Thermoplastische Elastomere (TPE)

Thermoplastische Elastomere (TPE) sind eine innovative Materialklasse, die die Verarbeitungseigenschaften von Thermoplasten mit den physikalischen Eigenschaften von Elastomeren vereint. Diese Materialien sind weich, flexibel und elastisch, ähnlich wie Gummi, und können auf herkömmlichen Kunststoffverarbeitungsanlagen in Prozessen wie Spritzguss, Extrusion und Blasformen verarbeitet werden. Zudem bieten TPEs den Vorteil der vollständigen Recyclebarkeit, was sie zu einer umweltfreundlichen Option in zahlreichen Anwendungsbereichen macht.

Arten von thermoplastischen Elastomeren

Es gibt drei Hauptarten von thermoplastischen Elastomeren (TPEs):

TPE-S (Styrol-Block-Copolymere) sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit und guten physikalischen Eigenschaften in vielen Anwendungen beliebt.Styrol-Block-Copolymer-basierte TPEs werden gemeinhin als TPE-S bezeichnet. TPE-S basieren meistens auf SEBS, SBS und SEPS. SBS Compounds kommen zum Einsatz bei Anwendungen, die geringe Anforderungen an die UV-Stabilität und thermische Festigkeit stellen. SEBS Compounds sind witterungsbeständig und besitzen eine hohe Temperaturbeständigkeit.

 

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TPVs, Thermoplastische Vulkanisate oder Vulkanisierte Thermoplastische Elastomere, stellen eine spezielle Gruppe innerhalb der TPEs dar. Sie besitzen eine elastomere Phase (dynamisch vulkanisiertes EPDM), verteilt in einer Polyolefin-Phase, wodurch diese Materialien gummiartige Eigenschaften erhalten. Diese Compounds besitzen einen ausgezeichneten Druckverformungsrest, hohe Elastizität und sind beständig gegen Chemikalien und Öle. Die Temperaturbeständigkeit ist ebenfalls hervorragend. Sie zeichnen sich durch eine hervorragende Wärme- und Ölbeständigkeit aus, was sie ideal für anspruchsvolle Umgebungen macht.

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TPO, Thermoplastische Olefin-Mischungen, sind eine Gruppe von Polyolefin (Polypropylen)-basierten und mit EPR (Ethylene-Propylene-Rubber) modifizierten Compounds, die Eigenschaften von Gummi besitzen und dennoch wie gewöhnliche Thermoplaste verarbeitet werden. Diese sind besonders UV-beständig und eignen sich gut für Anwendungen im Außenbereich.

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Was sind thermoplastische Elastomere?

Thermoplastische Elastomere (TPE) sind eine Klasse von Polymeren, die die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren mit den Verarbeitungsvorteilen von Thermoplasten kombinieren. Sie sind in der Lage, bei Erwärmung zu erweichen und bei Abkühlung zu verfestigen, ohne ihre Elastizität zu verlieren. Diese einzigartige Kombination macht TPEs extrem vielseitig und wiederverwertbar.

Struktur und Typen

Die molekulare Struktur von TPEs besteht typischerweise aus einer Kombination von harten und weichen Segmenten. Die harten Segmente geben dem Material Struktur und Festigkeit bei höheren Temperaturen, während die weichen Segmente für Elastizität und Flexibilität bei Raumtemperatur sorgen.

Hauptarten von TPEs

  • TPE-S (Styrol-Block-Copolymere): Beliebt in Anwendungen, die Flexibilität und Haltbarkeit erfordern.
  • TPV (Thermoplastische Vulcanizate): Bekannt für ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltfaktoren wie UV-Licht und Chemikalien.
  • TPO (Thermoplastische Polyolefine): Häufig verwendet in der Automobilindustrie und für Außenanwendungen, wo Wetterbeständigkeit erforderlich ist.

Verarbeitung und Einsatzmöglichkeiten

TPEs lassen sich durch konventionelle Kunststoffverarbeitungsmethoden wie Spritzgießen, Extrusion und Thermoformen verarbeiten. Ihre einfache Verarbeitung ermöglicht eine breite Anwendungspalette von der Automobilindustrie über Medizintechnik bis hin zu Verpackungen und Spielzeug.

 

Zukünftige Trends und Innovationen

Forschung und Entwicklung in der TPE-Technologie fokussieren sich auf die Verbesserung der Leistungseigenschaften wie Temperaturbeständigkeit und mechanische Festigkeit. Innovationen, die TPEs umweltfreundlicher und leistungsfähiger machen, werden ihre Anwendungsbereiche weiter ausdehnen.Thermoplastische Elastomere bieten somit eine effiziente Lösung für moderne Materialanforderungen, indem sie Langlebigkeit mit Umweltverträglichkeit verbinden.

