TPU注塑成型

 

 

TPU模塑成型工藝有多種方法：包括有注塑、吹塑,、壓縮成型,、擠出成型等，其中以注塑為常用,。注塑的功能是將TPU加工成所要求的制件,，分成預(yù)塑、注射和機(jī)出三個階段的不連續(xù)過程,。注射擊機(jī)分柱塞式和螺桿式兩種,，推薦使用螺桿式注射機(jī)，因?yàn)樗刑峁┚鶆虻乃俣?、塑化和熔融?/span>

 

1,、注射機(jī)的設(shè)計(jì)注射機(jī)料筒襯以銅鋁合金，螺桿鍍鉻防止磨損,。螺桿長徑比L/D=16~20為好,，至少15；壓縮比2.5/1~3.0/1,。給料段長度

0.5L,，壓縮段0.3L，計(jì)量段0.2L,。應(yīng)將止逆環(huán)裝在靠近螺桿頂端的地方,，防止反流并保持大壓力。

 

加工TPU宜用自流噴嘴,，出口為倒錐形,，噴嘴口徑4mm以上，小于主流道套環(huán)入口0.68mm,，噴嘴應(yīng)裝有可控加熱帶以防止材料凝固,。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，注射量應(yīng)為額定量的40%~80%,。螺桿轉(zhuǎn)速20~50r/min,。

 

2、模具設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)就注意以下幾點(diǎn)：（1）模塑TPU制件的收縮率收縮受原料的硬度,、制件的厚度,、形狀、成型溫度和模具溫度等模塑條件的影響,。通常收縮率范圍為0.005~0.020cm/cm,。例如，100×102mm的長方形試片,，在長度方向澆口,，流動方向上收縮,，硬度75A比60D大2～3倍。TPU硬度,、制作厚度對收縮率的影響見圖

1,。可見TPU硬度在78A～90A之間時,，制件收縮率隨厚度增加而下降,；硬度在95A～74D時制件收縮率隨厚度增加而略有增加。

（2）流道和冷料穴主流道是模具中連接注射機(jī)噴嘴至分流道或型腔的一段通道,，直徑應(yīng)向內(nèi)擴(kuò)大,，呈2o以上的角度，以便于

流道贅物脫模,。分流道是多槽模中連接主流道和各個型腔的通道,，在塑模上的排列應(yīng)呈對稱和等距分布。流道可為圓形,、半圓形,、長方形，直徑以

6~9mm為宜,。流道表面必須像模腔一樣拋光,，以減少流動阻力，并提供較快的充模速度,。

 

冷料穴是設(shè)在主流道末端的一個空穴,，用以捕集噴嘴端部兩次注射之間所產(chǎn)生的冷料，從而防止分流道或澆口堵塞,。冷料混入型腔,，制品容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。冷料穴直徑8~10mm,，深度約6mm,。（3）澆口和排氣口澆口是接通主流道或分流道與型腔的通道,。其截面積通常小于流道,，是流道系統(tǒng)中小的部分，長度宜短,。澆口形狀為矩形或圓形,，尺寸隨制品厚度增中，制品厚度4mm以下,，直徑1mm,；厚度4~8mm，直徑1.4mm,；厚度8mm

以上,，直徑為2.0~2.7mm,。澆口位置一般選在制品厚的而又不影響外觀和使用的地方，與模具壁成直角,，以防止縮孔,，避免旋紋。

 

排氣品是在模具中開設(shè)的一種槽形出氣口,，用以防止進(jìn)入模具的熔料卷入氣體,，將型腔的氣體排出模具。否則將會使制品帶有氣孔,、熔接不良,、充模不滿，甚至因空氣受壓縮產(chǎn)生高溫而將制品燒傷,，制件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等,。排氣口可設(shè)在型腔內(nèi)熔料流動的盡頭或在塑模分型面上為0.15mm深、6mm寬的澆槽,。必須注意模具溫度盡量控制均勻,，以免制件翹曲和扭變。

 

3 模塑條件

 

TPU重要的模塑條件是影響塑化流動和冷卻的溫度,、壓力和時間,。這些參數(shù)將影響TPU制件的外觀和性能。良好的加工條件應(yīng)能獲得均勻的白色至米色的制件,。

 

（1）溫度模塑TPU過程需要控制的溫度有料筒溫度,、噴嘴溫度和模具溫度。前兩種溫度主要影響TPU的塑化和流動,，后一種溫度影響TPU的流動和冷卻,。

 

a．料筒溫度料筒溫度的選擇與TPU的硬度有關(guān)。硬度高的TPU熔融溫度高,，料筒末端的高溫度亦高,。加工TPU所用料筒溫度范圍是177~232℃。料筒溫度的分布一般是從料斗一側(cè)（后端）至噴嘴（前端）止,，逐漸升高,，以使TPU溫度平穩(wěn)地上升達(dá)到均勻塑化的的。

b．噴嘴溫度噴嘴溫度通常略低于料筒的高溫度,，以防止熔料在直通式噴嘴可能發(fā)生的流涎現(xiàn)象,。如果為杜絕流涎而采用自鎖式的噴嘴，則噴嘴溫度亦可控制在料筒的高溫度范圍內(nèi),。

c．模具溫度模具溫度對TPU制品內(nèi)在性能和表觀質(zhì)量影響很大,。它的高低決定于TPU的結(jié)晶性和制品的尺寸等許多因素。模具溫度通常通過恒溫的冷卻介質(zhì)如水來控制,，硬度高,，結(jié)晶度高,，模具溫度亦高。例如Texin,，硬度480A,，模具溫度20～30℃；硬度591A,，模具溫度30～50℃,；硬度355D，模具溫度40～65℃,。TPU制品模具溫度一般在10～60℃,。模具溫度低，熔料過早凍結(jié)而產(chǎn)生流線,，并且不利于球晶的增長,，使制品結(jié)晶度低，會出現(xiàn)后期結(jié)晶過程,，從而引起制品的后收縮和性能的變化,。

