Veel gebruikte elastische en thermoplastische kunststoffen voor spuitgieten zijn onder andere zelfhardende, flexibele, visco-elastische polyurethaanschuimproducten en spuitgegoten thermoplastisch rubber (TPR), thermoplastische elastomeren (TPE) en thermoplastisch urethaan (TPU). TPU, of thermoplastisch polyurethaan, is een materiaal waar veel industrieën dol op zijn omdat het gesmolten en opnieuw gevormd kan worden zoals thermoplasten, maar nog steeds elastische eigenschappen heeft. Een gebied waar dit veelzijdige materiaal echt uitblinkt is spuitgieten; niets anders biedt op dezelfde manier flexibiliteit en taaiheid. Dit artikel gaat in op de fundamentele eigenschappen van TPU, de spuitgietprocespraktische toepassingen en biedt uitgebreide begeleiding voor professionals in de sector.

Fundamentele eigenschappen van TPU

TPU is een thermoplastisch elastomeer dat wordt gemaakt door de reactie van diisocyanaten (zoals MDI of TDI), polyether- of polyesterpolyolen en ketenverlengers. Het heeft de volgende belangrijke eigenschappen:

Elasticiteit en flexibiliteit

TPU is een uitstekende keuze voor voorwerpen die erg rekbaar moeten zijn, omdat de elasticiteit hetzelfde is over een breed temperatuurbereik. Dit materiaal kan ook goed tegen koude, het wordt niet breekbaar. De treksterkte en breukrek van TPU zorgen ervoor dat het stabiel blijft onder mechanische spanning, waardoor het ideaal is voor toepassingen die hoge mechanische prestaties vereisen.

Schuurweerstand

TPU is uitstekend bestand tegen scheuren en schuren. Dit betekent dat het perfect is voor het maken van producten die tegen een stootje moeten kunnen, zoals schoenzolen of transportbanden. De slijtvastheid is niet beperkt tot gewone gebruiksomgevingen, TPU kan zijn fysieke eigenschappen zelfs behouden bij intensief en hoogfrequent gebruik, waardoor de levensduur van het product wordt verlengd.

Bestand tegen olie en chemicaliën

Vooral in omgevingen waar bestendigheid tegen chemicaliën en olie cruciaal is, zoals de auto- en olie-industrie. TPU kan zijn integriteit en functionaliteit behouden in ruwe omgevingen, waardoor het een betrouwbare keuze is voor veeleisende toepassingen.

Transparantie

Door de transparantie van TPU is het geschikt voor producten die transparant materiaal nodig hebben, zoals telefoonhoesjes en medische producten. TPU heeft een hoge transparantie en lichtdoorlatendheid die in de meeste gevallen zorgen voor een duidelijke zichtbaarheid en heeft nog steeds een hoge fysieke sterkte die bestand is tegen zware omstandigheden.

Weerbestendigheid

Met een uitstekende weerstand tegen UV-stralen en verwering is thermoplastisch polyurethaan (TPU) perfect voor gebruik buitenshuis. Zelfs na lange perioden in de zon verliest het zijn fysieke eigenschappen niet veel, wat betekent dat producten op basis van TPU, zoals outdoorkleding en bouwmaterialen, lang meegaan.

TPU in spuitgietprocessen

TPU spuitgietproces is vergelijkbaar met die van andere thermoplasten, maar vereist nauwkeurige controle over de verwerkingsparameters en -omstandigheden omdat TPU unieke eigenschappen heeft. Hieronder staat een uitgebreide gids over hoe TPU verwerkt wordt met spuitgiettechnieken:

Voorbereiding van grondstoffen

TPU-grondstoffen (thermoplastisch polyurethaan) zijn meestal in de vorm van TPU-korrels en voor het spuitgieten moeten ze vaak uitgebreid worden gedroogd om het vocht kwijt te raken dat de prestaties van het geproduceerde onderdeel kan verminderen. De droogtemperatuur is normaal gesproken ingesteld op 80-110℃ en het duurt 2-4 uur om het droogproces te voltooien om het vochtgehalte te verlagen. Maar als de opbrengsnelheid erg hoog is, kan het nodig zijn om vacuüm- of droogmiddelen te gebruiken om eventueel nog aanwezig vocht uit het materiaal te verwijderen.

