사출 성형에 일반적으로 사용되는 탄성 및 열가소성 플라스틱에는 셀프스킨, 유연성, 점탄성 폴리우레탄 폼 제품과 사출 성형 열가소성 고무(TPR), 열가소성 엘라스토머(TPE), 열가소성 우레탄(TPU)이 있습니다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 열가소성 플라스틱처럼 녹여 다시 성형할 수 있으면서도 탄성이 있어 많은 업계에서 선호하는 소재입니다. 이 다용도 소재의 진가가 빛을 발하는 분야는 사출 성형으로, 유연성과 강인함을 동시에 제공하는 소재는 없습니다. 이 문서에서는 TPU의 기본 특성, 즉 사출 성형 공정를 통해 업계 전문가를 위한 포괄적인 지침을 제공합니다.

TPU의 기본 속성

TPU는 디이소시아네이트(예: MDI 또는 TDI), 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올, 체인 익스텐더의 반응으로 생산되는 열가소성 엘라스토머입니다. 다음과 같은 주요 특성이 있습니다:

탄력성과 유연성

TPU는 다양한 온도에서 신축성이 동일하기 때문에 신축성이 매우 필요한 아이템에 탁월한 선택입니다. 이 소재는 추운 환경에서도 잘 견디며 쉽게 부서지지 않습니다. TPU의 인장 강도와 파단 연신율은 기계적 스트레스에도 안정적으로 유지되므로 높은 기계적 성능이 요구되는 분야에 이상적입니다.

내마모성

TPU는 찢어짐과 내마모성이 뛰어납니다. 따라서 신발 밑창이나 컨베이어 벨트처럼 많은 마모를 견뎌야 하는 제품을 만드는 데 적합합니다. 내마모성은 일반적인 사용 환경에 국한되지 않으며, TPU는 고강도 및 고빈도 사용에도 물리적 특성을 유지하여 제품의 수명을 연장할 수 있습니다.

내유성 및 내화학성

특히 자동차 및 석유 산업과 같이 화학 물질과 기름에 대한 내성이 중요한 환경에서 더욱 그렇습니다. TPU는 열악한 환경에서도 무결성과 기능을 유지할 수 있어 까다로운 애플리케이션에 신뢰할 수 있는 선택이 될 수 있습니다.

투명성

TPU는 투명하기 때문에 휴대폰 케이스나 의료용 제품처럼 투명한 소재가 필요한 제품에 적합합니다. TPU는 투명도가 높고 빛 투과율이 높아 대부분의 경우 선명한 가시성을 제공하면서도 물리적 강도가 높아 거친 환경에서도 견딜 수 있습니다.

내후성

열가소성 폴리우레탄(TPU)은 자외선과 풍화에 대한 저항성이 뛰어나 야외에서 사용하기에 적합합니다. 햇볕에 장시간 노출되어도 물성이 크게 떨어지지 않아 아웃도어 장비나 건축 자재와 같은 TPU 기반 제품의 수명이 길어집니다.

사출 성형 공정에서의 TPU

TPU 사출 성형 공정 는 다른 열가소성 플라스틱과 비슷하지만 TPU는 고유한 특성을 가지고 있기 때문에 가공 파라미터와 조건에 대한 정밀한 제어가 필요합니다. 다음은 사출 성형 기술을 사용하여 TPU를 가공하는 방법에 대한 심층적인 가이드입니다:

원재료 준비

TPU 원료(열가소성 폴리우레탄)는 일반적으로 펠릿 형태이며, 사출 성형 전에 생산된 부품의 성능을 저하시킬 수 있는 수분을 제거하기 위해 광범위한 건조가 필요한 경우가 많습니다. 건조 온도는 일반적으로 80~110℃ 범위에서 설정되며, 사출 과정에서 기포가 발생하여 불량을 유발할 수 있는 수분 함량을 줄이기 위해 건조 과정을 완료하는 데 2~4시간이 소요됩니다. 그러나 도포율이 매우 높을 경우 재료에 남아있을 수 있는 수분을 제거하기 위해 진공 건조 또는 건조제 건조를 수행해야 할 수 있습니다.

사출 매개변수

1. 온도 제어: 물론 TPU의 가공 온도 범위는 180~230℃입니다. TPU의 모든 디테일은 최종 제품에 비례하기 때문에 열은 TPU의 물리적 특성을 저하시킬 수 있는 또 다른 요인입니다. 따라서 최종 제품의 품질을 보장하기 위해 생산 공정에서 온도 제어는 매우 중요합니다. 가장 큰 단점 중 하나는 TPU는 일반적으로 다른 열가소성 플라스틱에 비해 용융 온도가 약간 낮기 때문에 가공 장비의 온도 제어를 더욱 정교하게 해야 한다는 점입니다.

