филаменты в герметичных пакетах или контейнерах, предварительно поместив внутрь пакетик силикагеля.
При необходимости филамент можно просушить с помощью специализированного оборудования, фруктосушилки или электрической духовки при температуре 50°С в течение как минимум четырех часов. Ускорять процесс посредством повышения температуры не рекомендуется, так как это может привести к повреждению материала.
Перед загрузкой материала в экструдер рекомендуется убедиться в отсутствии пыли на филаменте, способной образовывать нагар в хотэнде. При необходимости филамент можно очистить прямо во время 3D-печати, пропуская филамент через простой поролоновый фильтр (например, такой или такой) по пути от катушки к хотэнду.
Подробнее о хранении и сушке филаментов из разных материалов рассказывается в статьях по ссылкам ниже:
Постобработка TPU (REC Easy Flex)
Как и другие эластичные материалы, термопластичный полиуретан не поддается точной механической обработке, например шлифованию. Единственный практичный вариант — обрезание артефактов и вспомогательных структур режущими инструментами.
В плане химической обработки достоинства ТПУ тоже быстро превращаются в недостатки: высокая химическая стойкость не позволяет сглаживать поверхности многими общедоступными растворителями. Для химической обработки потребуется диметилформамид, тетрагидрофуран, этилацетат, циклогексанон или диметилацетамид со строгим соблюдением техники безопасности во всех случаях.
Для склеивания можно использовать эпоксидные смолы, цианоакрилат (супер-клей) или полиуретановые клеи, однако любые клеящие составы могут оказаться слабым местом в функциональных деталях, поэтому рекомендуется по возможности сразу печатать цельные изделия.
При покраске стоит помнить о гибкости материала и избегать твердых грунтов и лаков, если изделие будет подвержено нагрузкам. Как вариант, для сглаживания поверхностей и покраски можно использовать жидкие резины, при необходимости с добавлением красящих пигментов.
Безопасность TPU (REC Easy Flex)
В целом, материал совершенно безвреден при нормальных условиях эксплуатации, однако пока не протестирован на безопасность при продолжительном контакте с пищевыми продуктами. Объем выделяемых летучих веществ не должен превышать максимально допустимые концентрации, но 3D-печать все равно рекомендуется осуществлять в хорошо проветриваемых помещениях, по возможности оснащенных вытяжкой в непосредственной близости от оборудования.
Сертификаты безопасности публикуются в специальном разделе нашего сайта.
Испытания REC Easy Flex
Наша компания последовательно проводит испытания выпускаемых филаментов для 3D-принтеров. С отчетами об испытаниях* REC Easy Flex можно ознакомиться по ссылкам ниже:
*все испытания проводились на напечатанных образцах с толщиной слоя 0.2мм
Что такое термопластичный полиуретан (ТПУ / TPU)
Термопластичный полиуретан, или ТПУ (TPU) – современный полимерный материал, относящийся к классу эластомеров, веществ с повышенной эластичностью (в два раза эластичнее резины). Ткань с покрытием из ТПУ идеально подходит для изготовления надувного оборудования, и превосходит привычную ПВХ-ткань по многим ключевым показателям.
ТПУ – это атмосферостойкий и светостойкий материал, не подверженный гидролизу. Он также устойчив к воздействию масел и жиров, износу и трению, не теряет форму, не растягивается даже при длительном воздействии, не плавится при температуре до +80 о С. На сегодняшний день он используется, в том числе, при производстве надувных лодок, пневмокаркасных палаток, надувного игрового оборудования – зорбов, всесезонных аттракционов. В магазине Катера Сибири изделия из ТПУ на тканевой основе представлены в гандолах (внутренних баллонах) надувных катамаранов Вольный Ветер. Так же магазин Катера Сибири производит бронирование лодок ПВХ полиуретаном.
