Le materie plastiche elastiche e termoplastiche comunemente utilizzate per lo stampaggio a iniezione comprendono i prodotti in schiuma di poliuretano autopellante, flessibile e viscoelastica e la gomma termoplastica (TPR), gli elastomeri termoplastici (TPE) e l'uretano termoplastico (TPU) stampati a iniezione. Il TPU, o poliuretano termoplastico, è un materiale molto apprezzato da molti settori perché può essere fuso e modellato di nuovo come i materiali termoplastici, ma ha ancora proprietà elastiche. Un'area in cui questo materiale versatile brilla davvero è quella dello stampaggio a iniezione; nessun altro materiale offre flessibilità e resistenza allo stesso modo. Questo articolo approfondisce le proprietà fondamentali del TPU, la processo di stampaggio a iniezioneapplicazioni pratiche, fornendo una guida completa per i professionisti del settore.

Proprietà fondamentali del TPU

Il TPU è un elastomero termoplastico prodotto dalla reazione di diisocianati (come MDI o TDI), polioli polieteri o poliesteri ed estensori di catena. Presenta le seguenti proprietà chiave:

Elasticità e flessibilità

Il TPU è una scelta eccellente per gli articoli che devono essere molto elastici, perché la sua elasticità è la stessa in un'ampia gamma di temperature. Questo materiale resiste bene anche in condizioni di freddo, non diventa fragile. La resistenza alla trazione e l'allungamento a rottura del TPU gli consentono di rimanere stabile sotto stress meccanico, rendendolo ideale per le applicazioni che richiedono elevate prestazioni meccaniche.

Resistenza all'abrasione

Il TPU ha un'ottima resistenza allo strappo e all'abrasione. Ciò significa che è perfetto per la realizzazione di prodotti che devono sopportare un'usura elevata, come le suole delle scarpe o i nastri trasportatori. La sua resistenza all'abrasione non si limita agli ambienti di utilizzo ordinario: il TPU è in grado di mantenere le sue proprietà fisiche anche in caso di utilizzo ad alta intensità e frequenza, prolungando così la durata del prodotto.

Resistenza agli oli e alle sostanze chimiche

In particolare, in ambienti in cui la resistenza agli agenti chimici e agli oli è fondamentale, come l'industria automobilistica e petrolifera. Il TPU è in grado di mantenere la propria integrità e funzionalità anche in ambienti difficili, rappresentando una scelta affidabile per le applicazioni più impegnative.

Trasparenza

Grazie alla sua trasparenza, il TPU è adatto ai prodotti che necessitano di materiale trasparente, come le custodie per telefoni e i prodotti medicali. Il TPU ha un'elevata trasparenza e un'alta trasmissione della luce che, nella maggior parte dei casi, garantiscono una chiara visibilità; inoltre, ha un'elevata resistenza fisica e può essere realizzato per resistere a condizioni difficili.

Resistenza agli agenti atmosferici

Grazie all'eccellente resistenza ai raggi UV e agli agenti atmosferici, il poliuretano termoplastico (TPU) è perfetto per l'uso all'aperto. Anche dopo lunghi periodi di esposizione al sole, non perde molto le sue proprietà fisiche, il che significa che i prodotti a base di TPU, come gli attrezzi da esterno e i materiali da costruzione, durano a lungo.

TPU nei processi di stampaggio a iniezione

TPU processo di stampaggio a iniezione è simile a quello di altri materiali termoplastici, ma richiede un controllo preciso dei parametri e delle condizioni di lavorazione perché il TPU ha proprietà uniche. Di seguito una guida approfondita su come il TPU viene lavorato con le tecniche di stampaggio a iniezione:

Preparazione delle materie prime

Le materie prime TPU (poliuretano termoplastico) sono comunemente sotto forma di pellet di TPU e, prima dello stampaggio a iniezione, è spesso necessaria un'ampia essiccazione per eliminare l'umidità che potrebbe degradare le prestazioni del pezzo prodotto. La temperatura di essiccazione è normalmente impostata nell'intervallo 80-110℃ e sono necessarie 2-4 ore per completare il processo di essiccazione per ridurre il livello di umidità che potrebbe causare alcuni difetti come bolle durante il processo di iniezione. Tuttavia, quando il tasso di applicazione è molto elevato, può essere necessario procedere all'essiccazione sotto vuoto o all'essiccazione con essiccante per rimuovere l'umidità eventualmente ancora presente nel materiale.

