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【漲知識】聚氨酯彈性體TPU注塑加工成型大全

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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,其中以注塑最為常用。注塑的功能是將TPU加工成所要求的制件,分成預塑、注射和機出三個階段的不連續過程。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。

一.注射機的設計

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。應將止逆環裝在靠近螺桿頂端的地方,防止反流并保持最大壓力。

加工TPU宜用自流噴嘴,出口為倒錐形,噴嘴口徑4mm以上,小于主流道套環入口0.68mm,噴嘴應裝有可控加熱帶以防止材料凝固。

從經濟角度考慮,注射量應為額定量的40%~80%。螺桿轉速20~50r/min。

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二.模具設計

模具設計就注意以下幾點:

(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0.005~0.5px/cm。例如,100×10×2mm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噴嘴至分流道或型腔的一段通道,直徑應向內擴大,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,制品容易產生內應力。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,是流道系統中最小的部分,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最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生高溫而將制品燒傷,制件產生內應力等。排氣口可設在型腔內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。

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三.模塑條件

TPU最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。這些參數將影響TPU制件的外觀和性能。良好的加工條件應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。硬度高的TPU熔融溫度高,料筒末端的最高溫度亦高。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(后端)至噴嘴(前端)止,逐漸升高,以使TPU溫度平穩地上升達到均勻塑化的目的。

b.噴嘴溫度噴嘴溫度通常略低于料筒的最高溫度,以防止熔料在直通式噴嘴可能發生的流涎現象。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最高溫度范圍內。

c.模具溫度模具溫度對TPU制品內在性能和表觀質量影響很大。它的高低決定于TPU的結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如水來控制,TPU硬度高,結晶度高,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,熔料過早凍結而產生流線,并且不利于球晶的增長,使制品結晶度低,會出現后期結晶過程,從而引起制品的后收縮和性能的變化。

2.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,通過溢流閥來調節。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,而熔料粘度又與TPU硬度和熔料溫度直接相關,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。

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,背壓應在1。4MPa以下,以使TPU塑化均勻。

3.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),直接影響勞動生產率和設備利用率。TPU的成型周期通常決定于硬度、制件厚度和構型,TPU硬度高周期短,塑件厚周期長,塑件構型復雜周期長,成型周期還與模具溫度有關。TPU成型周期一般在20~60s之間。

4.注射速度

注射速度主要決定于TPU制品的構型。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。

5.螺桿轉速

加工TPU制品通常需要低剪切速率,因而以較低的螺桿轉速為宜。TPU的螺桿轉速一般為20~80r/min,則優選20~40r/min。

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四.停機處理

由于TPU高溫下延長時間可能發生降解,故在關機后,應該用PS、PE、丙烯酸酯類塑料或ABS清洗;停機超過1小時,應該關閉加熱。

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五.制品后處理

TPU由于在料筒內塑化不均勻或在模腔內冷卻速率不同,常會產生不均勻的結晶、取向和收縮,因此致使制品存在內應力,這在厚壁制品或帶有金屬嵌件的制品中更為突出。存在內應力的制品在貯存和使用中常會發生力學性能下降,表面有銀紋甚至變形開裂。生產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生翹曲或變形,過低達不到消除內應力的目的。TPU的退火宜用低溫長時間,硬度較低的制品室溫放置數周即可達到最佳性能。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應力,還可提高力學性能。由于TPU是兩相形態,TPU熱加工期間發生相的混合,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,從而獲得最佳性能。

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六.鑲嵌注塑

為了滿足裝配和使用強度的需要,TPU制件內需嵌入金屬嵌件。金屬嵌件先放入模具內的預定位置,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,導致嵌件與TPU粘接不牢。解決的辦法是對金屬嵌件進行預熱處理,因為預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,發生一定的熱料補縮作用,防止嵌件周圍產生過大的內應力。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℃加熱處理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,應該注意所用的TPU不能含潤滑劑。

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七.回收料的再利用

在TPU加工過程中,主流道、分流道、不合格的制品等廢料,可以回收再利用。從實驗結果看,100%回收料不摻合新料,力學性能下降也不太嚴重,完全可以利用,但為保持物理力學性能和注射條件在最佳水平,推薦回收料比例在25%~30%為好。應該注意的是回收料與新料的品種規格最好相同,已污染的或已退火的回收料避免使用,回收料不要貯存太久,最好馬上造粒,干燥使用。回收料的熔融粘度一般要下降,成型條件要進行調整。

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