СРАВНЕНИЕ ТПУ И ПВХ
ПВХ-ткань – это полотно из синтетической нити, покрытое поливинилхлоридом. Нередко поверх наносится еще какое-либо вещество, для придания особых качеств – лучшей износостойкости, морозостойкости. Выпускаются виды ПВХ-текстиля с различными характеристиками плотности, весом от 200 до 1500 г/м2.
ТПУ называют симбиозом каучука и пластмассы. Его производят на основе алифатического изоцианата, простых и сложных полиэфиров. Именно наличие алифатических изоцианатов делает термопластичный полиуретан устойчивым к атмосферным воздействиям, в том числе и ультрафиолету. Этот же компонент делает ТПУ невосприимчивым к микроорганизмам.
Преимущества ТПУ-материала
ТПУ или ПВХ – что лучше? Оба материалы огнестойки, водо- и воздухонепроницаемы, выпускаются в разных цветах либо прозрачными. За ними легко ухаживать. Некоторые механические характеристики, такие как адгезия, прочность на растяжение, разрыв и раздирание у TPU и PVC одинаковы и зависят от конкретной марки материала.
Тем не менее, если взять в руки кусочки ПВХ-ткани и ТПУ-материала, можно отметить, что последний более мягкий, эластичный и лёгкий, специфический запах у него отсутствует. Благодаря этим качествам его используют даже для изготовления верхней детской одежды для прогулок в непогоду, для так полюбившихся современным мамам «непромокаек».
Преимущества ТПУ перед ПВХ-тканью:
Главный минус термополиуритана – его цена, она выше, чем у ПВХ. При этом износостойкость материала делает надувное изделие из ТПУ разумным выбором, если предполагается продолжительная эксплуатация.
ОПТИКА С АЗОТОМ
TPU-материал – что это?
Термопластичный полиуретан (ТПУ) входит в класс полимеров. Это эластомер с признаками пластмассы и каучука — уретановые связи соединяют органические элементы. Эластомер растягивается как резина. Вещи из этого полимера не теряют гибкость при морозе 60 градусов, не тают при жаре 80 градусов, не реагируют на жиры и масла, устойчивы к износу и трению.
Основным компонентом для производства вещества бывают алифатический изоцианат, простые и сложные полиэфиры. Первые уменьшают хрупкость при морозе и увеличивают сопротивляемость ультрафиолету. Вторые придают изделиям морозостойкость, устойчивость к износу и защиту от микробов. Третьи увеличивают коэффициент растяжения и восстановления после деформации.
История появления
Источники выдвигают разные версии об истории создания химической новинки. По одной из них, всё началось с бильярда.
Компания по изготовлению аксессуаров для игры на зелёном сукне объявила: десять тысяч долларов тому, кто отыщет замену слоновой кости, придумает новые материалы. Через четыре года поисков американский изобретатель Джон Уэсли Хайат явил идею использования нитроцеллюлозы. Изобретатель воспользовался итогами работ английского металлурга Александра Паркса на Большой мировой выставке 1855 года.
Американец не продал результат научных поисков, а организовал на паях с братом собственное изготовление пластмасс. Они придумали специальный агрегат для литья пластмассы. Через 36 месяцев конкуренты взяли патент на технику для литья под давлением. Технологию запатентовали в первом десятилетии ХХ века. Ещё пятнадцать лет машины для изготовления пластмассовых заготовок делали не сложные формы.
Затем немецкие технологи в четвертый раз изобрели процесс литья под давлением, оформив технические условия на процесс литья изделий с непростой формой. Немецкий же учёный Байер синтезировал TPU-материал в четвёртом десятилетии двадцатого века.
К середине ХХ века придумали машину для изготовления тонкостенных изделий. Начался массовый выпуск полимера.
Производство TPU-материала
Компоненты ТПУ химически обрабатывают, и в виде гранул загружают в бункер автомата, оттуда происходит шнековая подача в камеру разогрева.
На термопластавтоматах изготавливают бруски, полосы, листы – простые формы. Разогретая пластичная масса из гранул полиуретана выдавливается через отверстие заданной конфигурации в машине. Процесс называется экструзия.