Parametri di iniezione

1. Controllo della temperatura: La temperatura di lavorazione del TPU è ovviamente compresa tra 180 e 230℃. Poiché qualsiasi dettaglio nel TPU sarà proporzionale al prodotto finale, il calore è un altro fattore che può causare il deterioramento delle proprietà fisiche del TPU. Pertanto, il controllo della temperatura è molto importante nel processo di produzione, per garantire che il prodotto finale sia della giusta qualità. Uno dei principali svantaggi è che il TPU ha generalmente una temperatura di fusione leggermente inferiore a quella di molte altre termoplastiche e richiede quindi un controllo più raffinato della temperatura per le apparecchiature di lavorazione.

2. Velocità di iniezione: Per evitare la formazione di tensioni interne e bolle dovute a un'iniezione molto rapida, si dovrebbe utilizzare un'iniezione a media velocità. I ricercatori confermano inoltre che il metodo di iniezione influisce sulla velocità di reazione e sull'omogeneità del riempimento dello stampo, migliorando le caratteristiche meccaniche del prodotto. A velocità molto elevate di iniezione del materiale nella cavità dello stampo, l'aria viene intrappolata all'interno del materiale, conferendo allo stampo un aspetto spumeggiante.

3. Controllo della pressione: Sia la pressione di tenuta che il tempo devono essere giusti per consentire ai prodotti di rimanere dimensionalmente stabili e di avere una superficie attraente. Un elevato livello di stress interno deriva da una pressione di tenuta eccessiva, mentre se il tempo di tenuta è basso si verifica un ritiro e una distorsione. In genere, il tempo di tenuta dipende soprattutto dallo spessore del prodotto e dalla complessità del disegno su di esso per ottenere un risultato ottimale.

Progettazione di stampi

La progettazione dello stampo ha un'influenza significativa sui prodotti e servizi stampati in TPU iniettato. Per quanto riguarda la fluidità del TPU, essa è probabilmente buona; tuttavia, dovrebbe includere un design ragionevole delle porte e dei canali per evitare un riempimento insufficiente dovuto alla presenza di porte piccole o a un design improprio dei canali. Inoltre, è necessario prendere in considerazione la caratteristica di collassabilità; l'angolo di sformo deve essere impostato correttamente per non danneggiare il prodotto al momento dello stampaggio. Altri parametri di input sono la finitura superficiale dello stampo e la temperatura dello stampo; la precedente finitura superficiale è importante per prevenire i difetti superficiali del prodotto, mentre la temperatura dello stampo è importante perché favorisce un raffreddamento uniforme e quindi riduce il tempo di ciclo. Punti chiave da considerare nella progettazione di stampi a iniezione per TPU:

1. Tasso di ritiro delle parti in TPU stampato

Questa distribuzione dipende dalle condizioni di stampaggio, ad esempio dalla durezza della materia prima, dallo spessore del pezzo, dalla forma del pezzo, dalla temperatura di stampaggio e dalla temperatura dello stampo. Per quanto riguarda l'intervallo di ritiro tipico, le due fonti più importanti non indicano un valore specifico di s, che varia tipicamente tra 0,005-0,020 cm/cm. Ad esempio, una barra rettangolare di 100×10×2 mm si assottiglierà al cancello nella direzione della lunghezza e il ritiro nella direzione del flusso sarà di 2-3 volte maggiore se la durezza è 75A piuttosto che 60D. Come mostrato nella figura 1, vi è una relazione tra la durezza del TPU e lo spessore del pezzo con il tasso di ritiro. Come illustrato in precedenza, per la durezza del TPU compresa tra 78A e 90A, il tasso di ritiro del pezzo diminuisce all'aumentare dello spessore, mentre quando è compreso tra 95A e 74D, il tasso di ritiro aumenta leggermente all'aumentare dello spessore.