Injectieparameters

1. Temperatuurregeling: TPU heeft natuurlijk een verwerkingstemperatuur tussen 180-230℃. Omdat elk detail in TPU in verhouding staat tot het eindproduct, is warmte een andere factor die de fysieke eigenschappen van TPU kan aantasten. Daarom is het beheersen van de temperatuur erg belangrijk in het productieproces, om ervoor te zorgen dat het eindproduct de juiste kwaliteit heeft. Een van de grootste nadelen is dat TPU over het algemeen een iets lagere smelttemperatuur heeft dan veel andere thermoplasten en daarom een verfijndere temperatuurregeling voor verwerkingsapparatuur vereist.

2. Injectiesnelheid: Om de vorming van interne spanningen en bellen door zeer snel injecteren te voorkomen, moet injectie met een gemiddelde snelheid worden gebruikt. Ze bevestigen ook dat de manier van injecteren de reactiesnelheid en de homogeniteit van de vulling van de matrijs beïnvloedt, wat de mechanische eigenschappen van het product verbetert. Bij zeer hoge snelheden bij het injecteren van het materiaal in de matrijsholte wordt lucht ingesloten in het materiaal, waardoor de matrijs er bubbelachtig uitziet.

3. Drukregeling: Zowel de houddruk als de tijd moeten precies goed zijn, zodat de producten vormstabiel blijven en een aantrekkelijk oppervlak hebben. Een te hoge houddruk leidt tot hoge interne spanningen en als de houdtijd te kort is, zal er krimp en vervorming optreden. De fixatietijd hangt meestal af van de dikte van het product en de complexiteit van het ontwerp voor het beste resultaat.

Vormontwerp

Het matrijsontwerp heeft een grote invloed op de spuitgegoten TPU-producten en -diensten. De vloeibaarheid van TPU is aantoonbaar goed, maar er moet een redelijk ontwerp van de poort en de runner zijn om slechte vulling door kleine poortjes of een verkeerd ontwerp van de runner te voorkomen. Daarnaast moet rekening worden gehouden met de inklapbaarheid; de ontwerphoek moet correct worden ingesteld om het product niet te beschadigen op het moment van ontvormen. Andere inputparameters zijn de oppervlakteafwerking van de matrijs en de matrijstemperatuur. De oppervlakteafwerking van de matrijs is belangrijk om oppervlaktedefecten in het product te voorkomen, terwijl de matrijstemperatuur belangrijk is omdat deze helpt bij het gelijkmatig afkoelen en zo de cyclustijd verkort. Belangrijke aandachtspunten bij het ontwerp van TPU spuitgietmatrijzen:

1. Krimp van gegoten TPU onderdelen

Deze verdeling hangt af van de gietomstandigheden, zoals de hardheid van de grondstof, de dikte van het onderdeel, de vorm van het onderdeel, de giettemperatuur en de matrijstemperatuur. Wat het typische krimpbereik betreft, geven de twee belangrijke bronnen geen specifieke waarde van s aan, die meestal tussen 0,005-0,020 cm/cm ligt. Bijvoorbeeld, een rechthoekige staaf van 100×10×2 mm zal dunner worden bij de poort in de lengterichting en de krimp in de vloeirichting zal 2-3 keer zo groot zijn als de hardheid 75A is in plaats van 60D. Zoals weergegeven in de eerste figuur, is er een relatie tussen de hardheid van TPU en de dikte van het onderdeel en de krimpsnelheid. Zoals eerder geïllustreerd, voor de TPU hardheid variërend tussen 78A en 90A, de krimpsnelheid van het deel naar beneden komt als de dikte toeneemt en wanneer het varieert tussen 95A en 74D, de krimpsnelheid licht stijgen als de dikte toeneemt.

