Leitfähiges TPU-Compound für flexible ESD- und verschleißfeste Kontaktteile
Leitfähiges TPU wird gewählt, wenn ein Teil wie ein Elastomer biegen, drücken oder rollen muss und gleichzeitig nach wiederholtem Kontakt und Abrieb statische Ladung ableiten soll.
Engineering FAQ
Leitfähiges TPU-Compound für flexible ESD- und verschleißfeste Kontaktteile
Wann leitfähiges TPU statt leitfähigem PP oder ABS wählen?
Wenn das Teil flexibel, elastisch oder verschleißfest bleiben muss, etwa beim Rollen, Dichten, Biegen oder Reiben. PP und ABS passen besser zu steifen Gehäusen und Trays.
Reicht der Oberflächenwiderstand allein?
Nein. Zu prüfen sind Widerstand, Entladung, Härte, Dehnung, Verschleiß und Stabilität nach Biegung oder Abrieb.
Welche Füllstoffroute passt zu flexiblem ESD-TPU?
CNT ist oft passend für hohe Flexibilität und geringe Partikel. Carbon Black ist wirtschaftlich; Kohlefaser passt bei Verschleiß und Verstärkung.
Welche Daten braucht DEYU?
Zeichnung, Härteziel, Widerstandsbereich, Verschleißzyklus, Biegebedingung, Prozess, Umgebung, aktueller Fehler und Volumen.
Ausgangsproblem
Thermoplastisches Polyurethan (TPU) verbindet thermoplastische Verarbeitung mit Elastomereigenschaften: hohe Elastizität, sehr gute Abriebfestigkeit, gute chemische Beständigkeit und Härten von Shore 60A bis 80D. Es wird für Dichtungen, Rollen, Förderbänder, Schutzkappen, Schläuche, Sohlen und Griffe mit wiederholtem Kontakt eingesetzt.
Standard-TPU ist isolierend. In der Elektronikfertigung können TPU-Rollen oder Manschetten Ladung aufbauen, Staub anziehen und ESD-Risiken für empfindliche Bauteile erzeugen. In Fahrzeug- und Industrieumgebungen können Entladungen Elektronik stören oder in Kraftstoff- und Pulverbereichen kritisch sein.
Leitfähiges TPU enthält Carbon Black, Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Kohlefaser oder Graphen in der TPU-Matrix. Ziel ist eine permanente, feuchteunabhängige Ableitung bei erhaltener Flexibilität, Rückstellung und Verschleißfestigkeit.
Als öffentliche Materialreferenz dient DGK-TPU DD3-4ML leitfähiges TPU-Granulat. Für den Vergleich der Elastomerfamilien siehe den Auswahlleitfaden für leitfähige Elastomere TPV / TPU / TPE.
| Anforderung | Warum wichtig |
|---|---|
| Permanente stabile Leitfähigkeit | ESD-Schutz muss nach Biegung, Abrieb, Reinigung und Umgebungswechsel bestehen bleiben. |
| Verschleißfestigkeit | Kontaktteile rollen, gleiten oder reiben; Abrieb bestimmt die Lebensdauer. |
| Flexibilität und Elastizität | Das Teil muss biegen, komprimieren und zurückfedern, ohne Riss oder Leitfähigkeitsverlust. |
Technische Schwierigkeit: Warum leitfähiges TPU genau formuliert werden muss
Perkolationsschwelle der Füllstoffe
| Füllstoff | Typische Schwelle | Eigenschaften |
|---|---|---|
| Carbon Black (CB) | ~5-7 Gew.% | Wirtschaftlich; höhere Dosierung; kann Härte erhöhen. |
| Kohlenstoffnanoröhren (CNT) | ~1-3 Gew.% | Niedrige Dosierung; hohe Leitfähigkeit; erhält Flexibilität besser. |
| Graphen | ~0,5-2 Gew.% | Hohes Aspektverhältnis; niedrige Schwelle; Dispersion kritisch. |
| Kohlefaser | ~8-15 Gew.% | Verstärkung und Abrieb; Leitfähigkeit stärker richtungsabhängig. |
Leitfähiges Netzwerk
TPU braucht ein Perkolationsnetz. Die Füllstoffe müssen nahe genug liegen, zu viel Füllstoff versteift jedoch das Elastomer.