2. Corridori e pozzo freddo

Il corridore primario è il passaggio che comunica la stampaggio a iniezione L'ugello della macchina è collegato al canale secondario o alle cavità dello stampo: questo canale si espande verso l'interno con un angolo di oltre 2 gradi per facilitare la rimozione dei residui del canale. Il canale secondario negli stampi a più cavità collega il canale principale a ciascuna cavità e deve essere equamente distanziato o bilanciato nello stampo. La sezione trasversale delle guide può essere rotonda, semicircolare o rettangolare e il diametro ideale deve essere compreso tra 6 e 9 mm. La superficie delle guide deve essere lucidata come quella della cavità dello stampo per ridurre la resistenza al flusso del materiale e migliorare la velocità dello stampo di riempimento.

La cavità per i proiettili freddi è una cavità situata all'estremità del canale primario e destinata a immagazzinare il materiale freddo extra generato tra due colpi e a evitare che provochi l'ostruzione del canale secondario o della porta. Il materiale freddo inserito nella cavità può anche creare rapidamente lo stress interno del prodotto. Il pozzetto di stoccaggio del materiale freddo dovrebbe avere un diametro di 8-10 mm e una profondità di circa 6 mm.

3. Cancelli e bocchette di ventilazione

La porta è identificata come il passaggio per il canale principale o il canale secondario per effettuare un collegamento con la cavità. In genere ha una sezione trasversale inferiore a quella del canale ed è la sezione più piccola del sistema di guide; inoltre, deve essere di lunghezza ridotta. La porta può essere di qualsiasi forma, rettangolare o circolare, e le dimensioni dipendono dallo spessore dei prodotti. Per i prodotti di spessore inferiore a 4 mm, il diametro è di 1 mm, mentre per quelli di spessore compreso tra 4 e 8 mm è di 1 mm. Per spessori inferiori a 8 mm, il diametro è di 1,4 mm, per spessori compresi tra 8 e 4 mm il diametro è di 2 e per spessori superiori a 4 mm è di 2,0-2,7 mm. 7 mm La posizione del cancello viene decisa di solito nella parte più spessa del prodotto che non ha un grande impatto sia sul valore estetico che sulla funzione, proprio a 90 gradi rispetto alla parete dello stampo in modo da eliminare la cavità da ritiro e il segno del vortice.

Gli sfiati sono aperture a forma di fessura nello stampo per liberare l'aria all'interno della cavità dello stampo, poiché il suo intrappolamento può causare difetti come vuoti, linee di saldatura scadenti o riempimento incompleto dello stampo, nonché bruciature sul prodotto a causa della compressione dell'aria che provoca la generazione di calore e, a sua volta, lo sviluppo di tensioni interne. Lo sfiato può essere effettuato al termine del flusso di colata nella cavità o sulla superficie di divisione dello stampo; in genere, si tratta di 0,15 mm di profondità e 6 mm di larghezza.

Condizioni di stampaggio a iniezione del TPU

Il Stampaggio a iniezione di TPU I parametri di temperatura, pressione e tempo in gioco durante lo stampaggio del TPU sono la chiave per ottenere effetti di plastificazione, fluidità e raffreddamento adeguati. L'aspetto e le prestazioni dei componenti in TPU realizzati saranno direttamente influenzati dal corretto rispetto di questi criteri. Se tutto va come deve durante la lavorazione, i prodotti finali dovrebbero avere più o meno lo stesso aspetto: una bella tonalità uniforme tra il bianco e il beige.

Temperatura

I parametri che possono essere regolati durante lo stampaggio del TPU sono la temperatura del cilindro, la temperatura dell'ugello e la temperatura dello stampo. I primi due agiscono in larga misura sulla plastificazione e sul flusso del TPU, mentre il terzo influisce sul flusso e sulla velocità di raffreddamento.

