TPE vs TPU : choisir le bon élastomère thermoplastique pour votre design

Quand les designers et ingénieurs produit veulent qu'une pièce ait certaines propriétés comme l'absorption des chocs ou une haute résistance aux impacts, ils se tournent souvent vers des polymères faits d'élastomères thermoplastiques.

Les élastomères thermoplastiques sont une classe de polymères ayant à la fois propriétés thermoplastiques et élastomériques, signifiant qu'ils sont résistants à la chaleur et durables, mais encore flexibles. Comme ils peuvent être fondus et reformés sans compromettre leurs propriétés chimiques ou mécaniques, les rebuts peuvent même être réutilisés comme remplacement partiel du plastique vierge. Les pièces en ce matériau peuvent être fabriquées par divers procédés : extrusion, moulage par injection, soufflage.

Le TPE (élastomère thermoplastique) et le TPU (polyuréthane thermoplastique) sont parmi les catégories les plus populaires — et bien que beaucoup utilisent les termes indifféremment, ils ont des différences clés. Pour commencer, les TPE sont une catégorie englobant une large variété d'élastomères thermoplastiques tandis que le TPU ne désigne qu'un sous-ensemble plus petit. Le TPU est aussi plus récent dans l'industrie que le TPE.

Voici une analyse complète des différences clés entre TPE et TPU, et quels aspects prendre en compte pour la sélection matériaux.

Vue d'ensemble du TPE

Le TPE, aussi appelé caoutchouc thermoplastique, combine l'aspect et le toucher du caoutchouc standard avec la facilité d'utilisation d'un plastique. Cette large catégorie couvre une gamme de polymères incluant TPU, copolyester thermoplastique (TCP), et polyamine thermoplastique (TPA). Ce matériau est connu pour son élasticité, processabilité, recyclabilité, haute température de fusion, et résistance aux intempéries.

Les spécifications mécaniques varient selon les marques. Par exemple, pour l'élastomère thermoplastique K2702 de Kent Elastomer Products :

• Dureté Shore A : 29A
• Résistance à la traction à la rupture : 1100 psi (7,6 MPa)
• Allongement : 950 %
• Module à 300 % : 175 psi (1,2 MPa)
• Module à 500 % : 330 psi (2,3 MPa)
• Température de fonctionnement : -40 à 195 °F (-40 à 91 °C)

Le TPE est le polymère de choix pour toute application devant être douce au toucher et avoir de bonnes propriétés élastiques ou antidérapantes. Idéal aussi pour applications où une pièce doit s'adapter à une pièce compagne. Usages commerciaux courants : poignées de crayons, manches de crosses de hockey, jouets, chaussures de ski. Dans le médical : pièces de réanimateur, connecteurs, embouts. Dans l'automobile : joints étanches, tapis de sol, pièces intérieures/extérieures, couvercles d'airbag, pare-chocs.

Les TPE offrent de nombreux avantages sur les plastiques comparables, y compris les caoutchoucs conventionnels. Ils sont plus rapides à traiter et ont des cycles de fabrication plus courts, réduisant le coût final. Des cycles de moulage plus courts boostent aussi l'efficacité énergétique. Comparé au TPU globalement, le TPE peut être plus élastique.

Les TPE ont quelques limites à garder à l'esprit. Par exemple, ils peuvent fondre à des températures extrêmes et ne doivent être utilisés que pour pièces soumises à des températures dans la plage spécifiée par le fabricant. Les TPE performent généralement moins bien sous charges lourdes et ont moins de résistance chimique et thermique que les caoutchoucs thermodurcissables traditionnels. Aussi, la plupart des matériaux TPE doivent être séchés avant traitement, les designers ne doivent pas oublier cette étape cruciale.

Vue d'ensemble du TPU

Le polyuréthane thermoplastique (TPU) est le sous-ensemble d'élastomères thermoplastiques robustes et polyvalents connus pour leur durabilité, flexibilité, et adéquation pour nombreuses applications haute performance. Comme les autres TPE, ce matériau a propriétés de thermoplastiques et caoutchoucs conventionnels, mais le TPU offre une capacité de charge supérieure, un allongement à la rupture élevé, et une excellente résistance à la traction. Les TPU résistent aussi bien aux produits chimiques, huiles, graisses, et solvants courants.

Les spécifications mécaniques varient. Pour l'Ultrafuse TPU 85A :

• Dureté Shore A : 90A
• Densité (imprimé et conditionné) : 1082 kg/m³
• Température de transition vitreuse : -44 °C
• Résistance à l'abrasion : 82 mm³
• Résistance à la traction (à 100 % allongement, direction XY, conditionné) : 8,7 MPa
• Résistance à la rupture (direction XY, conditionné) : 34 MPa
• Module d'élasticité (direction XY, conditionné) : 20 MPa

Le TPU se trouve dans une large tranche d'industries : automobile, agriculture, textile. Sa combinaison unique de résistance aux rayures et à l'abrasion en fait un excellent matériau pour pièces intérieures auto : pommeaux de vitesse, panneaux d'instruments, pièces de console. Sa flexibilité et respirabilité le rendent adapté aux vêtements de sport et chaussures athlétiques. Certains ingénieurs ont développé des TPU de niche pour répondre à la demande croissante de polymères haute performance à faible ensemble de compression, résistance à l'abrasion et à l'huile pour joints et garnitures.

Comparé au chlorure de polyvinyle (PVC), le TPU est plus léger, plus élastique, et plus résistant à l'abrasion. Il est aussi possible de colorer et traiter le TPU. Choisir le TPU plutôt que le PVC a du sens d'un point de vue environnemental car ce matériau est recyclable et fréquemment utilisé pour réduire les émissions de carbone. Aussi, le TPU surpasse la plupart des autres TPE en quelques points clés : généralement plus dur, plus durable, plus résistant au retrait, plus facile à imprimer et promettant des résultats plus précis.

D'un autre côté, le TPU est plus cher que les plastiques comparables et certains grades ont une durée de vie relativement courte. Comme les autres TPE, les TPU doivent être séchés avant traitement. De plus, les TPU ont généralement une plage de dureté plus étroite que les autres élastomères thermoplastiques et une plage de température de traitement plus étroite, créant certaines limites de fabricabilité.

Démarrer avec TPE et TPU

Le TPE et le TPU sont des plastiques polyvalents que toutes les équipes produit devraient avoir dans leur répertoire. Cependant, les équipes doivent être averties de ne pas confondre les deux. Les TPE, large catégorie de polymères classés comme élastomères thermoplastiques, sont plus tendres que le TPU et mieux adaptés aux applications devant être douces au toucher. Le TPU, sous-ensemble des TPE plus résistants, est mieux adapté aux applications haute performance nécessitant haute résistance chimique et à l'abrasion. Les équipes doivent toujours faire des recherches approfondies pour s'assurer de choisir le bon matériau. Heureusement, un partenaire de fabrication expérimenté peut grandement simplifier la sélection.

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Pour des guides matériaux plus approfondis, consultez les autres articles « Know Your Materials » dans le centre de ressources Fast Radius.