TPU 소재의 사출 성형 공정이란 무엇인가?

TPU 사출성형은 유연성, 내구성, 내마모성을 갖춘 부품을 대량 생산하는 데 매우 유용한 제조 기술입니다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 경질 플라스틱과 연질 고무 사이의 독특한 특성을 지녀, 다른 재료로 구현하기 어려운 탄성과 구조 강도의 조합을 제공합니다. 휴대전화 케이스와 시계 밴드부터 자동차 부싱, 의료용 튜브, 산업용 컨베이어 벨트까지 TPU 사출성형은 거의 모든 주요 제조 분야에 활용됩니다.

TPU 사출 성형은 TPU 펠릿을 가열하고 금형에 주입하여 유연하고 탄력적인 부품을 만드는 방식으로 신발, 자동차, 전자제품에 주로 사용됩니다.

이 간략한 개요는 TPU 사출 성형의 핵심 단계를 설명하지만, 공정의 세부 사항을 숙지하면 제품 성능과 제조 효율을 크게 높일 수 있습니다. 정확한 금형 설계와 공정 최적화로 결과를 개선하는 방법을 더 자세히 알아보십시오. 기초 지식은 사출 성형 완전 가이드를 참조하십시오.

TPU 소재란 무엇인가요?

TPU는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 고무를 의미합니다. 전통적인 의미의 직물도 아니고 가죽은 더더욱 아닙니다. TPU는 PVC, PU 가죽 및 PU 코팅의 여러 단점을 극복했으며 방수·투습 원단 적용에서 큰 발전을 이뤘습니다.

TPU는 고무와 일반 플라스틱의 특성을 대부분 지닐 뿐 아니라 종합적인 물리·화학적 특성도 뛰어납니다. 고무와 플라스틱 사이에 있는 새로운 유형의 친환경 폴리머 소재입니다. 고무의 부드러움과 경질 플라스틱의 단단함을 모두 갖추고 있습니다.

TPU 소재의 기본 특성은 무엇인가요?

이 절에서는 TPU 소재의 기본 특성을 주요 범주와 선택지별로 설명합니다. TPU 소재는 높은 탄성, 뛰어난 내마모성, 넓은 온도 범위에서의 유연성을 갖춰 신발, 의료기기(튜브 및 하우징용 ISO 10993 생체적합성¹ 기준 충족), 까다로운 환경의 자동차 부품에 적합합니다.

넓은 경도 범위

TPU의 각 반응 성분 비율을 바꾸면 서로 다른 쇼어 경도²의 제품을 얻을 수 있으며, 경도가 높아져도 제품은 우수한 탄성과 내마모성을 유지합니다. TPU의 강성은 탄성계수로 측정할 수 있습니다.

고무의 탄성계수는 보통 1~10Mpa, TPU는 10~1000Mpa, 나일론, ABS, PC, POM 등의 플라스틱은 1000~10000Mpa입니다.

뛰어난 내한성

TPU는 TPU 유리전이온도³가 낮아 영하 35도에서도 탄성과 유연성을 유지합니다. 가소제를 사용하지 않고도 -40~120°C의 넓은 온도 범위에서 유연합니다.

내유성, 내수성, 내화학성 및 곰팡이 방지성

TPU는 오일(광유, 동식물성 오일, 윤활유)과 여러 용제에 대한 내성이 좋습니다. TPU의 내유성은 니트릴 고무보다 우수하며 내유 수명도 뛰어납니다.

테이퍼 마모값은 0.5-0.35mg으로 플라스틱 중 가장 작습니다. MoS2, 실리콘 오일 흑연 등을 첨가하면 마찰 계수를 낮추고 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.

인장 강도 및 신율: TPU의 인장 강도는 천연고무 및 합성고무의 2-3배입니다. 폴리에스터 TPU의 인장 강도는 약 60MPa, 신율은 약 410%입니다. 폴리에테르 TPU의 인장 강도는 50MPa, 신율은 >30%입니다.

Tpu 사출 성형 공정의 공정 조건은 무엇입니까?