2. 주입 속도: 매우 빠른 사출로 인한 내부 응력과 기포의 형성을 방지하려면 중간 속도 사출을 사용해야 합니다. 또한 사출 수단이 반응 속도와 금형 충전의 균질성에 영향을 미쳐 제품의 기계적 특성을 향상시키는 것을 확인합니다. 금형 캐비티에 재료를 매우 빠른 속도로 주입하면 재료 내에 공기가 갇혀 금형에 거품이 생기는 것처럼 보입니다.

3. 압력 제어: 제품이 치수적으로 안정적이고 매력적인 표면을 유지하려면 유지 압력과 유지 시간이 모두 적절해야 합니다. 유지 압력이 너무 높으면 내부 응력 수준이 높아지고 반대로 유지 시간이 짧으면 수축과 뒤틀림이 발생합니다. 일반적으로 유지 시간은 주로 제품의 두께와 최상의 결과를 위한 디자인의 복잡성에 따라 달라집니다.

금형 설계

금형 설계는 사출 된 TPU 성형품 및 서비스에 상당한 영향을 미칩니다. TPU의 유동성은 틀림없이 좋지만 작은 게이트 또는 부적절한 러너 설계로 인한 충진 불량 방지를 위해 합리적인 게이트 및 러너 설계가 포함되어야합니다. 또한 이형 시 제품이 손상되지 않도록 구배 각도를 올바르게 설정해야 하며 접을 수 있는 기능도 고려해야 합니다. 다른 입력 파라미터로는 금형 표면 마감, 금형 온도 등이 있으며, 전자의 표면 마감은 제품의 표면 결함을 방지하는 데 중요한 반면 금형 온도는 균일한 냉각을 지원하여 사이클 시간을 단축하기 때문에 중요합니다. TPU 사출 금형 설계 시 고려해야 할 주요 사항:

1. 성형된 TPU 부품의 수축률

이 분포는 원재료의 경도, 부품의 두께, 부품의 모양, 성형 온도 및 금형 온도와 같은 성형 조건에 따라 달라집니다. 일반적인 수축 범위의 경우 두 가지 중요한 소스는 일반적으로 0. 005-0. 020 cm/cm 범위의 특정 값을 나타내지 않습니다. 예를 들어 100×10×2mm 직사각형 바는 길이 방향의 게이트에서 얇아지고, 경도가 60D가 아닌 75A일 때 흐름 방향의 수축은 2~3배 더 커집니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 TPU 경도와 부품 두께와 수축률의 관계는 다음과 같습니다. 앞서 설명한 것처럼 78A~90A 범위의 TPU 경도의 경우 두께가 증가할수록 부품의 수축률이 낮아지고, 95A~74D 범위의 경우 두께가 증가할수록 수축률이 약간 상승하는 것을 확인할 수 있습니다.

2. 주자 및 콜드 슬러그 웰

기본 주자는 전달자가 전달하는 통로입니다. 사출 성형 기계 노즐을 서브 러너 또는 금형 내 캐비티에 연결: 이 러너는 러너 잔여물을 쉽게 제거할 수 있도록 2도 이상 안쪽으로 확장됩니다. 다중 캐비티 금형의 서브 러너는 메인 러너와 각 캐비티를 연결하며, 금형 내에서 동일한 간격 또는 균형을 유지해야 합니다. 러너의 단면은 원형, 반원형 또는 직사각형이 될 수 있으며 이상적인 직경은 6 ~ 9mm 사이 여야합니다. 러너 표면은 재료의 흐름 저항을 허용하고 필러 금형의 속도를 향상시키기 위해 금형의 캐비티와 같이 연마되어야합니다.

콜드 슬러그 웰은 1차 채널 끝에 위치한 홈으로, 두 샷 사이에 생성된 여분의 차가운 재료를 저장하고 서브 러너나 게이트의 막힘을 방지하기 위한 것입니다. 캐비티에 넣은 차가운 재료는 제품의 내부 응력을 빠르게 생성할 수도 있습니다. 콜드 슬러그 웰은 직경 8~10mm, 깊이 약 6mm가 이상적입니다.