 

b．壓力注塑過程是壓力包括塑化壓力（背壓）和注射壓力。螺桿后退時,，其頂部熔料所受到的壓力即為背壓,，通過溢流閥來調(diào)節(jié)。增加背壓會提高熔體溫度,，減低塑化速度,，使熔體溫度均勻，色料混合均勻,，并排出熔體氣體,，但會延長成型周期。TPU的背壓通常在0,。3～4MPa,。注射壓力是螺桿頂部對TPU所施的壓力，它的作用是克服TPU從料筒流向型腔的流動阻力,，給熔料充模的速率,，并對熔料壓實(shí)。TPU流動阻力和充模速率與熔料粘度密切相關(guān),，而熔料粘度又與TPU硬度和熔料溫度直接相關(guān),，即熔料粘度不僅決定于溫度和壓力，還決定于TPU硬度和形變速率,。剪切速率越高粘度越低；剪切速率不變,，TPU硬度越高粘度越大,。

不同硬度的樹脂粘度與剪切速率的關(guān)系(240℃)在剪切速率不變的條件下,，粘度隨溫度增加而下降，但在高剪切速率下,，粘度受溫度的影響不像低剪

切速率那樣大,。TPU的注射壓力一般為20~110MPa。保壓壓力大約為注射壓力的一半,，背壓應(yīng)在1,。4MPa以下，以使TPU塑化均勻,。c．時間 完成一次注射過程所需的時間稱為成型周期,。成型周期包括充模時間、保壓時間,、冷卻時間和其他時間（開模,、脫模、閉模等）,，直接影響勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率,。TPU的成型周期通常決定于硬度、制件厚度和構(gòu)型,，TPU硬度高周期短,，塑件厚周期長，塑件構(gòu)型復(fù)雜周期長,，成型周期還與模具溫度有關(guān),。TPU成型周期一般在20~60s之間。

 

d．注射速度注射速度主要決定于TPU制品的構(gòu)型,。端面厚的制品需要較低的注射速度,，端面薄則注射速度較快。

 

e．螺桿轉(zhuǎn)速加工TPU制品通常需要低剪切速率,，因而以較低的螺桿轉(zhuǎn)速為宜,。TPU的螺桿轉(zhuǎn)速一般為20~80r/min，則優(yōu)選20~40r/min,。

 （4）停機(jī)處理由于TPU高溫下延長時間可能發(fā)生降解,，故在關(guān)機(jī)后，應(yīng)該用PS,、PE,、丙烯酸酯類塑料或ABS清洗；停機(jī)超過1小時,，應(yīng)該關(guān)閉熱,。

 （5）制品后處理TPU由于在料筒內(nèi)塑化不均勻或在模腔內(nèi)冷卻速率不同，常會產(chǎn)生不均勻的結(jié)晶,、取向和收縮,，致使制品存在內(nèi)應(yīng)力,，這在厚壁制品或帶有金屬嵌件的制品中更為突出。存在內(nèi)應(yīng)力的制品在貯存和使用中常會發(fā)生力學(xué)性能下降,，表面有銀紋甚至變形開裂,。生產(chǎn)中解決這些問題的方法是對制品進(jìn)行退火處理。退火溫度視TPU制品的硬度而定,，硬度高的制品退火溫度亦較高,，硬度低溫度亦低；溫度過高可能使制品發(fā)生翹曲或變形,，過低達(dá)不到消除內(nèi)應(yīng)力的目的,。TPU的退火宜用低溫長時間，硬度較低的制品室溫放置數(shù)周即可達(dá)到性能,。硬度在邵爾A85以下退火80℃×

20h,，A85以上者100℃×20h即可。退火可在熱風(fēng)烘箱中進(jìn)行,，注意放置位置不要局部過熱而使制品變形,。

退火不僅可以消除內(nèi)應(yīng)力，還可提高力學(xué)性能,。由于TPU是兩相形態(tài),，TPU熱加工期間發(fā)生相的混合，在迅速冷卻時,，由于TPU粘度高,，相分離很慢，必須有足夠的時間使其分離,，形成微區(qū),，從而獲得性能。

（6）鑲嵌注塑為了滿足裝配和使用強(qiáng)度的需要,，TPU制件內(nèi)需嵌入金屬嵌件,。金屬嵌件先放入模具內(nèi)的預(yù)定位置，然后注射成一個整體的制品,。有嵌件的TPU制品由于金屬嵌件與TPU熱性能和收縮率差別較大,，導(dǎo)致嵌件與TPU粘接不牢。解決的辦法是對金屬嵌件進(jìn)行預(yù)熱處理,，因?yàn)轭A(yù)熱后嵌件減少了熔料的溫度差,，從而在注射過程中可使嵌件周圍的熔料冷卻較慢，收縮比較均勻,，發(fā)生一定的熱料補(bǔ)縮作用,，防止嵌件周圍產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。TPU鑲嵌成型比較容易，嵌物形狀不受限制,，只要在嵌件脫脂后,，將其在200～230℃加熱1,。5～2min,，剝離強(qiáng)度可達(dá)6～9kg/25mm。欲獲得更牢的粘接,，可在嵌件上涂粘合劑,，然后于120℃加熱，再行注射,。此外,，應(yīng)該注意所用的TPU不能含潤滑劑。