온도

TPU 성형 공정에서 제어해야 할 온도는 배럴 온도, 노즐 온도, 금형 온도입니다. 앞의 두 온도는 주로 TPU의 가소화와 유동에 영향을 주고, 마지막 온도는 TPU의 유동과 냉각에 영향을 줍니다. 자세한 내용은 사출 금형 설계 가이드를 참조하십시오.

배럴 온도: 배럴 온도는 TPU의 경도에 따라 선택합니다. 경도가 높은 TPU는 용융 온도가 높고 배럴 말단의 최고 온도도 높습니다. TPU 가공에 사용하는 배럴 온도 범위는 177~232°C입니다. 배럴 온도는 일반적으로 호퍼 쪽(후단)에서 노즐 쪽(전단)으로 갈수록 점차 높여 TPU 온도가 안정적으로 상승하고 균일하게 가소화되도록 합니다.

노즐 온도: 용융 재료가 개방형 노즐 밖으로 흘러내리는 것을 방지하기 위해 노즐 온도는 일반적으로 배럴 최고 온도보다 약간 낮게 설정합니다.

**금형 온도:**금형 온도는 TPU 제품의 고유 성능과 외관 품질에 매우 중요합니다. TPU의 결정화도와 제품 크기 등 여러 요인에 따라 결정됩니다. 금형 온도는 일반적으로 물과 같은 항온 냉각 매체로 제어합니다.

TPU 제품의 금형 온도는 일반적으로 10~60℃입니다. 금형 온도가 낮으면 용융물이 조기에 고화되어 유동선이 생기고 구상정 성장이 저해됩니다. 그 결과 제품의 결정화도가 낮아지고 결정화가 늦게 진행되어 제품의 후수축과 성능 변화가 발생합니다.

압력

사출 성형 공정의 압력에는 가소화 압력(배압)과 사출 압력이 포함됩니다. 스크루가 후퇴할 때 선단 용융 수지에 가해지는 압력이 배압이며, 오버플로 밸브로 조정합니다.

배압을 높이면 용융 온도가 상승하고 가소 화 속도가 감소하며 용융 온도가 균일 해지고 착색제가 고르게 혼합되고 용융 가스가 배출되지만 성형주기가 연장됩니다. TPU의 배압은 일반적으로 0.3~4MPa입니다.

사출 압력은 스크루 선단이 TPU에 가하는 압력입니다. 배럴에서 캐비티까지 TPU의 유동 저항을 극복하고 용융물 충전 속도를 높이며 용융물을 압축하는 데 사용됩니다.

다시 말해 용융 점도는 온도와 압력뿐 아니라 TPU 경도와 변형률에 의해 결정됩니다. 전단 속도가 높을수록 점도는 낮아집니다. 전단 속도가 변하지 않을 때는 TPU의 경도가 높을수록 점도가 커집니다.

전단율이 일정하면 온도가 상승할수록 점도는 감소하지만, 높은 전단율에서는 낮은 전단율보다 온도의 영향을 덜 받는다. TPU의 사출압은 일반적으로 20~110MPa다.

시간

사출에 걸리는 시간을 성형 주기라고 합니다. 성형 사이클에는 금형을 채우는 데 걸리는 시간, 금형을 고정하는 데 걸리는 시간, 금형을 식히는 데 걸리는 시간, 기타 시간(예: 금형을 열고 금형에서 부품을 꺼내고 금형을 닫는 데 걸리는 시간)이 모두 포함되며, 이는 작업량과 장비를 사용할 수 있는 정도에 영향을 줍니다.

TPU의 성형 사이클은 일반적으로 TPU의 경도, 부품 두께, 부품 형상에 따라 결정됩니다. 경질 TPU는 사이클이 짧고, 두꺼운 부품과 형상이 복잡한 부품은 사이클이 깁니다.

사출 속도

사출 속도는 주로 TPU 제품의 구성에 따라 결정됩니다. 끝면이 두꺼운 제품은 사출 속도가 느리고 끝면이 얇은 제품은 사출 속도가 빠릅니다.