Для изготовления сложных деталей применяют процесс инжекции – впрыска пластичной массы в литьевую форму.
Перед переработкой требуется произвести сушку сырья: 6 часов при 80 градусах или 2 часа при 100 градусах.
Готовые изделия две — три недели держат в тёплом помещении. Так достигаются параметры эксплуатации вещи. Для сокращения сроков выдержки изделия помещают в печь на 16 часов и сушат при температуре 105 градусов.
Отличия от других пластмасс
Изделия из TPU-материала характеризуются высокой степенью твёрдости, ими нивелируют воздействие сильных механических нагрузок.
При высокой твердости детали эластичны, прочны и устойчивы к деформации, не раскалываются при ударе.
Полиуретановая продукция устойчива к воздействию абразивных веществ твёрдого состояния, с помощью которых полируют и шлифуют поверхности.
Термопластичный полиуретан идёт на изготовление простых и сложных форм, и толстых изделий.
На ТПУ не селится плесень и микробы.
Преимущества и минусы
Но, термопластичный полиуретан имеет и минусы :
Применение TPU-материала
В производстве товаров народного потребления TPU-материал применяется в следующих отраслях.
• Машиностроение – формовка шин, уплотнителей, сальников, автомобильных прокладок. Валы, шестерни и вибростойкие детали из полиуретана применяют на внутризаводском транспорте, в горной и нефтегазодобывающей промышленности.
• Шланги, электропровода и кабели. Выбор материала для изготовления кабельной продукции учитывает особенности ТПУ: удлинение в 5-8 раз, прочность на разрыв 5,5МПа, выдерживание растягивающих нагрузок в диапазоне 21-55 МПа. Благодаря коэффициенту твёрдости по Шору 85-90, ПУ применяют как защитную оболочку кабеля с динамической нагрузкой, там, где есть воздействие вибрации и ударной силы.
• Выпуск обуви. Высокая прочность полиуретана увеличивает время эксплуатации обуви.
Товары для спорта (накладки для защиты тела, плёнка на лыжи и на сноуборды, спортивная обувь);
Знакомимся с пластиком TPU (термопластичным полиуретаном).
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Раньше я с таким пластиком не сталкивался, поэтому в этом обзоре буду знакомиться с ним вместе с вами. Буду исследовать механические свойства пластика, его прочность, искать правильную температуру печати, изучать свариваемость слоёв, ну и чего-нибудь полезного из него напечатаем. Заходите, будет интересно.
Этот пластик относится к эластомерам. Эластомеры конечно бывают разные, но этот очень эластичный, не ломается при многочисленных перегибах прутка. Что-то среднее между мягким ПВХ и силиконом, ну по моим ощущениям:
При печати им запаха нет вообще, это очень хорошо.
Скажем у PETG очень плавная и относительно небольшая зависимость текучести от температуры в околорабочем диапазоне. А у SBS наоборот, текучесть очень резко увеличивается при увеличении температуры.
Вообще об условиях теста можно подробнее почитать вот в этом обзоре:
Производителем заявлена рабочая температура печати 200-220 градусов. Тестовый температурный столб я печатал 190-230. С обдувом. К чистому стеклу липнет, но в процессе печати отлипает. На ПВА держится хорошо.
Забегая вперёд скажу, что пластик был влажный.
Вообще я был удивлён. Такой дорогущий пластик, в герметичной упаковке с откаченным из неё воздухом. Не менее дорогой производитель, который рассказывает прямо на упаковке, что он номер 1, и внутри буклет про специальную упаковку с силикагелем, поглощающим влагу…
Не понимаю, чего так заморачиваться, делать специальную упаковку, укладывать в неё силикагель, откачивать из неё воздух, если вы всё равно кладёте туда влажный материал?
Ладно, будем знать, что даже у 1-го номера не всё в порядке, поэтому поехали дальше.