1. Temperatura della canna: La scelta della temperatura del barile si basa sulla durezza del materiale TPU. 6 Una durezza più elevata significa che il TPU ha una temperatura di fusione più elevata e alla fine del barile anche la temperatura sarà più alta. L'intervallo di temperatura per la lavorazione della canna in TPU è di 177-232 gradi Celsius. La distribuzione della temperatura viene normalmente aumentata gradualmente dal lato della tramoggia o dall'estremità posteriore fino all'ugello o all'estremità anteriore per consentire alla temperatura del TPU di salire costantemente per la plastificazione.

2. Temperatura dell'ugello: Di norma, la temperatura dell'ugello è leggermente inferiore alla temperatura più alta della canna, in quanto si verifica un fenomeno di sbavatura quando si utilizza un ugello passante. Tuttavia, se si applica l'ugello autobloccante per proteggere la sbavatura, la temperatura dell'ugello può essere impostata entro l'ambito della temperatura massima della canna.

3. Temperatura dello stampo: La temperatura a cui viene impostato lo stampo ha un enorme impatto sulle caratteristiche del substrato e sulla rugosità della superficie dei pezzi in TPU. Ciò può essere influenzato da aspetti quali il grado di cristallinità del TPU e le dimensioni del pezzo da lavorare. La temperatura dello stampo viene comunemente regolata utilizzando un altro mezzo di raffreddamento a temperatura fissa, ad esempio l'acqua. Inoltre, oltre alla maggiore cristallinità e alla temperatura iniziale dello stampo, il TPU di durezza più elevata ha un diverso grado di reticolazione. Ad esempio, per la texina di durezza 480A gli intervalli di temperatura di stampo adatti sono compresi tra 20-30°C, per la durezza 591A la temperatura di stampo è di 30-50°C, mentre per la durezza 355D la temperatura di stampo adatta è compresa tra 40-65°C. L'intervallo di temperatura di stampo tipico per le parti in TPU è compreso tra 10-60 C. La conseguenza delle basse temperature di stampo è che una parte della massa fusa si solidifica prima del resto, creando così linee di flusso e limitando la crescita delle sferuliti, in modo che il materiale abbia una bassa cristallinità. Ciò comporta un ritiro post-stampaggio e una variazione delle prestazioni del pezzo.

Pressione

La pressione o forza nello stampaggio a iniezione comprende la pressione di plastificazione, detta anche contropressione e pressione di iniezione. Al momento dell'estrazione della vite, la pressione sulla parte superiore della massa fusa è la contropressione, controllata dalla valvola di troppopieno. Una contropressione più elevata aumenta la temperatura della colata, diminuisce il tasso di plastificazione, garantisce temperature migliori nella colata, favorisce la miscelazione dei coloranti e aiuta a rimuovere i gas presenti nella colata, ma prolunga il ciclo di stampaggio. Va notato che la contropressione del TPU varia generalmente tra 0,3-4 MPa.

Tempo

Il tempo necessario per effettuare un'iniezione è chiamato ciclo di stampaggio. Comprende il riempimento dello stampo, il mantenimento, il raffreddamento e altri tempi (come l'apertura dello stampo, l'estrazione del pezzo, la chiusura dello stampo e così via). Questo ciclo influisce sulla quantità di lavoro svolto e sull'utilizzo della macchina. I cicli di stampaggio del TPU dipendono dalla durezza del materiale, dallo spessore del pezzo e dalla sua complessità. I materiali più duri richiedono meno tempo, i pezzi più spessi richiedono più tempo e i pezzi complicati richiedono più tempo. Anche la temperatura dello stampo influisce sul ciclo. I cicli di stampaggio del TPU sono solitamente di 20-60 secondi.

Post-trattamento delle parti

A causa della plastificazione non uniforme nel cilindro o delle diverse velocità di raffreddamento nella cavità dello stampo, il TPU presenta spesso cristallizzazioni, orientamenti e ritiri non uniformi, con conseguenti tensioni interne, soprattutto nei pezzi a parete spessa o con inserti metallici. Questi pezzi possono presentare proprietà meccaniche ridotte, striature argentate in superficie o addirittura deformazioni e crepe durante lo stoccaggio e l'uso. Questi problemi possono essere risolti con la ricottura dei pezzi. La temperatura di ricottura dipende dalla durezza del TPU: una durezza maggiore richiede temperature più elevate.

