TPE (thermoplastische Elastomere)

Was versteht man unter TPE (thermoplastische Elastomere)?

Thermoplastische Elastomere sind eine chemisch recht unterschiedliche Gruppe von Kunststoffen mit großer wirtschaftlicher Bedeutung. Bei Raumtemperatur verhalten sich alle TPE wie klassische Elastomere.

Ab einer bestimmten Temperatur setzt statt der thermischen Zersetzung eine Schmelze ein, sodass sich TPE wie klassische Thermoplasten verformen lassen. Da TPE grundsätzlich frei von Weichmachern sind, lassen sich aus ihnen auch lebensmittelechte Werkstücke herstellen.

Die Struktur von thermoplastischen Elastomeren

Da es sich bei thermoplastischen Elastomeren um eine chemisch sehr heterogene Gruppe handelt, lassen sich zur Struktur dieser Kunststoffe nur schwer allgemeingültige Aussagen machen.

Jedes TPE besteht aus einer harten und einer weichen Komponente, die je nach gewünschten Eigenschaften des Werkstücks sehr unterschiedlich sein können und auf verschiedene Weisen miteinander verknüpft sind. Generell unterscheidet man:

  • Thermoplastische Polyamidelastomere (TPA)
  • Thermoplastische Copolyesterelastomere (TPC)
  • Thermoplastische Polyolefine (TPO)
  • Thermoplastische Styrol-Blockcopolymere (TPS)
  • Thermoplastische Polyurethane (TPU)
  • Thermoplastische Vulkanisate (TPV)

Welche Bedeutung kommt TPE in der Industrie zu?

Aufgrund ihrer physikalisch-technischen Eigenschaften und deren gezielten Beeinflussungsmöglichkeiten kommt thermoplastischen Elastomeren mittlerweile eine immense wirtschaftliche Bedeutung zu.

Die kostengünstigen Kunststoffe lassen sich durch verschiedene Verfahren in jede beliebige Form bringen und hervorragend recyclen. Thermoplastische Elastomere sind schweißbar und ungiftig, was dazu geführt hat, dass sie mittlerweile auch in einer großen Zahl von Haushaltsgeräten zu finden sind.

Die Materialeigenschaften von TPE (thermoplastische Elastomere)

Thermoplastische Elastomere sind die Verwandlungskünstler unter den Kunststoffen. Bei Raumtemperatur sind sie elastisch wie Gummi. Werden TPE erwärmt, erweichen sie und lassen sich so verformen wie klassische Thermoplasten.

Hieraus ergeben sich – trotz der chemischen Diversität – einige gemeinsame physikalisch-technische Eigenschaften, die TPE auszeichnen.

Welche Dichte besitzen thermoplastische Elastomere?

Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Eigenschaften ist es schwer, eine allgemeingültige Aussage zur Dichte von thermoplastischen Elastomeren zu treffen.

Für die allermeisten Polymerisate liegt sie aber kunststofftypisch zwischen 0,9 g/cm³ und 1,2 g/cm³. Der exakte Wert hängt von der Wahl der Monomere und deren Verhältnissen zueinander im jeweiligen Molekül ab.

Wie ist die Wasseraufnahme von TPE zu bewerten?

Wie alle Kunststoffe nehmen auch TPE sowohl bei Wasserlagerung als auch bei Normalklima Wasser auf. Bei diesem Vorgang handelt es sich um eine rein physikalische Diffusion, die auf die chemische Struktur des Polymers keinen Einfluss hat.

Mit der Wasseraufnahme geht neben der zu erwartenden Gewichtszunahme auch eine Längenzunahme des Werkstücks um 25 bis 30 Prozent einher. Das bedeutet, dass 1 Prozent Wasseraufnahme in einem Längenzuwachs von 0,25 Prozent bis 0,3 Prozent resultiert.

Welche Beständigkeit weisen thermoplastische Elastomere auf?