나사 속도

TPU 제품을 가공할 때는 낮은 전단 속도를 사용해야 하므로 나사 속도를 낮춰야 합니다. TPU의 나사 속도는 일반적으로 20~80r/min이며, 20~40r/min이 더 좋습니다.

종료 처리

TPU는 고온에 장시간 노출되면 열화될 수 있으므로 종료 후 PS, PE, 아크릴 플라스틱 또는 ABS로 세척해야 하며, 종료 시간이 1시간을 초과할 경우 난방을 꺼야 합니다.

제품 후처리

TPU는 배럴의 가소화가 고르지 않거나 금형 캐비티의 냉각 속도가 다르기 때문에 결정화, 방향, 수축이 고르지 않은 경우가 많습니다. 이로 인해 제품 내부에 응력이 발생하며, 이는 벽이 두꺼운 제품이나 금속 인서트가 있는 제품에서 더욱 두드러집니다.

내부 응력이 있는 제품은 보관 및 사용 중 기계적 특성이 저하되고 표면에 은줄이 생기며 변형과 균열까지 발생하는 경우가 많습니다. 생산에서 이러한 문제를 해결하는 방법은 제품을 어닐링하는 것입니다. 어닐링 온도는 TPU 제품의 경도에 따라 달라집니다.

경도가 높은 제품의 어닐링 온도도 높고 경도가 낮은 제품의 어닐링 온도도 낮습니다. 온도가 너무 높으면 제품이 뒤틀리거나 변형될 수 있으며, 온도가 너무 낮으면 내부 응력을 제거하는 목적을 달성할 수 없습니다.

재활용 재료의 재활용

TPU 가공 공정에서 러너, 스프 루, 사양 외 부품과 같은 폐기물은 재활용 및 재사용이 가능합니다. 테스트 결과, 신소재와 혼합하지 않은 100% 재활용 소재는 기계적 특성이 크게 저하되지 않고 충분히 활용할 수 있는 것으로 나타났습니다.

TPU 소재의 사출 성형 공정에서 주의할 점은 무엇인가요?

재료 건조

TPU는 수분을 쉽게 흡수하고 가수분해되기 쉬우므로 TPU 원료를 충분히 건조하지 않으면 가공 문제가 쉽게 발생합니다.

카본 분말이나 마스터배치를 착색에 사용하는 경우 TPU 천연 착색제와 완전히 혼합하여 함께 건조해야 합니다. 일반적으로 순환식 열풍 건조기 또는 제습 건조기로 TPU를 건조합니다.

재활용 재료 처리

노즐 재료, 세탁기 재료 또는 불량 최종 제품은 분쇄하여 새 재료와 혼합할 수 있지만 사용하기 전에 다시 건조해야 합니다. 일부 기계적 물리적 요구 사항의 경우 재활용 재료를 사출 성형 공정에 사용할 수 없습니다.

모든 원재료의 30% 이상. 압출된 재활용 재료는 별도로 처리하거나 새로운 사출 성형 재료에 첨가해야 합니다. 또한 재활용 재료는 너무 오래 보관해서는 안 됩니다. 마른 상판을 사용합니다. 재활용할 수 없는 폐기물은 소각하여 열을 얻을 수 있습니다.

사출 속도 및 압력 제어

사출 속도와 압력은 TPU 재료가 얼마나 잘 흐르고 금형을 충전하는지에 중요합니다. 속도와 압력이 너무 높으면 재료가 파손되거나 기포가 생길 수 있습니다.

금형 온도 제어

그러나 금형 온도가 너무 높으면 소재가 과열되어 분해되거나 기포가 생길 수 있습니다. 금형 온도가 너무 낮으면 제품 표면에 콜드 플로 마크나 수축 자국이 발생할 수 있습니다.