3. 게이트 및 통풍구

게이트는 메인 러너 또는 서브 러너가 캐비티에 연결하기 위한 통로로 식별됩니다. 게이트는 일반적으로 러너보다 작은 단면적을 가지며 실제로는 러너 시스템에서 가장 작은 단면이며 길이도 짧아야 합니다. 게이트는 직사각형, 원형 등 어떤 모양이든 가능하며 치수는 제품의 두께에 따라 달라집니다. 두께가 4mm 미만인 제품의 경우 지름 = 1mm, 두께가 4~8mm인 제품의 경우 지름 = 1입니다. 벽 두께가 8mm 미만인 경우 직경은 1. 4mm, 두께가 8mm에서 4mm 사이인 경우 직경은 2, 두께가 4mm 이상인 경우 직경은 2. 0-2입니다. 7 mm 게이트 위치는 일반적으로 미적 가치와 기능에 큰 영향을 미치지 않는 제품의 가장 두꺼운 부분, 즉 금형 벽과 90도 각도에서 결정하여 수축 캐비티와 스월 마크를 제거합니다.

벤트는 금형 캐비티 내에 공기가 갇히면 공극, 용접선 불량 또는 불완전한 충진과 같은 결함이 발생할 수 있고, 공기의 압축으로 인해 열이 발생하여 내부 응력이 발생하여 제품에서 연소가 발생할 수 있기 때문에 금형 캐비티 내에 공기를 방출하기 위한 슬롯 모양의 개구부입니다. 벤팅은 캐비티의 용융 흐름 단부 또는 금형의 절단면에서 수행할 수 있으며 일반적으로 0. 15mm 깊이와 6mm 폭입니다.

TPU 사출 성형 조건

그리고 TPU 사출 성형 TPU 성형 시 온도, 압력, 시간 매개변수는 적절한 가소화(유동성) 및 냉각 효과를 달성하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 기준이 올바르게 충족되는지 여부에 따라 제작된 TPU 부품의 외관과 성능이 직접적으로 영향을 받습니다. 가공 과정에서 모든 것이 정상적으로 진행되면 최종 제품은 흰색과 베이지색 사이의 고른 색조로 거의 동일하게 보일 것입니다.

온도

TPU를 성형할 때 조절할 수 있는 파라미터는 배럴 온도, 노즐 온도, 금형 온도입니다. 처음 두 개는 크게 TPU의 가소화 및 흐름에 영향을 미치고, 세 번째는 흐름 및 냉각 속도에 영향을 미칩니다.

1. 배럴 온도: 배럴 온도의 선택은 TPU 소재의 경도에 따라 결정됩니다. 경도가 높을수록 TPU의 용융 온도가 높고 배럴의 끝 온도도 더 높아집니다. TPU의 배럴 가공 온도 범위는 섭씨 177~232도입니다. 온도 분포는 일반적으로 호퍼 측 또는 후단에서 노즐 또는 프런트 엔드로 점차적으로 상승하여 TPU의 온도가 가소 화를 위해 꾸준히 올라갈 수 있도록합니다.

2. 노즐 온도: 스트레이트 스루 노즐을 사용할 경우 침이 고이는 현상이 발생하기 때문에 노즐 온도는 일반적으로 배럴의 최고 온도보다 약간 낮게 설정합니다. 하지만 침샘 현상을 방지하기 위해 자동 잠금 노즐을 적용하면 배럴의 최고 온도 범위 내에서 노즐의 온도를 설정할 수 있습니다.

3. 금형 온도: 금형이 설정되는 온도는 TPU 부품의 기판 특성과 표면 거칠기에 큰 영향을 미칩니다. 이는 TPU의 결정성 정도 및 작업 중인 부품의 크기와 같은 측면에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 금형 온도는 일반적으로 물과 같이 온도가 고정된 다른 냉각 매체를 사용하여 조절합니다. 또한 결정성 증가와 초기 금형 온도 외에도 경도가 높은 TPU는 가교 정도가 다릅니다. 예를 들어 경도 480A의 텍신에 적합한 금형 온도 범위는 20~30°C, 경도 591A의 경우 금형 온도는 30~50°C이며, 경도 355D의 경우 적합한 금형 온도는 40~65°C 사이입니다. TPU 부품의 일반적인 금형 온도 범위는 10-60°C입니다. 금형 온도가 낮으면 용융물의 일부가 나머지 부분보다 먼저 응고되어 유동선이 생성되고 스페룰라이트 성장이 제한되어 소재의 결정성이 낮아집니다. 이로 인해 성형 후 수축이 발생하고 부품의 성능에 변화가 생깁니다.

압력

사출 성형에서 압력 또는 힘은 배압이라고도 하는 가소화 압력과 사출 압력으로 구성됩니다. 스크류를 빼낼 때 용융물 위에 가해지는 압력은 배압으로, 오버플로 밸브에 의해 제어됩니다. 배압이 높을수록 용융 온도가 상승하고 가소화 속도가 감소하며 용융물의 온도가 향상되고 착색제 혼합에 도움이 되며 용융물에 존재하는 가스를 제거하는 데 도움이 되지만 성형 주기가 길어집니다. TPU 배압은 일반적으로 0. 3~4MPa 사이에서 변화한다는 점에 유의해야 합니다.