Stampaggio a inserti

Per soddisfare i requisiti di resistenza per l'assemblaggio e l'uso, le parti in TPU necessitano spesso di inserti metallici. Gli inserti metallici vengono inseriti nello stampo nel punto desiderato, quindi viene iniettato il TPU intorno ad essi per ottenere un pezzo unico. Le parti in TPU con inserti possono avere problemi di mancata adesione del TPU al metallo, perché il metallo e il TPU hanno proprietà termiche diverse e si ritirano a velocità diverse. È possibile risolvere questo problema riscaldando gli inserti metallici prima di applicare il TPU, riducendo la differenza di temperatura quando si inietta il TPU, raffreddando il TPU più lentamente intorno al metallo, facendo in modo che il TPU si restringa in modo uniforme e non sottoponendo il TPU a uno stress eccessivo intorno al metallo.

Riciclaggio e riutilizzo dei rottami

Durante la lavorazione del TPU, gli scarti dei canali principali, dei canali secondari e delle parti difettose possono essere riciclati e riutilizzati. L'esperimento mostra che il materiale riciclato 100% senza miscelazione di nuovo materiale presenta solo una leggera diminuzione delle proprietà meccaniche, che è adatta all'uso. Per mantenere le migliori proprietà fisiche e meccaniche e le condizioni di iniezione, il rapporto di riciclaggio consigliato è 25-30%. Il materiale riciclato deve essere dello stesso tipo e grado del materiale nuovo, evitare di utilizzare materiale riciclato contaminato o ricotto e non conservare il materiale riciclato per troppo tempo. È meglio pellettizzarlo ed essiccarlo per l'uso immediato. Il materiale riciclato ha generalmente una viscosità di fusione più bassa, per cui è necessario adattare le condizioni di stampaggio.

Applicazioni pratiche del TPU in vari settori

Le proprietà uniche del TPU ne hanno determinato l'ampia applicazione in numerosi settori. Di seguito sono riportate le principali aree di applicazione e un'analisi dettagliata:

Industria automobilistica

1. Dashboard e pannelli di controllo: Grazie alle caratteristiche di flessibilità e resistenza all'abrasione, il TPU può essere utilizzato nelle parti interne delle automobili. I cruscotti e i pannelli di controllo in TPU sono confortevoli al tatto e sono in grado di dissipare l'energia d'impatto, rendendoli sicuri. I materiali in TPU possono contribuire all'assorbimento del suono e delle vibrazioni, per un'esperienza di guida più confortevole.

2. Guarnizioni dei fari: Le guarnizioni per autoveicoli presenti nell'assemblaggio dei fari devono resistere alle intemperie ed essere in grado di sigillare efficacemente. Il TPU può essere immune alle condizioni climatiche calde e fredde, in modo che l'acqua piovana non possa penetrare nel proiettore di un veicolo e quindi il proiettore non si usuri rapidamente. La natura della resistenza ai raggi ultravioletti del TPU ne impedisce il degrado o l'ingiallimento, soprattutto se esposto ai raggi solari per un periodo prolungato.

3. Paraurti: Oggi il TPU è molto conosciuto per la sua applicazione nell'industria automobilistica, in particolare nella produzione di paraurti. Grazie alla sua buona elasticità, è in grado di sopportare e assorbire molta energia durante gli impatti, proteggendo così i veicoli. Questo aumenta anche la durata del paraurti grazie alla sua eccellente resistenza all'abrasione. I paraurti protettivi in TPU sono vantaggiosi per le auto grazie alla riduzione della vulnerabilità ai pedoni e alle altre auto, aumentando così la sicurezza.