과도한 가열 및 전단 방지

과도한 가열과 높은 전단률은 가공 중 TPU를 분해하여 변색, 가스 발생 및 기계적 특성의 영구적인 저하를 일으킬 수 있습니다. 해당 TPU 등급의 권장 범위 내에서 배럴 온도를 유지하고 배럴 내 장시간 체류를 피하십시오. 기계가 몇 분 이상 유휴 상태가 될 경우 열분해를 방지하려면 온도 설정을 낮추거나 폴리에틸렌 같은 호환 소재로 배럴을 퍼지하십시오.

깨끗한 사출 성형 환경 유지

사출 성형 환경의 청결은 TPU 소재의 사출 성형 품질에 매우 중요합니다. 불순물과 기름 얼룩이 있으면 금형 표면에 달라붙거나 재료에 섞여 제품 표면에 결함이 생기거나 성능이 저하될 수 있습니다.

TPU 소재 사출 성형의 공정 흐름은 어떻게 되나요?

재료 준비

TPU 펠릿의 사출 성형을 시작하기 전에 원료를 준비해야 한다. 준비 과정에는 건조, 예열, 혼합이 포함된다. 건조는 소재의 수분을 제거해 사출 성형 중 기포나 균열이 생기는 것을 방지한다.

금형 설계

TPU 소재 사출 금형을 설계할 때는 제품의 재료 유동성, 수축 및 탈형과 같은 요소를 고려해야 합니다. 합리적인 금형 설계는 제품의 불량률을 효과적으로 줄이고 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

사출 성형기 선택

적합한 사출 성형기를 선택하는 것은 TPU 소재 사출 성형 공정의 안정성과 제품 품질을 보장하는 핵심입니다.

사출 성형 공정 파라미터 설정

사출 성형 공정 파라미터를 설정하는 것은 TPU 소재 사출 성형의 품질을 보장하는 데 매우 중요합니다. 이러한 파라미터에는 사출 압력, 사출 속도, 유지 시간, 금형 온도 등이 포함됩니다.

공정 매개변수를 올바르게 설정하면 사출 성형 중 TPU 소재가 원활하게 유동하여 금형을 완전히 채우게 하면서 기포와 수축공 같은 결함을 방지할 수 있습니다.

제품 후처리

사출 성형 후 TPU 제품은 내부 응력을 제거하고 치수 안정성을 개선하며 표면 품질을 향상시키기 위해 후가공을 거쳐야 합니다. 일반적인 후처리 방법에는 열처리, 냉각, 표면 처리 등이 있습니다.

열처리는 사출 성형 공정 중에 제품에서 발생하는 내부 응력을 제거하고 치수 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 냉각은 제품의 빠른 성형과 변형 감소에 도움이 됩니다. 표면 처리는 제품의 외관과 성능을 향상시킬 수 있습니다.

TPU 소재 사출 성형 공정의 결함은 무엇인가요?

제품에 균열이 있습니다.

TPU 처리

이형 불량으로 인한 균열을 방지하려면 금형 캐비티에 충분한 이형 경사가 있어야 하며 이젝터 핀의 크기, 위치 및 모양이 적절해야 합니다. 이젝트할 때 제품 각 부분의 이형 저항이 균일해야 합니다.

과충전은 금형에 플라스틱을 지나치게 많이 사출할 때 발생합니다. 사출 압력이 너무 높거나 계량된 재료가 너무 많으면 이런 문제가 생길 수 있습니다.

금형을 과도하게 채우면 금형 부품에 더 많은 응력이 가해져 부품을 금형에서 꺼내기가 더 어려워지고 부품에 균열이 생기거나 파손될 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 사출 압력을 낮추어 과충진을 막아야 합니다.

과충진으로 인한 내부 응력은 일반적으로 게이트 영역에 남아 있습니다. 게이트 근처의 영역, 특히 직접 게이트 영역은 부서지기 쉬우며 내부 응력으로 인해 파손될 수 있습니다.

제품의 표면 광택 불량

표면 광택 불량은 대개 금형 표면의 연마 부족 때문에 발생합니다. 캐비티 표면 상태가 좋다면 소재와 금형 온도를 높여 제품 표면 광택을 개선할 수 있습니다.