시간

사출에 걸리는 시간을 성형 주기라고 합니다. 여기에는 금형 채우기, 유지, 냉각 및 기타 시간(금형 열기, 부품 꺼내기, 금형 닫기 등)이 포함됩니다. 이는 작업량과 기계 사용량에 영향을 미칩니다. TPU 성형 주기는 소재의 경도, 부품의 두께, 부품의 복잡성에 따라 달라집니다. 재료가 단단할수록 시간이 덜 걸리고, 부품이 두꺼울수록 시간이 더 걸리며, 복잡한 부품일수록 시간이 더 걸립니다. 금형의 온도도 주기에 영향을 미칩니다. TPU 성형 주기는 일반적으로 20~60초입니다.

부품 후처리

배럴의 가소화가 고르지 않거나 금형 캐비티의 냉각 속도가 다르기 때문에 TPU는 결정화, 방향 및 수축이 고르지 않아 특히 벽이 두꺼운 부품이나 금속 인서트가 있는 부품에서 내부 응력이 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 부품은 기계적 특성이 저하되거나 표면에 은색 줄무늬가 생기거나 보관 및 사용 중에 변형 및 균열이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제는 부품을 어닐링하여 해결할 수 있습니다. 어닐링 온도는 TPU의 경도에 따라 달라지며, 경도가 높을수록 더 높은 온도가 필요합니다.

인서트 몰딩

조립 및 사용을 위한 강도 요건을 충족하기 위해 TPU 부품에는 금속 인서트가 필요한 경우가 많습니다. 금속 인서트를 원하는 위치에 금형에 넣은 다음 그 주위에 TPU를 사출하여 하나의 부품을 만듭니다. 인서트가 있는 TPU 부품은 금속과 TPU의 열 특성이 다르고 수축 속도가 다르기 때문에 TPU가 금속에 달라붙지 않는 문제가 발생할 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 금속 인서트를 가열한 후 TPU를 주입하여 온도 차이를 작게 만들고, 금속 주변을 천천히 냉각하여 TPU를 고르게 수축시키고, 금속 주변 TPU에 너무 많은 스트레스를 주지 않는 방법으로 해결할 수 있습니다.

스크랩 재활용 및 재사용

TPU를 가공할 때 메인 러너, 서브 러너 및 결함이 있는 부품의 스크랩을 재활용하여 재사용할 수 있습니다. 실험 결과 신소재를 혼합하지 않은 100% 재활용 소재는 기계적 특성이 약간만 감소하여 사용하기에 적합한 것으로 나타났습니다. 최상의 물리적, 기계적 특성과 사출 조건을 유지하기 위해 권장되는 재활용 비율은 25-30%입니다. 재활용 재료는 새 재료와 동일한 유형 및 등급이어야 하며, 오염되거나 어닐링된 재활용 재료는 사용하지 말고 재활용 재료를 너무 오래 보관하지 마세요. 즉시 사용할 수 있도록 펠릿화하여 건조하는 것이 가장 좋습니다. 재활용 소재는 일반적으로 용융 점도가 낮으므로 성형 조건을 조정해야 합니다.

다양한 분야에서 TPU의 실제 적용 사례

TPU의 고유한 특성으로 인해 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 다음은 주요 적용 분야와 자세한 분석입니다:

자동차 산업

1. 대시보드 및 제어판: 유연성과 내마모성 특성으로 인해 TPU는 자동차 내부 부품에 사용할 수 있습니다. TPU 대시보드와 컨트롤 패널은 촉감이 편안하고 충격 에너지를 분산시킬 수 있어 안전합니다. TPU 소재는 소음과 진동을 흡수하여 보다 편안한 주행 경험을 제공합니다.

2. 헤드램프 씰: 헤드램프 어셈블리에 사용되는 자동차 씰은 날씨를 견디고 효과적으로 밀봉할 수 있어야 합니다. TPU는 더운 날씨와 추운 날씨에 영향을 받지 않아 빗물이 차량의 헤드램프에 침투할 수 없으므로 헤드램프가 빨리 마모되지 않습니다. TPU의 자외선 저항성은 특히 햇빛에 장시간 노출되어도 변색되거나 노랗게 변하는 것을 방지합니다.