TPE finden aufgrund ihrer hohen Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und einer großen Zahl unterschiedlicher Chemikalien überall dort ihre Verwendung, wo der Einsatz von preisgünstigen und wertigen Kunststoffen erforderlich ist.

Welche Temperaturbeständigkeit weisen thermoplastische Elastomere auf?

Oberhalb einer bestimmten Temperatur verlieren TPE ihre Elastizität und gehen in den weichen Zustand erwärmter Thermoplasten über, in dem sie sich verformen lassen. Je nach Polymerisat kann die Temperaturbeständigkeit von TPE bei bis zu 120 °C liegen.

Wie werden TPE (thermoplastische Elastomere) hergestellt?

Wie alle Kunststoffe werden TPE aus einzelnen Monomeren, also spezifischen chemischen Bausteinen hergestellt, die in einer Reaktion miteinander lange Ketten, sogenannte Polymere, ergeben.

Das fertige Polymerisat wird in der Regel als Granulat geliefert und lässt sich analog zu herkömmlichen Thermoplasten mittels Spritzgießen, Extrudieren oder Blasformen verarbeiten. TPE sind in der Regel problemlos einfärbbar.

Was wird aus TPE (thermoplastische Elastomere) hergestellt?

Thermoplastische Elastomere sind wertige und dennoch preiswerte Kunststoffe. Sie lassen sich aufgrund ihrer guten Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Chemikalien sowie ihrer Lebensmittelechtheit zu einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstücke verarbeiten.

Daher findet man TPE in nahezu allen Industriezweigen.

  • TPE-Puppen: Aus thermoplastischen Elastomeren lassen sich gesundheitlich unbedenkliche Puppen für Kinderhände formen. Lebensmittelechte und ungiftige Kunststoffe halten selbst wildeste Kinderspiele aus und sind nahezu unzerstörbar. Durch eine Erwärmung des Spielzeugs werden keine schädlichen Weichmacher freigesetzt.
  • Yogamatte aus TPE: Auch Sportgeräte wie Yogamatten lassen sich hervorragend aus TPE fertigen. Ungiftigkeit und sehr gute Dämpfungseigenschaften machen TPE-Matten zu einem robusten und sicheren Begleiter im Sportstudio.
  • TPE-Isolierungen: TPE sind elektrische Isolatoren, die sich zu hochwertigen Kabelisolierungen verarbeiten lassen. Ihre Elastizität macht TPE-Dichtungen vor allem im Fahrzeugbau zum Mittel der Wahl.
  • TPE-Schlauch: TPE sind ungiftige Polymere, mit denen sich auch FDA- oder BGA-konforme Schläuche für die Lebensmittelindustrie fertigen lassen. Besondere thermoplastische Elastomere können auch in diesem Bereich Temperaturen bis zu 120 °C ausgesetzt werden.
  • TPE-Schaum: Gestiegene Umwelt- und Sicherheitsanforderungen machen TPE auch zu einem perfekten Werkstoff für Soft-Touch-Teile und Schäume in Fahrzeugen. Anders als herkömmliche Schäume lassen sich TPE-Schäume problemlos recyclen.
  • TPE-Dichtungen: Hohe Formbeständigkeit und leichte Verarbeitungen sind es, die TPE zum perfekten Werkstoff für Dichtungen machen, die keinen hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.
  • TPE-Rollen und TPE-Räder: Hohe Formbeständigkeit, stabile Elastizität und gute Abriebfähigkeit – all das bringen Rollen und Räder aus TPE mit. Im Gegensatz zu Rollen und Rädern aus herkömmlichen Elastomeren sind die TPE-Varianten sehr gut zu recyclen.
  • TPE-Folie: TPE lassen sich sehr gut zu Folien gießen und bieten eine günstige sowie ungiftige Alternative zu herkömmlichen PVC-Folien.
  • TPE-Knauf: Aus TPE lassen sich robuste Knäufe formen, die eine hohe Formstabilität aufweisen. Die Ungiftigkeit von TPE macht einen Einsatz in nahezu allen Einsatzfeldern möglich.