2. Lopers en koude slakkenput

De primaire loper is de passage die communicanten de spuitgieten machine naar de sub-loper of holtes in de mal: deze runner zet naar binnen uit onder een hoek van meer dan 2 graden om het verwijderen van runnerresten te vergemakkelijken. De sub-loper in mallen met meerdere holtes verbindt de hoofdloper met elke holte en ze moeten op gelijke afstand van elkaar staan of in balans zijn in de mal. De dwarsdoorsnede van agenten kan rond, halfrond, of rechthoekig zijn en zijn ideale diameter zou tussen 6 tot 9mm moeten zijn De agentoppervlakte zou als dat van holte van de vorm moeten worden gepolijst om de stroomweerstand van het materiaal te laten en de snelheid van vullervorm te verbeteren.

De 'cold slug well' is een uitsparing aan het einde van het primaire kanaal en is bedoeld om extra koud materiaal op te slaan dat ontstaat tussen twee shots en om te voorkomen dat dit verstopping van de subrunner of gate veroorzaakt. Koud materiaal in de holte kan ook snel de inwendige spanning van het product veroorzaken. De holte voor de koude slak heeft idealiter een diameter van 8-10 mm en is ongeveer 6 mm diep.

3. Poorten en ventilatieopeningen

De poort wordt geïdentificeerd als de doorgang voor de hoofdloper of de subloper om een verbinding te maken met de holte. De poort heeft meestal een dwarsdoorsnede die kleiner is dan die van de loopwagen en is in feite de kleinste sectie van het loopwagensysteem; bovendien moet de poort kort van lengte zijn. De poort kan elke vorm hebben, zoals rechthoekig of rond, en de afmetingen hangen af van de dikte van de producten. Voor producten met een dikte < 4 mm is de diameter 1 mm en voor producten met een dikte van 4-8 mm is de diameter 1. Voor wanddiktes onder 8 mm is de diameter 1,4 mm, voor diktes tussen 8 mm en 4 mm is de diameter 2 en voor diktes boven 4 mm is de diameter 2,0-2,7 mm. 7 mm De positie van de poort wordt meestal bepaald in het dikste deel van het product dat niet veel invloed heeft op zowel de esthetische waarde als de functie, precies in een hoek van 90 graden ten opzichte van de wand van de mal om krimpholte en wervelmarkering te elimineren.

Ventilatieopeningen zijn gleufvormige openingen in de matrijs om lucht in de matrijsholte vrij te laten, omdat het insluiten van lucht waarschijnlijk defecten veroorzaakt zoals holtes, slechte laslijnen of onvolledige vulling van de matrijs en verbranding bij de productie door de compressie van lucht die resulteert in warmteontwikkeling en op zijn beurt de ontwikkeling van inwendige spanning veroorzaakt. Ontluchten kan op het eindpunt van de smeltstroom in de holte of op het scheidingsoppervlak van de mal. Over het algemeen zijn ze 0,15 mm diep en 6 mm breed.

TPU spuitgietvoorwaarden

De TPU spuitgieten De temperatuur-, druk- en tijdparameters die een rol spelen tijdens het vormen van TPU zijn de sleutel tot het bereiken van de juiste plastificeer-, stroom- en koelingseffecten. Het uiterlijk en de prestaties van alle TPU onderdelen die gemaakt worden, worden direct beïnvloed door het feit of aan deze criteria wordt voldaan. Als alles gaat zoals het zou moeten gaan tijdens de verwerking, dan zouden de eindproducten er allemaal min of meer hetzelfde uit moeten zien: een mooie gelijkmatige tint tussen wit en beige.

Temperatuur

De parameters die geregeld kunnen worden tijdens het gieten van TPU zijn de temperatuur van het vat, de temperatuur van de spuitmond en de matrijstemperatuur. De eerste twee hebben een grote invloed op de plastificering en het vloeien van TPU, en de derde op het vloeien en de koelsnelheid.

1. Temperatuur van de vaten: De selectie van de temperatuur van het vat is gebaseerd op de hardheid van TPU-materiaal 6 Hogere hardheid betekent dat TPU een hogere smelttemperatuur heeft en aan het einde van het vat zal de temperatuur ook hoger zijn. Het temperatuurbereik voor de verwerking van het vat in TPU is 177-232 graden Celsius. De temperatuurverdeling wordt normaal gesproken geleidelijk verhoogd van de trechterzijde of de achterkant naar de spuitmond of de voorkant om de temperatuur van TPU gestaag te laten stijgen voor plastificering.