또한 재료가 수분을 흡수하거나 휘발성 물질이나 이물질로 오염된 경우 표면 광택이 떨어질 수 있습니다. 따라서 금형 및 재료와 관련된 요인에 주의를 기울여야 합니다.

제품에 버가 있습니다.

TPU 제품에는 종종 버가 있습니다. 금형 캐비티에서 원료의 압력이 너무 크면 발생하는 분리력이 클램핑력보다 커서 금형이 강제로 열리고 원료가 넘쳐서 버가 형성됩니다.

버에는 원료 문제, 사출 성형기 문제, 부적절한 조정 또는 금형 자체 등 여러 가지 이유가 있습니다. 따라서 버의 원인을 파악할 때는 쉬운 것부터 어려운 것까지 진행하세요.

원료가 완전히 건조되었는지, 이물질이 섞여 있는지, 다른 종류의 원료가 섞여 있는지, 원료 점도의 영향을 확인합니다.

사출 성형기의 압력 제어 시스템을 올바르게 조정하고 사출 속도 조정은 사용 된 클램핑 력과 조정되어야합니다. 금형의 특정 부분이 마모되었는지, 배기구가 막혔는지, 흐름 채널 설계가 합리적인지 여부 .

사출 성형기 템플릿 간의 평행도에 편차가 있는지, 템플릿 타이로드 힘 분포가 균일한지, 나사 체크 링과 용융 배럴이 마모되었는지 여부를 확인합니다.

제품 충전 부족

용융된 재료가 금형의 모든 모서리로 흐르지 않는 것을 충진 불충분이라고 합니다. 여기에는 성형 조건이 올바르게 설정되지 않았거나 금형이 설계 또는 제작되지 않았거나 제품에 두꺼운 부품과 얇은 부품이 있는 경우 등 몇 가지 이유가 있습니다.

이를 해결하려면 소재와 금형의 온도를 높이고 사출 압력과 속도를 올려 소재의 흐름을 개선할 수 있습니다. 러너 또는 유로를 더 크게 만들거나 게이트\’s 위치, 크기 또는 개수를 변경하여 소재의 흐름을 개선할 수도 있습니다.

제품 뒤틀림 및 변형

TPU 사출 성형 제품의 뒤틀림과 변형의 원인은 너무 짧은 냉각 및 성형 시간, 너무 높고 고르지 않은 금형 온도, 비대칭적인 유로 시스템입니다.

따라서 금형을 설계 할 때 동일한 플라스틱 부품에서 두께 차이가 너무 크지 않도록하고, 과도한 날카로운 각도를 피하고, 버퍼 영역이 너무 짧아서 두께 회전이 크게 달라지지 않도록하고, 적절한 이젝터 수를 설정하고 합리적인 캐비티 냉각 흐름 채널을 설계하는 데주의를 기울이십시오.

다음 프로젝트를 위해 TPU 사출 성형 공급업체를 평가하고 있다면 사출 성형 공급업체 소싱 가이드에서 제조업체의 역량, 리드 타임 및 가격을 비교하는 실용적인 틀을 확인할 수 있습니다.

TPU 사출성형에 관한 자주 묻는 질문은 무엇입니까?

TPU는 어떤 온도에서 사출 성형해야 합니까?

TPU는 일반적으로 배럴 온도 190–230°C, 금형 온도 10–60°C에서 사출성형되지만, 정확한 설정은 가공하는 특정 TPU 재료의 Shore 경도 등급에 크게 좌우됩니다. 경도가 높은 TPU 등급은 적절한 용융 유동을 확보하기 위해 더 높은 배럴 온도가 필요하며, 연질 등급은 더 낮은 온도에서 효과적으로 가공됩니다. 조기 흘러내림을 방지하기 위해 노즐 온도는 일반적으로 최대 배럴 온도보다 약간 낮게 설정해야 합니다. 등급별 가공 범위는 항상 제조업체의 기술 데이터 시트를 참조하십시오.