Mechanische Balance
Die Dispersion darf Dehnung, Rückstellung und weiches Verhalten nicht zerstören. Ein niedriger Widerstand reicht nicht, wenn das Teil reißt.
Verschleißvorteil
TPU ist von Natur aus abriebfest; die leitfähige Formulierung muss diesen Vorteil erhalten.
Permanent statt migrierend
Migrierende Antistatika werden durch Reinigung oder Abrieb verbraucht. Kontaktteile brauchen ein Netzwerk in der Masse.
| Ansatz | Mechanismus | Permanenz | Eignung |
|---|---|---|---|
| Migrierendes Antistatikum | Wandert an die Oberfläche | Begrenzt; durch Abrieb erschöpft | Schwach für Rollen und reibende Dichtungen |
| Permanenter leitfähiger Füllstoff | Netzwerk in der Materialmasse | Permanent | Geeignet für verschleißfeste ESD-Kontaktteile |
DEYU-Materialrichtung: Leitfähiges TPU für flexible ESD-Kontaktteile
| Produkt | Route | Widerstand | Merkmale | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| DGK-TPU CNT | CNT / MWCNT | 10^3-10^5 ohm-cm | Niedrige Füllstoffmenge, gute Flexibilität, hohe Leitfähigkeit | Dichtungen, Schläuche, Wearables, flexible ESD-Teile |
| DGK-TPU CB | Leitfähiges Carbon Black | 10^4-10^6 ohm-cm | Wirtschaftliche Route mit gutem Verschleiß | Rollen, Sohlen, industrielle ESD-Teile |
| DGK-TPU CF | Kohlefaser | 10^3-10^5 ohm-cm | Mehr Verschleißfestigkeit und Verstärkung | Hochverschleiß-Kontakte und Automobilteile |
| Permanentes antistatisches TPU | Permanentes Antistatiksystem | 10^9-10^11 ohm/sq | Dissipativer Bereich und Farboptionen | Reinraum und Elektronikhandling |
| Merkmal | Nutzen |
|---|---|
| Permanentes leitfähiges Netzwerk | Feuchteunabhängige Ableitung für wiederholten Kontakt. |
| Verschleißfestigkeit | Die TPU-Matrix unterstützt lange Lebensdauer beim Rollen und Gleiten. |
| Flexibilität und Elastizität | Bei ausgewogener Rezeptur biegt und erholt sich das Teil ohne spröden Bruch. |
| Temperaturbeständigkeit | Polyester-TPU eignet sich für höhere Wärme; Polyether hilft bei Hydrolyse. |
| Chemische Beständigkeit | Gute Beständigkeit gegen Öle, Fette und viele Medien je nach Typ. |
| Verarbeitbarkeit | Spritzguss, Extrusion und Kalander können mit passendem Typ unterstützt werden. |
Zielanwendungen
| Branche | Typische Teile |
|---|---|
| Elektronikfertigung | ESD-Rollen, Bänder, Manschetten, weiche Abdeckungen, Behälter, Matten und Vorrichtungen. |
| Automobil | Kraftstoffleitungsabdeckungen, antistatische Dichtungen, EV-Schnittstellen, Dämpfungspads und flexible Schutzteile. |
| Industrieanlagen | Rollen, Führungen, Dichtungen, Stopfen, Tüllen, Schlauchdorne, Ventile, Räder und Reibteile. |
| Schuhe und Wearables | Antistatische Sohlen, Absätze, flexible Sensoren und Smart-Textile-Schnittstellen. |