2. Temperatuur van het mondstuk: De temperatuur van de straalpijp is gewoonlijk iets lager dan de hoogste temperatuur van het vat omdat er een fenomeen van kwijlen optreedt wanneer een rechte straalpijp wordt gebruikt. Als de zelfklemmende spuitmond echter wordt gebruikt om kwijlen te voorkomen, kan de temperatuur van de spuitmond worden ingesteld binnen het bereik van de hoogste temperatuur van het vat.

3. Vormtemperatuur: De temperatuur waarop de matrijs wordt ingesteld, heeft een enorme invloed op de substraatkenmerken en de oppervlakteruwheid van TPU onderdelen. Dit kan beïnvloed worden door aspecten als de mate van kristalliniteit van TPU en de grootte van het onderdeel dat bewerkt wordt. De matrijstemperatuur wordt meestal geregeld met een ander koelmedium met een vaste temperatuur, bijvoorbeeld water. Daarnaast heeft TPU met een hogere hardheid, naast een hogere kristalliniteit en een initiële matrijstemperatuur, een andere mate van vernetting. Voor Texin met hardheid 480A ligt de geschikte vormtemperatuur bijvoorbeeld tussen 20-30 °C, voor hardheid 591A ligt de vormtemperatuur tussen 30-50 °C en voor hardheid 355D ligt de geschikte vormtemperatuur tussen 40-65 °C. Het typische matrijstemperatuurbereik voor TPU-onderdelen ligt tussen 10-60 °C. Het gevolg van lage matrijstemperaturen is dat een deel van de smelt eerder stolt dan de rest, waardoor vloeilijnen ontstaan en de sferulietgroei wordt beperkt, zodat het materiaal een lage kristalliniteit heeft. Dit resulteert in krimp na het gieten en variaties in de prestaties van het onderdeel.

Druk

Druk of kracht bij spuitgieten omvat de plastificeerdruk, ook tegendruk en inspuitdruk genoemd. Als de schroef wordt teruggetrokken, is de druk bovenop de smelt de tegendruk, die wordt geregeld door de overloopklep. Een hogere tegendruk verhoogt de smelttemperatuur, verlaagt de plastificeringssnelheid, zorgt voor betere temperaturen in de smelt, helpt bij het mengen van kleurstoffen en helpt bij het verwijderen van de gassen die in de smelt aanwezig zijn, maar verlengt de vormcyclus. De tegendruk van TPU varieert meestal tussen 0,3-4 MPa.

Tijd

De tijd die nodig is om een spuitgieting uit te voeren wordt de spuitgietcyclus genoemd. Dit omvat het vullen van de matrijs, het vasthouden, het koelen en andere momenten (zoals het openen van de matrijs, het onderdeel eruit halen, de matrijs sluiten, enz.) Dit heeft invloed op hoeveel werk u gedaan krijgt en hoeveel u uw machine gebruikt. TPU spuitgietcycli zijn afhankelijk van hoe hard het materiaal is, hoe dik het onderdeel is en hoe gecompliceerd het onderdeel is. Hardere materialen nemen minder tijd in beslag, dikkere onderdelen nemen meer tijd in beslag en ingewikkelde onderdelen nemen meer tijd in beslag. De temperatuur van de matrijs heeft ook invloed op de cyclus. TPU spuitgietcycli duren meestal 20-60 seconden.

Nabehandeling van onderdelen

Door ongelijkmatige plastificering in het vat of verschillende koelsnelheden in de matrijsholte heeft TPU vaak ongelijkmatige kristallisatie, oriëntatie en krimp, wat leidt tot inwendige spanning, vooral in dikwandige onderdelen of onderdelen met metalen inzetstukken. Deze onderdelen kunnen verminderde mechanische eigenschappen hebben, zilveren strepen op het oppervlak of zelfs vervorming en scheuren tijdens opslag en gebruik. Deze problemen kunnen worden opgelost door de onderdelen te gloeien. De gloeitemperatuur hangt af van de hardheid van het TPU, waarbij een hogere hardheid een hogere temperatuur vereist.