TPU는 사출 성형 전에 건조해야 합니까?

예. 표면 결함을 방지하고 완성 부품의 기계적 성능을 일정하게 유지하려면 사출성형 전에 TPU를 충분히 건조해야 합니다. 권장 조건은 제습 호퍼 건조기를 사용해 80~110°C에서 2~3시간 건조하여 수분 함량을 중량 기준 0.1% 미만으로 낮추는 것입니다. 이 기준보다 수분이 많으면 은줄, 표면 기포가 발생하고 인장강도와 파단 신율을 포함한 기계적 물성이 크게 저하됩니다. 에스터계 TPU는 에테르계 등급보다 수분을 더 많이 흡수하는 경향이 있어 건조 시간을 늘려야 할 수 있습니다. 호퍼에 투입하기 전에 항상 수분 분석기로 건조 상태를 확인하세요.

사출성형용 에스터계 TPU와 에테르계 TPU의 차이는 무엇입니까?

에스터계 TPU는 우수한 기계적 강도, 내마모성 및 내유성을 제공하여 산업용 컨베이어 벨트, 유압 씰 및 운동화 밑창 같은 고하중 용도에 선호됩니다. 그러나 에스터계 등급은 시간이 지남에 따라 습하거나 젖은 환경에서 가수분해에 더 취약합니다. 에테르계 TPU는 우수한 내가수분해성, −40°C까지의 더 나은 저온 유연성 및 고유한 미생물 저항성을 제공하므로 의료용 튜브, 옥외 케이블 재킷 및 수상 스포츠 장비에 표준적으로 선택됩니다. 두 유형 모두 표준 사출기에서 유사하게 가공되지만 건조 요건과 최적 용융 온도 프로파일은 등급별로 다를 수 있습니다.

TPU 사출 성형 부품에 휨이 발생하는 원인은 무엇입니까?

TPU 사출성형 부품의 휨은 주로 부품 전체의 불균일한 냉각, 취출 전 냉각 시간 부족, 또는 코어와 캐비티 측 사이의 금형 표면 온도 불일치로 발생합니다. 낮은 금형 온도와 결합된 과도한 사출 압력, 벽 두께 편차가 큰 부품 형상도 원인이 됩니다. 가장 효과적인 대책은 냉각 사이클을 연장하고, 균형 잡힌 냉각 채널 설계로 금형 온도를 균일하게 유지하며, 코어와 캐비티의 온도 차를 5°C 이내로 줄이는 것입니다.

TPU를 다른 소재 위에 오버몰딩할 수 있습니까?

예. TPU는 가장 일반적으로 오버몰딩되는 재료 중 하나이며, 올바른 가공 조건을 충족하면 ABS, PC, PA 및 금속 인서트를 포함한 기재에 잘 접합됩니다. 성공적인 오버몰딩에는 화학 결합을 위한 충분한 용융 온도, 깨끗한 기재 표면, TPU와 기재 간 호환되는 재료 화학이 필요합니다. 투샷(2성분) 성형은 가장 효율적인 생산 방식이며, 단단한 구조 위에 소프트 터치 표면이 필요한 소비자 전자제품 그립, 전동 공구 손잡이 및 자동차 내장 부품에 널리 사용됩니다.

더 나은 제품을 위해 TPU 사출 성형을 어떻게 마스터할 수 있을까요?

TPU 소재의 사출성형은 소재 특성, 금형 설계, 사출기 선택, 공정 매개변수 설정 등 여러 요소를 종합적으로 고려해야 하는 복잡하고 섬세한 기술이다.

사출 성형 공정의 핵심 링크와 기술 포인트를 정확하게 제어함으로써 고품질의 고정밀 TPU 제품을 생산할 수 있습니다. 앞으로 TPU 소재 성능의 지속적인 개선과 사출 성형 기술의 지속적인 혁신으로 TPU 소재 사출 성형 기술이 더 많은 분야에서 널리 사용되고 관련 산업의 지속 가능한 발전을 촉진 할 것이라고 믿을만한 이유가 있습니다.