| Medizin und Reinraum | Weiche Zubehörteile, Staubkontrollmatten und dissipative Teile, wenn Carbon-Black-Farbe nicht akzeptabel ist. |
Referenzdaten
DGK-TPU CNT
| Eigenschaft | Methode | Typischer Wert | Einheit |
|---|---|---|---|
| Basisharz | - | TPU, Polyester oder Polyether | - |
| Füllstofftyp | - | Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) | - |
| Farbe | - | Schwarz | - |
| Verarbeitung | - | Spritzguss / Extrusion | - |
| Oberflächenwiderstand | ANSI/ESD STM11.11 / GB/T 1401 | 10^3-10^5 | ohm-cm |
| Statische Entladung | FTMS101C 4046.1 | <2 s, 5000 V bis 50 V | - |
| Härte | ASTM D2240 / ISO 868 | 70-95 | Shore A |
| Zugfestigkeit | ASTM D412 / GB/T 528 | 15-35 | MPa |
| Bruchdehnung | ASTM D412 / GB/T 528 | 300-600 | % |
| Weiterreißfestigkeit | ASTM D624 | 80-120 | N/mm |
| Abriebfestigkeit | ISO 4649 / DIN 53516 | Ausgezeichnet | - |
| Dauergebrauchstemperatur | - | Bis 130 C Polyester; bis 90 C Polyether | C |
| Trocknungstemperatur | - | 90-100 | C |
| Trocknungszeit | - | 3-4 | Stunden |
| Schmelzetemperatur | - | 185-210 | C |
| Werkzeugtemperatur | - | 38-60 | C |
DGK-TPU CB
| Eigenschaft | Methode | Typischer Wert | Einheit |
|---|---|---|---|
| Oberflächenwiderstand | ANSI/ESD STM11.11 / GB/T 1401 | 10^4-10^6 | ohm-cm |
| Härte | ASTM D2240 / ISO 868 | 60-90 | Shore A |
| Zugfestigkeit | ASTM D412 / GB/T 528 | 15-25 | MPa |
| Bruchdehnung | ASTM D412 / GB/T 528 | 300-500 | % |
| Abriebfestigkeit | ISO 4649 / DIN 53516 | Ausgezeichnet | - |
| Trocknungstemperatur | - | 90-100 | C |
| Trocknungszeit | - | 3-4 | Stunden |
| Schmelzetemperatur | - | 185-210 | C |
Empfohlene Verarbeitungsparameter
| Parameter | DGK-TPU CNT | DGK-TPU CB | DGK-TPU CF |
|---|---|---|---|
| Trocknungstemperatur | 90-100 C | 90-100 C | 90-100 C |
| Trocknungszeit | 3-4 Stunden | 3-4 Stunden | 3-4 Stunden |
| Empfohlene Restfeuchte | <=0,1% | <=0,1% | <=0,1% |
| Schmelzetemperatur | 185-210 C | 185-210 C | 190-210 C |
| Werkzeugtemperatur | 38-60 C | 38-60 C | 40-60 C |
| Spritzdruck | Mittel | Mittel | Mittel bis hoch |
- Trocknung ist wichtig, weil TPU Feuchtigkeit aufnimmt; sonst drohen Hydrolyse, Blasen, Schlieren und instabile Mechanik.
- Lange Verweilzeiten und Temperaturen über 220 C ohne Typ- und Maschinenprüfung vermeiden.
- Spritzguss, Extrusion, Kalander und einzelne Druckrouten sind möglich, wenn Typ, Härte und Widerstandsziel passen.
Kundenvalidierung
Ein Elektronikhersteller nutzte Standard-TPU-Rollen in einer PCB-Linie. Die mechanische Lebensdauer war gut, aber beim Drehen bauten sich Ladungen auf, Staub wurde angezogen und einzelne Entladungen beschädigten Bauteile.
Der Kunde prüfte eine DGK-TPU-CNT-Route von DEYU und verglich Widerstand, statische Spannung, Verschleiß und Linienausbeute.