Wie kann man TPE (thermoplastische Elastomere) bearbeiten und verarbeiten?

Thermoplastische Elastomere lassen sich wie herkömmliche Thermoplasten extrudieren, spritzgießen oder formblasen. Bei allen drei Verarbeitungsvarianten handelt es sich um erprobte Standardverfahren.

In den letzten Jahren hat sich, vor allem im Prototypenbau, noch das Druckverfahren durchgesetzt. Außerdem lassen sich TPE miteinander verschweißen.

TPE kleben

Thermoplastische Elastomere lassen sich nahtlos miteinander verschweißen oder vulkanisieren und eignen sich deshalb dazu, dichte Verbindungen herzustellen. Dabei ist das Schweißverfahren von TPE identisch mit dem des Durchstrahlschweißens von Thermoplasten.

TPE drucken

Gerade beim Bau von Prototypen hat das 3D-Druckverfahren die herkömmliche Formgebung mittels Spritzguß abgelöst.

Geringe Materialkosten, wegfallende Kosten für Spritzgusswerkzeuge und immer bessere Druck-Hardware haben den Kunststoffdruck zum Standardverfahren für die Produktion von Kleinserien und Einzelstücken erhoben.

Da sich TPE im erwärmten Zustand genauso leicht formen lassen wie herkömmliche Thermoplasten, lassen sich auch aus thermoplastischen Elastomeren Werkstücke drucken.

Welche Vorteile und Nachteile haben TPE (thermoplastische Elastomere)?

Thermoplastische Elastomere verbinden das Beste aus zwei Welten. Das bringt einige spezielle Vorteile, aber auch einige wenige Nachteile mit sich.

  • Die Vorteile von TPE (thermoplastische Elastomere):
    Bei TPE handelt es sich um eine sehr breite Produktgruppe. Daher findet sich für nahezu jedes Vorhaben der passende Kunststoff in der entsprechenden Härte. Thermoplastische Elastomere haben – gemessen an anderen Kunststoffen – eine gute Umweltbilanz, da sie mit geringem Energieaufwand gefertigt und hervorragend recycelt werden können. Zudem kommen die ungiftigen TPE ohne Weichmacher aus.
  • Die Nachteile von TPE (thermoplastische Elastomere):
    Aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu Thermoplasten sind TPE nicht unbegrenzt hitzebeständig. Für Anwendungen mit sehr großen Temperaturschwankungen sind TPE deshalb nur begrenzt geeignet.

Welche Unterschiede existieren zwischen TPE (thermoplastische Elastomere) und anderen Materialien?

Thermoplastische Elastomere haben sich als preisgünstige und umweltfreundliche Alternative zu einigen traditionellen Kunststoffen etabliert. Hierzu gehört neben PVC vor allem Silikon, das ebenfalls durch Ungiftigkeit und Lebensmittelechtheit überzeugt.

Thermoplastische Elastomere im Vergleich zu Silikon

Die Frage, ob TPE oder Silikon verwendet werden sollte, lässt sich nur von Anwendungsfall zu Anwendungsfall beantworten. Beide Kunststoffe überzeugen durch formstabile Elastizität und Ungiftigkeit.

Gerade im medizinischen Bereich haben TPE-Produkte mittlerweile in vielen Fällen die Nase vorn, da sie einfacher zu handhaben, leichter zu warten und damit weniger anfällig für Fehler sind.

Kann TPE schädlich für die Gesundheit sein?

TPE Kunststoffe sind nicht schädlich für die Gesundheit, da sie im Gegensatz zu PVC komplett ohne Weichmacher auskommen. Daher werden viele Bauteile, die eine Freigabe von der FDA oder dem BGA benötigen, aus thermoplastischen Elastomeren gefertigt.

Bei konsequentem Recycling sind TPE auch weniger schädlich für die Umwelt, da weniger Mikroplastik in Wasser- und Nahrungskreisläufe gelangt.

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