Tussenvoegsel Vormen

Om te voldoen aan de sterkte-eisen voor assemblage en gebruik, hebben TPU-onderdelen vaak metalen inzetstukken nodig. Je plaatst de metalen inserts in de matrijs waar je ze wilt hebben en spuit er TPU omheen om er één geheel van te maken. TPU onderdelen met inzetstukken kunnen problemen hebben met TPU dat niet aan het metaal hecht omdat metaal en TPU verschillende thermische eigenschappen hebben en niet allemaal even snel krimpen. Je kunt dit oplossen door de metalen inzetstukken te verwarmen voordat je de TPU erop aanbrengt, het temperatuurverschil kleiner te maken wanneer je de TPU injecteert, de TPU langzamer af te koelen rond het metaal, de TPU gelijkmatig te laten krimpen en niet te veel spanning te zetten op de TPU rond het metaal.

Afval recyclen en hergebruiken

Wanneer TPU wordt verwerkt, kan het schroot van de hoofdrunners, subrunners en defecte onderdelen worden gerecycled en hergebruikt. Het experiment toont aan dat 100% gerecycled materiaal zonder bijmenging van nieuw materiaal slechts een lichte afname in mechanische eigenschappen heeft, wat geschikt is voor gebruik. Om de beste fysische en mechanische eigenschappen en injectieomstandigheden te behouden, is de aanbevolen recycleverhouding 25-30%. Het gerecyclede materiaal moet van hetzelfde type en dezelfde kwaliteit zijn als het nieuwe materiaal, vermijd het gebruik van verontreinigd of gegloeid gerecycled materiaal en sla het gerecyclede materiaal niet te lang op. Het is het beste om het te pelletiseren en te drogen voor onmiddellijk gebruik. Het gerecyclede materiaal heeft over het algemeen een lagere smeltviscositeit, dus de vormomstandigheden moeten worden aangepast.

Praktische toepassingen van TPU op verschillende gebieden

De unieke eigenschappen van TPU hebben geleid tot de wijdverspreide toepassing ervan in tal van domeinen. Hieronder volgen de belangrijkste toepassingsgebieden en een gedetailleerde analyse:

Auto-industrie

1. Dashboards en bedieningspanelen: Dankzij de flexibiliteit en slijtvastheid kan TPU worden gebruikt in interieuronderdelen van auto's. TPU-dashboards en bedieningspanelen voelen comfortabel aan en kunnen de botsenergie afvoeren, waardoor het veilig is. TPU-materialen kunnen geluid en trillingen absorberen voor een comfortabelere rijervaring.

2. Koplampafdichtingen: De afdichtingen voor auto's in koplampen moeten bestand zijn tegen weersomstandigheden en effectief kunnen afdichten. TPU is bestand tegen warme en koude weersomstandigheden, zodat regenwater de koplamp van een voertuig niet kan binnendringen en de koplamp dus niet snel slijt. De ultravioletbestendigheid van TPU voorkomt dat het degradeert of geel wordt, vooral wanneer het langere tijd aan de zon wordt blootgesteld.

3. Bumpers: Tegenwoordig is TPU immens bekend om zijn toepassing in de auto-industrie, met name bij de productie van bumpers. Het heeft een goede elasticiteit waardoor het veel energie kan opnemen en absorberen bij botsingen en zo de voertuigen kan beschermen. Dit verhoogt ook de duurzaamheid van de bumper vanwege de uitstekende slijtvastheid. TPU-bumpers zijn gunstig voor auto's omdat ze minder kwetsbaar zijn voor voetgangers en andere auto's, waardoor de veiligheid toeneemt.