| Parameter | Detail |
|---|---|
| Versuchsmenge | 200 Rollen |
| Monatsvolumen | 1.000 Rollen |
| Material | DGK-TPU CNT Versuchsroute |
| Verfahren | Spritzguss |
| Trocknung | 3-4 Stunden bei 90-100 C |
| Schmelzetemperatur | 190-210 C |
| Zielwiderstand | <10^6 ohm-cm |
| Verschleißtest | 1.000.000 Zyklen Dauerrotation |
| Messgröße | Standard-TPU | DGK-TPU CNT |
|---|---|---|
| Oberflächenwiderstand | >10^12 ohm-cm | 10^3-10^5 ohm-cm |
| Statische Ladung nach Betrieb | 2.000-5.000 V | <100 V |
| Staub auf PCB | Deutlich | Minimal |
| ESD-Schäden an Bauteilen | 3,2% | <0,5% |
| Verschleißtiefe nach 1.000.000 Zyklen | 0,08 mm | 0,09 mm |
| Rollenoberfläche | Poliert, intakt | Poliert, intakt |
| Linienausbeute | 94% | 98,5% |
| Projiziertes Wechselintervall | 800.000 Zyklen | >2.000.000 Zyklen |
DGK-TPU CNT erreichte 10^3-10^5 ohm-cm, senkte die Ladung unter 100 V und reduzierte ESD-Schäden von 3,2% auf unter 0,5%. Der Verschleiß blieb nahe am Standard-TPU.
Der Fall zeigt: Leitfähigkeit, Flexibilität und Verschleiß müssen zusammen validiert werden. Niedriger Widerstand ohne Lebensdauer reicht nicht; gute Lebensdauer ohne ESD-Kontrolle ebenfalls nicht.
Entscheidungsrahmen
| Route | Wählen wenn | Anwendungen |
|---|---|---|
| TPU CNT | Maximale Flexibilität, geringe Partikel, hohe Leitfähigkeit und wiederholte Biegung. | Dichtungen, Schläuche, flexible Sensoren, Wearables und Reinraum. |
| TPU CB | Wirtschaftliche Leitfähigkeit und Standard-ESD bei einfacher Geometrie. | Rollen, Sohlen, Pads und Standard-ESD-Teile. |
| TPU CF | Maximaler Verschleiß, mehr Reißfestigkeit oder Verstärkung. | Hochverschleiß-Kontaktteile. |
| Permanentes antistatisches TPU | Dissipativer Bereich und Carbon-Black-Farbe nicht akzeptabel. | Wände, Fenster, Türen, Matten und Vakuumschläuche. |
Angaben des Einkäufers
| Angabe | Warum wichtig |
|---|---|
| Zeichnung oder 3D-Modell | Zeigt Wanddicke, Biegezonen, Rollendurchmesser, Dichtlippen und Verschleißbereiche. |
| Zielwiderstand | Definiert leitfähiges, dissipatives oder antistatisches Verhalten. |
| Härteanforderung | Shore A oder Shore D steuert die Typauswahl. |
| Betriebstemperatur | Hilft bei Polyester- oder Polyether-Auswahl und Alterungsprüfung. |
| Verschleiß und Biegung | Definiert CB-, CNT- oder CF-Route. |
| Umgebung | Öl, Fett, Lösungsmittel, UV, Feuchte und Reinraum beeinflussen die Rezeptur. |
| Verarbeitung | Spritzguss, Extrusion, Kalander oder Druck haben unterschiedliche Fenster. |
| Aktueller Fehler | Statik, Staub, Abrieb, Riss oder instabiler Widerstand zeigen die passende Route. |
| Volumen und Compliance | Volumen, RoHS, REACH, FDA oder andere Anforderungen bestimmen Prüfplan und Rezeptur. |
Fazit
| Dimension | Nutzen |
|---|---|
| Leitfähigkeit | Der Bereich 10^3-10^5 ohm-cm bietet permanenten ESD-Schutz. |
| Verschleiß | TPU behält Lebensdauervorteile beim Rollen und Gleiten. |
| Flexibilität | 300-600% Bruchdehnung unterstützt Biegung, Druck und Rückstellung. |
| Permanenz | Das Netzwerk in der Masse wird nicht abgewaschen und verschwindet nicht durch Abrieb. |
| Verarbeitung | Spritzguss, Extrusion und Kalander sind mit passendem Typ möglich. |
DEYU kann Validierungsmengen für Prozessoptimierung und Werkstests liefern. Senden Sie Zeichnung, Härte, Widerstandsziel, Verschleißbedingungen und Volumen, damit die passende TPU-Route empfohlen werden kann.