 

Umweltvorteile und Nachhaltigkeit

Ein wesentlicher Vorteil von TPEs ist ihre Recyclebarkeit. Im Gegensatz zu traditionellen Elastomeren können sie geschmolzen und reformiert werden, was sie zu einer umweltfreundlichen Option macht. Diese Wiederverwertbarkeit unterstützt die Kreislaufwirtschaft und reduziert den Bedarf an Neumaterial.

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TPE-S (Styrol-Block-Copolymere): Vertiefte Einblicke

Chemische Struktur und Eigenschaften

TPE-S, oder Styrol-Block-Copolymere, bestehen aus alternierenden Blöcken von Styrol und einem elastomeren Material. Diese Blockstruktur ermöglicht eine Mischung aus harten und weichen Segmenten, wodurch TPE-S sowohl die Verarbeitbarkeit von Thermoplasten als auch die elastischen Eigenschaften von Gummi aufweisen. Die harten Styrolblöcke verleihen dem Material bei höheren Temperaturen Festigkeit, während die elastomeren Segmente bei Raumtemperatur für Flexibilität sorgen.

Herstellungsprozess und Umweltverträglichkeit

Die Herstellung von TPE-S erfolgt durch spezielle Polymerisationsverfahren, die eine präzise Kontrolle der Blocklängen und -verhältnisse erlauben. Dies ist entscheidend für die endgültigen Materialeigenschaften. TPE-S sind vollständig recycelbar, was ihre Umweltverträglichkeit erhöht und sie zu einer bevorzugten Wahl in nachhaltigen Anwendungen macht.

Vorteile und technische Merkmale

Die Vorteile von TPE-S umfassen eine hohe Flexibilität und Elastizität, gute Abriebfestigkeit und eine ausgezeichnete Farbannehmbarkeit. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Anwendungen, die sowohl Ästhetik als auch Funktion erfordern. Die technischen Merkmale erlauben zudem eine einfache Verarbeitung durch Spritzguss und Extrusion, was die Produktionskosten senkt und die Designfreiheit erhöht.

Herausforderungen und Entwicklungspotential

Die größte Herausforderung für TPE-S liegt in ihrer eingeschränkten chemischen Beständigkeit gegenüber Ölen und anderen Hydrokarbonen. Forschung und Entwicklung konzentrieren sich daher auf die Verbesserung dieser Aspekte durch Modifikationen der Polymerstruktur oder durch Kombination mit anderen Materialien, um die Anwendungsbereiche zu erweitern und die Leistungsfähigkeit in anspruchsvollen Umgebungen zu steigern.

TPE-S (Styrol-Block-Copolymere) sind somit ein Schlüsselmaterial in vielen innovativen und technisch anspruchsvollen Anwendungen, das kontinuierlich weiterentwickelt wird, um den wachsenden Anforderungen der Industrie gerecht zu werden.

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Anwendungsbeispiele und Branchen

TPE-S werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter:   

  • Automobilindustrie: Für Dichtungen, Schläuche, Gummilager und nicht-stützende Innenteile.
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  • Konsumgüter: In Produkten wie Zahnbürstengriffen, Soft-Touch-Oberflächen von Haushaltsgeräten und flexiblen Behältern.
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  • Medizintechnik: Für Schläuche, Dichtungen und flexible Gehäuse, die häufigen Desinfektionen standhalten müssen.
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TPVs (Thermoplastische Vulkanisate): Vertiefte Einblicke

Chemische Struktur und Eigenschaften

TPVs oder thermoplastische Vulkanisate bestehen aus einer Mischung von Gummi, der während des Herstellungsprozesses in einer thermoplastischen Matrix vulkanisiert wird. Diese Struktur ermöglicht es TPVs, die elastischen Eigenschaften von Gummi mit den Verarbeitungsvorteilen von Thermoplasten zu kombinieren.

Herstellungsprozess und Umweltverträglichkeit

Durch den Einsatz der dynamischen Vulkanisation während des Herstellungsprozesses erhalten TPVs eine dauerhafte Vernetzung innerhalb der thermoplastischen Matrix. Dieser Prozess verleiht den Materialien eine hohe Langlebigkeit und verbessert ihre Recyclebarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Elastomeren.

Vorteile und technische Merkmale

TPVs bieten eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und sind sehr haltbar. Ihre Flexibilität und Widerstandsfähigkeit machen sie ideal für Anwendungen, die sowohl mechanische Beanspruchung als auch Umweltresistenz erfordern.

 

 

 

Herausforderungen und Entwicklungspotenzial

Die größte Herausforderung für TPVs liegt in ihrer komplexen und kostenintensiven Herstellung durch dynamische Vulkanisation. Darüber hinaus sind ihre Anwendungsgrenzen durch ihre begrenzte Beständigkeit gegen extreme Chemikalien und Temperaturen definiert. Die Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen zielen darauf ab, diese Eigenschaften zu verbessern, die Herstellungsprozesse zu vereinfachen und die Effizienz zu erhöhen, um TPV für breitere Anwendungen zugänglich zu machen und ihre Marktakzeptanz zu fördern. Sie sind für viele technische Anwendungen von entscheidender Bedeutung und werden kontinuierlich weiterentwickelt.