Industria medica

Il TPU viene utilizzato soprattutto in apparecchiature e articoli medici che vengono utilizzati una volta e poi scartati in campo medico. Questo lo rende adatto alla produzione di cateteri, tubi per infusione, guanti chirurgici e altri articoli che devono essere biocompatibili e facilmente sterilizzabili. Ecco alcune applicazioni specifiche:

1. Cateteri medici: Sono altamente flessibili e biocompatibili, quindi possono essere utilizzati per lungo tempo all'interno dell'organismo e non causano alcuna reazione. I cateteri in TPU non reagiscono chimicamente con i fluidi che entrano nel catetere o si compromettono meccanicamente in un'ampia varietà di circostanze mediche e non causano disagio al paziente.

2. Guanti chirurgici: I guanti in TPU sono morbidi e resistenti, quindi durante le operazioni chirurgiche i chirurghi sono molto flessibili e comodi e riducono al minimo la contaminazione batterica. I guanti in TPU sono resistenti alle forature e alle sostanze chimiche, quindi più sicuri e affidabili durante gli interventi chirurgici.

3. Tubi per infusione: Il TPU non cambia le sue proprietà durante l'infusione e non interagisce con i reagenti, il che è molto importante nel processo di produzione delle unità di infusione. I tubi per infusione in TPU utilizzati nelle attuali operazioni chirurgiche non favoriscono l'adesione di sangue e farmaci, riducendo così la possibilità di formazione di infezioni.

Industria elettronica ed elettrica

1. Custodie per telefoni: Il TPU è principalmente la custodia che deve essere trasparente e in grado di resistere agli urti. Le custodie in TPU proteggono inoltre i telefoni da danni come quelli che si verificano in caso di caduta del telefono e, allo stesso tempo, conferiscono al telefono un aspetto gradevole. È versatile in termini di colore e design a seconda delle esigenze e prevede l'uso di materiali TPU.

2. Giacche per cavi: Grazie all'elevata resistenza all'abrasione e agli oli, il TPU è ampiamente utilizzato nelle applicazioni di rivestimento dei cavi. I rivestimenti in TPU contribuiscono ad accelerare i cambiamenti di condizione dei cavi in climi difficili, aumentandone così la durata. I materiali in TPU sono ancora flessibili quando sono sottoposti a temperature elevate o basse, il che li rende adatti all'uso nel settore industriale.

Calzature e tessuti

1. Suole di scarpe sportive: Grazie alle proprietà di elasticità e di forte resistenza all'abrasione, il TPU è più adatto per le suole delle scarpe sportive. Le suole in TPU sono inoltre leggere e molto resistenti, il che garantisce un'ammortizzazione sufficiente durante le attività sportive e rende le scarpe molto comode da indossare. Ciò implica che i materiali in TPU possono essere prodotti in diverse strutture di suola per conformarsi ai vari requisiti sportivi.

2. Tessili funzionali: Le pellicole in TPU sono utilizzate universalmente con materiale impermeabile e traspirante, che viene indossato in occasioni come gli sport all'aperto e dai militari. Le pellicole in TPU sono utilizzate per pellicole impermeabili e traspiranti, adatte a molte condizioni severe. Il materiale TPU ha la caratteristica di essere impermeabile e traspirante anche in ambienti ad alta umidità e stress.

Conclusione

Grazie alle migliori proprietà del TPU, è ampiamente utilizzato nell'industria dello stampaggio a iniezione. Grazie all'evoluzione tecnologica e alla padronanza dello stampaggio a iniezione e dei suoi problemi di lavorazione, i campi di applicazione del TPU si amplieranno ulteriormente. In futuro, il posto del TPU nel processo di stampaggio a iniezione diventerà utile, quando aumenteranno le nuove tecnologie e la domanda dei clienti, offrendo alte prestazioni in diversi campi.

Sulla base della conoscenza delle caratteristiche di base del TPU, tecnologia di stampaggio a iniezioneQuesto articolo, che comprende l'applicazione e la lavorazione, i problemi e le contromisure, nonché gli sviluppi e le tendenze future, sarà utile per una più ampia applicazione di questo materiale ad alte prestazioni nel settore dello stampaggio a iniezione e creerà maggiori possibilità per lo sviluppo di questo campo. Con la pubblicazione di questo articolo, questi professionisti potrebbero incorporare e utilizzare il TPU nel loro lavoro per far progredire lo stampaggio a iniezione.