После просушки уже имеем гораздо лучшее качество столба, но сушить надо хорошо:
Столбы я печатаю в том числе, чтобы посмотреть качество поверхности на разных температурах, а так же свариваемость слоёв.
Свариваемость проверяю пытаясь разломать столб и смотрю на какой температуре мне это удаётся, с каким усилием и по слоям или поперёк них.
Так вот порвать деталь из TPU руками мне не удалось ни на какой температуре. Просто отлично.
Мало того, мне не удалось порвать даже бракованную деталь с пузырями, прочность пластика просто удивительная:
Ещё один важный, но уже отрицательны момент.
Да даже на директе Титане, если чуть труднее начинает идти при снижении температуры, тут же наматывается на шестерёнку, хотя там приёмная трубка подходит практически вплотную к этой шестерёнке.
Но какой же он классный по своим свойствам в уже готовом изделии! Прекрасная свариваемость слоёв, очень эластичный, при этом удивительно прочный! Порвать очень и очень сложно. Это реально конструкционный материал:
Теперь давайте из него напечатаем что-нибудь полезное.
Ну например мягкие ножки или амортизирующие накладки на что-нибудь?
Ножки можно купить в магазинах фурнитуры или хозяйственных, такого добра навалом, да и всяких амортизирующих накладок тоже. Хотя стоп. Когда я себе проектировал мебель, я просил у изготовителя дать мне в запас демпферов для мебельных шариковых направляющих, но он мне сказал, что такое не продаётся и идёт только в комплекте с самой направляющей.
Вот о чём я говорю:
Походив по фурнитурным магазинам я убедился, что действительно, по крайней мере в нашем городе, и на тот момент, такой демпфер шёл только в комплекте с направляющей и отдельно не продавался.
В результате у меня уже некоторые демпферы на самых используемых ящиках стёрлись. А ведь они помимо демпфирующей функции, выполняют и роль стопоров от самопроизвольного открывания ящиков.
Меня это как бы не сильно напрягало, но вот сейчас я про это вспомнил.
Для начала немного обмеров, и простенький эскиз:
После печати и вставки демпфера в направляющую, оказалось что достаточно подкорректировать чуть-чуть размеры, а форму менять не обязательно, всё работает как надо и так.
Вот окончательный результат:
По тактильным ощущениям эти изделия из этого пластика напоминают полиуретановую подошву на обуви.
Во всяких Википедиях да и у производителя материала написано, что это очень износостойкий полимер. Давайте проверим:
Вообще ютуб сильно замылил видео при переконвертации. В реальности на детали вообще не заметно никаких следов от напильника.
Мало того, здесь тестовое коротенькое видео. Но помимо него, я ещё пытался первые демпферы, которые оказались великоваты обточить напильником, чтобы не выкидывать. Точил долго и точно так же безуспешно. Почти совсем не стирается материал. Срезать его получилось только острым ножом.
По итогам реальной печати могу сказать, что при температуре 210 градусов, на скоростях около 50 мм/с нить у меня не успевает липнуть к предыдущему слою, идёт отрыв, за счёт эластичности начинает стягиваться, комковаться. На 25 мм/с печатает нормально.
Ретракт делать больше, чем обычно у вас для жёстких пластиков. У меня, к примеру, обычно ретракт 1 мм, а для этого пластика пришлось ставить 3мм. Причём волос от него немного (ну по сравнению с PETG, например), но при холостых перемещениях на краях деталей, откуда съезжает сопло, могут образовываться наросты. С маленьким ретрактом их больше.
Обдув ставить только, если у вас очень маленькое время печати слоя, ну, примерно, меньше 10 секунд.
В общем хорош этот пластик, ну прям очень хорош, если бы не цена. 5000 Российских рублей за 1 кг материала изобретённого почти 80 лет назад, мне кажется это перебор. Я очень надеюсь, что бюджетные производители тоже оценят этот материал, его потенциал и освоят производство прутка из него. И цена станет более разумной.
В качестве подопытного выступал TPU пластик компании REC под торговой маркой Sealant.