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Anwendungsbeispiele und Branchen

TPVs finden vielfältige Verwendung in verschiedenen Industrien, darunter:

  • Automobilindustrie: Einsatz für Dichtungen, Schläuche, Staubkappen und andere flexible Komponenten.
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  • Bauindustrie: Verwendung in Elementen, die Witterungsbeständigkeit und Langlebigkeit erfordern.
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  • Konsumgüter: Anwendung in Produkten, die Flexibilität und Haltbarkeit kombinieren, wie zum Beispiel in sportlichen Ausrüstungen oder Haushaltsartikeln.
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TPOs (Thermoplastische Olefin-Mischungen): Vertiefte Einblicke

Chemische Zusammensetzung und Verarbeitung

Thermoplastische Olefin-Mischungen (TPO) bestehen aus Polypropylen und unvulkanisiertem Gummi, meist EPDM. Diese Mischung ermöglicht es, die Materialien durch gängige thermoplastische Verfahren wie Extrusion und Spritzgießen zu verarbeiten.

Herstellungsprozess und Umweltverträglichkeit

Die Herstellung von TPOs (thermoplastische Olefin-Mischungen) umfasst die Kombination von Polypropylen mit elastomerischen Materialien wie EPDM in einem Mischprozess, der sowohl Kosteneffizienz als auch hohe Volumenproduktion unterstützt. TPOs sind besonders umweltfreundlich, da sie leicht recycelbar sind und eine geringere Umweltbelastung während der Produktion und am Ende des Produktlebenszyklus aufweisen. Ihre Leichtbauweise trägt weiterhin zur Energieeffizienz in Anwendungen wie im Automobilbau bei.

Vorteile und technische Merkmale

TPOs sind besonders für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Strahlung und Wettereinflüssen bekannt. Sie sind leicht, flexibel und bieten eine gute Schlagfestigkeit, was sie zu einer bevorzugten Wahl für Außenanwendungen macht.

 

Herausforderungen und Entwicklungspotential

Die Entwicklung bei TPO konzentriert sich auf die Verbesserung der Kompatibilität mit anderen Materialien, um die Recyclingfähigkeit und die Verarbeitungseffizienz zu erhöhen. Es wird auch daran gearbeitet, die Leistung unter extremen Umweltbedingungen zu verbessern.

Diese Einblicke geben einen detaillierten Einblick in die Eigenschaften und Anwendungen von TPVs und TPOs, um die spezifischen Bedürfnisse der Industrie zu erfüllen.

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Anwendungsbeispiele und Branchen

Für TPOs (Thermoplastische Olefin-Mischungen) gibt es zusätzliche Anwendungen in den von Ihnen genannten Bereichen:

  • Elektro: Isolierung und Schutzhüllen für elektrische und elektronische Komponenten, die Wärme- und elektrische Isolation benötigen.
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  • Haushaltsgeräte & Werkzeuge: Komponenten für Haushaltsgeräte und Werkzeuge, die eine hohe Schlagfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Substanzen benötigen.
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  • Medizin & Pflege: Bestandteile von medizinischen Geräten und Verpackungen, die Sterilität und chemische Beständigkeit erfordern.
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  • Schlagzähmodifikation: Einsatz in Materialien, die verbesserte Schlagfestigkeit für industrielle und kommerzielle Anwendungen benötigen.
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FAQ Thermoplasstische Elastomere

Thermoplastische Elastomere sind eine Klasse von Polymeren, die Eigenschaften von sowohl Plastik als auch Gummi kombinieren, wodurch sie elastisch und formbar bei Erhitzung sind.

Die gängigsten Typen sind TPE-S (Styrol-Block-Copolymere), TPV (Thermoplastische Vulcanizate) und TPO (Thermoplastische Polyolefine).

TPEs können durch gängige Kunststoffverarbeitungstechniken wie Spritzguss, Extrusion und Thermoformen verarbeitet werden.

Sie finden Anwendung in der Automobilindustrie, Medizintechnik, Verpackungsindustrie sowie in der Herstellung von Konsumgütern.

Ja, TPEs sind im Allgemeinen recycelbar, was sie zu einer umweltfreundlichen Option macht.

Im Gegensatz zu herkömmlichem Gummi sind TPEs bei Erwärmung leicht formbar und können mehrfach ohne signifikanten Leistungsverlust recycelt werden.

TPEs bieten eine einzigartige Kombination aus Flexibilität, Elastizität und Umweltverträglichkeit.

Ja, spezielle TPE-Formulierungen sind für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet und FDA-konform.

TPEs können je nach Zusammensetzung und Verarbeitung unterschiedliche Härtegrade, Elastizität und Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Temperatur aufweisen.

Die spezifischen Block-Copolymere und Füllstoffe in der TPE-Zusammensetzung bestimmen Eigenschaften wie Härte, Elastizität und Beständigkeit.