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(gè)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(dòng)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(shí)，制件收縮率隨厚度增加而下降；硬度在95A～74D時(shí)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(gè)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(dòng)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(gè)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(huì)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(dòng)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(dòng)和冷卻的溫度、壓力和時(shí)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(dòng)，后一種溫度影響TPU的流動(dòng)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(huì)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(shí)，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(huì)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(huì)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(dòng)阻力，給熔料充模的速率，并對熔料壓實(shí)。TPU流動(dòng)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(shí)間 完成一次注射過程所需的時(shí)間稱為成型周期。成型周期包括充模時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間和其他時(shí)間（開模、脫模、閉模等），直接影響勞動(dòng)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(shí)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(shí)，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(huì)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(huì)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(shí)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(shí)，由于TPU粘度高，相分離很慢，必須有足夠的時(shí)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(gè)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。