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、注射和機出三個階段的不連續(xù)過程。注射擊機分柱塞式和螺桿式兩種，推薦使用螺桿式注射機，因為它有提供均勻的速度、塑化和熔融。

 

1、注射機的設(shè)計注射機料筒襯以銅鋁合金，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

模具設(shè)計就注意以下幾點：（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?？梢奣PU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噴嘴至分流道或型腔的一段通道，直徑應(yīng)向內(nèi)擴大，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。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）停機處理由于TPU高溫下延長時間可能發(fā)生降解，故在關(guān)機后，應(yīng)該用PS、PE、丙烯酸酯類塑料或ABS清洗；停機超過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。退火可在熱風烘箱中進行，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行預(yù)熱處理，因為預(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，剝離強度可達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。