3. 범퍼: 오늘날 TPU는 자동차 산업, 특히 범퍼 생산에 사용되는 것으로 널리 알려져 있습니다. 탄성이 우수하여 충격 시 많은 에너지를 흡수하고 흡수하여 차량을 보호할 수 있기 때문입니다. 또한 내마모성이 뛰어나 범퍼의 내구성을 높여줍니다. TPU 보호 범퍼는 보행자 및 다른 차량에 대한 취약성이 감소하여 안전성을 높여주기 때문에 차량에 유리합니다.

의료 산업

TPU는 의료 현장에서 한 번 사용하고 버려지는 의료 기기 및 품목에 주로 사용됩니다. 따라서 생체 적합성과 멸균이 용이해야 하는 카테터, 수액 튜브, 수술용 장갑 등의 제조에 적합합니다. 다음은 몇 가지 구체적인 활용 사례입니다:

1. 의료용 카테터: 유연성과 생체 적합성이 뛰어나 체내에서 장시간 사용할 수 있으면서도 반응을 일으키지 않습니다. TPU 카테터는 다양한 의료 환경에서 카테터로 유입되는 체액과 화학적으로 반응하거나 기계적으로 손상되지 않으며 환자의 불편함을 유발하지 않습니다.

2. 수술용 장갑: TPU 장갑은 부드럽고 견고하여 수술하는 동안 외과의가 매우 유연하고 편안하며 박테리아 오염을 최소화합니다. TPU 장갑은 펑크 방지 및 내화학성이 있어 수술 중 더욱 안전하고 신뢰할 수 있습니다.

3. 주입 튜브: TPU는 주입 시에도 그 특성이 변하지 않고 시약과 상호 작용하지 않기 때문에 주입 장치 생산 과정에서 매우 중요합니다. 현재 외과 수술에 사용되는 TPU 수액 튜브는 혈액과 약물의 접착을 지원하지 않아 감염의 가능성을 낮춥니다.

전자 및 전기 산업

1. 휴대폰 케이스: 투명해야 할 뿐만 아니라 충격을 견딜 수 있어야 하기 때문에 TPU 케이스가 주로 사용됩니다. TPU 케이스는 또한 휴대폰을 떨어뜨렸을 때 발생하는 손상으로부터 휴대폰을 보호하는 동시에 휴대폰의 모양과 느낌을 제공합니다. 요구 사항에 따라 색상과 디자인 측면에서 다재다능하며 TPU 소재를 사용합니다.

2. 케이블 재킷: TPU는 내마모성과 내유성이 뛰어나 케이블 재킷에 널리 사용됩니다. TPU 재킷은 케이블의 열악한 기후에서 상태 변화를 가속화하여 내구성을 높이는 데 도움이 됩니다. TPU 소재는 고온 또는 저온에 노출되어도 유연하기 때문에 산업 분야에서 사용하기에 적합합니다.

신발 및 섬유

1. 스포츠 신발 밑창: 탄성과 강한 내마모성의 특성으로 인해 TPU는 스포츠 신발 밑창에 더 적합합니다. 또한 TPU 밑창은 무게가 가볍고 매우 튼튼하여 스포츠 활동을 하는 동안 충분한 쿠셔닝을 보장하고 신발을 매우 편안하게 착용할 수 있습니다. 이는 TPU 소재가 다양한 스포츠 요구 사항에 맞게 다양한 밑창 구조로 생산될 수 있음을 의미합니다.

2. 기능성 섬유: TPU 필름은 방수 및 통기성 소재로 야외 스포츠나 군대에서 착용하는 등 보편적으로 사용됩니다. TPU 필름은 통기성이 있는 방수 필름에 사용되어 여러 가혹한 조건에 적합합니다. TPU 소재는 습도가 높고 스트레스가 많은 환경에서도 방수성과 통기성이라는 특징을 가지고 있습니다.

결론

TPU의 우수한 특성으로 인해 사출 성형 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 사출 성형 기술과 가공 문제가 끊임없이 발전하고 숙달됨에 따라 TPU의 적용 분야는 더욱 넓어질 것입니다. 앞으로 새로운 기술과 고객의 수요가 증가함에 따라 사출 성형 공정에서 TPU의 위치는 유용해질 것이며 다양한 분야에서 고성능을 제공 할 것입니다.

TPU의 기본 특성에 대한 지식을 기반으로 합니다, 사출 성형 기술적용 및 가공, 문제점과 대책, 향후 개발 및 동향을 소개한 이 논문은 사출 성형 분야에서 이 고성능 소재를 폭넓게 적용하고 이 분야의 발전 가능성을 높이는 데 도움이 될 것입니다. 이 논문이 출간됨으로써 사출 성형의 발전을 위해 노력하는 실무자들이 TPU를 도입하고 사용하는 데 도움이 될 수 있을 것입니다.