Medische industrie

TPU wordt meestal gebruikt in medische apparatuur en artikelen die eenmalig worden gebruikt en daarna worden weggegooid op medisch gebied. Hierdoor is het geschikt voor de productie van katheters, infuusslangen, chirurgische handschoenen en andere voorwerpen die biocompatibel en gemakkelijk steriliseerbaar moeten zijn. Hier zijn enkele specifieke toepassingen:

1. Medische katheters: Ze zijn zeer flexibel en biocompatibel en kunnen dus lange tijd in het lichaam gebruikt worden zonder enige reactie te veroorzaken. TPU katheters reageren niet chemisch met vloeistoffen die de katheter binnendringen en raken mechanisch niet aangetast in allerlei medische omstandigheden en veroorzaken geen ongemak voor de patiënt.

2. Chirurgische handschoenen: TPU handschoenen zijn zacht en taai, dus tijdens operaties zijn chirurgen zeer flexibel en comfortabel en ze minimaliseren de bacteriële besmetting. TPU handschoenen zijn bestand tegen perforaties en chemicaliën, dus veiliger en betrouwbaarder tijdens operaties.

3. Infuusslangen: TPU verandert niet van eigenschappen onder invloed van een infuus en heeft geen interactie met de reagentia, wat erg belangrijk is in het productieproces van infuussystemen. TPU-infuusslangen die worden gebruikt bij de huidige chirurgische ingrepen ondersteunen de hechting van bloed en medicijnen niet, waardoor de kans op infectie kleiner wordt.

Elektronica en elektrische industrie

1. Telefoonhoesjes: TPU is voornamelijk het hoesje, omdat het transparant moet zijn en ook tegen een stootje moet kunnen. TPU hoesjes beschermen de telefoons ook tegen schade die bijvoorbeeld ontstaat door het laten vallen van de telefoon en geven tegelijkertijd het uiterlijk en het gevoel van de telefoon weer. Het is veelzijdig in termen van de kleur en het ontwerp volgens de eisen en het gaat om het gebruik van TPU-materialen.

2. Kabeljassen: Omdat TPU zo slijtvast en oliebestendig is, wordt het veel gebruikt in kabelmantels. TPU-mantels helpen om veranderingen in de conditie van kabels in moeilijke klimaten te versnellen, waardoor hun duurzaamheid toeneemt. TPU-materialen zijn nog steeds flexibel wanneer ze worden blootgesteld aan hoge of lage temperaturen, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in de industriële sector.

Schoeisel en textiel

1. Sportschoenzolen: Door de eigenschappen van elasticiteit en sterke slijtvastheid is TPU beter geschikt voor de zolen van sportschoenen. TPU-zolen zijn ook licht in gewicht en zeer sterk, waardoor ze voldoende demping bieden tijdens het sporten en schoenen zeer comfortabel maken om te dragen. Dit betekent dat TPU-materialen kunnen worden geproduceerd in verschillende zoolstructuren om te voldoen aan de verschillende sportvereisten.

2. Functioneel textiel: TPU films worden universeel gebruikt met zowel waterdicht als ademend materiaal dat wordt gedragen in gelegenheden zoals buitensporten en door het leger. TPU folies worden gebruikt voor waterdichte folies met ademend vermogen, geschikt voor vele zware omstandigheden. TPU-materiaal heeft ook de eigenschap waterdicht en ademend te zijn, zelfs in een omgeving met een hoge luchtvochtigheid en veel stress.

Conclusie

Door de betere eigenschappen van TPU wordt het veel gebruikt in de spuitgietindustrie. Door de zich steeds verder ontwikkelende technologieën en de beheersing van spuitgieten en de verwerkingsproblemen zullen de toepassingsgebieden van TPU zich verder verbreden. In de toekomst zal de plaats van TPU in het spuitgietproces nuttig worden, wanneer nieuwe technologieën en de vraag van klanten zullen toenemen en TPU hoge prestaties zal leveren op verschillende gebieden.

Gebaseerd op de kennis van de basiseigenschappen van TPU, spuitgiettechnologieHet artikel beschrijft de toepassing en verwerking, problemen en tegenmaatregelen, evenals toekomstige ontwikkelingen en trends, en zal bijdragen aan een bredere toepassing van dit hoogwaardige materiaal in spuitgieten en meer mogelijkheden creëren voor de ontwikkeling van dit vakgebied. Met de publicatie van dit artikel kunnen deze vakmensen TPU integreren en gebruiken om het spuitgieten te bevorderen.