Hoe wordt TPU in de spuitgietindustrie gebruikt?

Hoe wordt TPU gebruikt in de spuitgietindustrie? | ZetarMold

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

Het TPU-spuitgietproces lijkt op dat van andere thermoplasten, maar vereist vanwege de unieke eigenschappen van TPU een nauwkeurige regeling van verwerkingsparameters en -omstandigheden. Hieronder volgt een diepgaande gids voor de verwerking van TPU 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: Het verwerkingsbereik van TPU ligt tussen 180-230℃. Omdat elk detail in het TPU doorwerkt in het eindproduct en warmte de fysieke eigenschappen kan aantasten, is nauwkeurige temperatuurregeling essentieel voor de juiste productkwaliteit. TPU heeft doorgaans een iets lagere smelttemperatuur dan veel andere thermoplasten en vereist daarom een fijnere temperatuurregeling van de verwerkingsapparatuur.

2. Inspuitsnelheid: Gebruik een gemiddelde inspuitsnelheid om inwendige spanning en luchtbellen door te snel inspuiten te voorkomen. De inspuitmethode beïnvloedt de reactiesnelheid en de gelijkmatigheid waarmee de matrijs wordt gevuld, en daarmee de mechanische eigenschappen van het product. Bij een zeer hoge snelheid raakt lucht in het materiaal opgesloten, waardoor luchtbellen ontstaan.

3. Nadrukregeling: Zowel de nadruk als de nadruktijd moeten juist zijn, zodat de producten maatvast blijven en een aantrekkelijk oppervlak krijgen. Een te hoge nadruk veroorzaakt grote inwendige spanningen; een te korte nadruktijd leidt tot krimp en vervorming. Voor het beste resultaat hangt de nadruktijd doorgaans vooral af van de productdikte en de complexiteit van het ontwerp.

Vormontwerp

Het matrijsontwerp heeft grote invloed op spuitgegoten TPU-producten. TPU heeft een goede vloeibaarheid, maar een doordacht ontwerp van aanspuiting en kanalen is nodig om slechte vulling door kleine aanspuitingen of ongeschikte kanalen te voorkomen. Ook moet rekening worden gehouden met de ontvormbaarheid: de lossingshoek moet correct zijn om beschadiging tijdens het ontvormen te voorkomen. Andere parameters zijn de oppervlakteafwerking en temperatuur van de matrijs. De afwerking helpt oppervlaktedefecten te voorkomen, terwijl de matrijstemperatuur gelijkmatige koeling bevordert en de cyclustijd verkort. Belangrijke aandachtspunten bij het ontwerp van een TPU-spuitgietmatrijs:

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.

Het hoofdkanaal verbindt de spuitmond van de spuitgietmachine met het subkanaal of de caviteiten in de matrijs. Het verwijdt naar binnen onder een hoek van meer dan 2 graden om kanaalresten gemakkelijker te verwijderen. Het subkanaal in matrijzen met meerdere caviteiten verbindt het hoofdkanaal met elke caviteit en moet gelijkmatig zijn verdeeld of gebalanceerd. Kanalen kunnen rond, halfrond of rechthoekig zijn en de ideale diameter ligt tussen 6 en 9mm. Het kanaaloppervlak moet net als de caviteit worden gepolijst om de stromingsweerstand te verlagen en het vullen te versnellen.

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.

De aanspuiting verbindt het hoofd- of nevenkanaal met de caviteit. De doorsnede is doorgaans kleiner dan het kanaal, vormt het kleinste deel van het kanaalsysteem en moet kort zijn. De vorm kan rechthoekig of rond zijn; afmetingen hangen af van de productdikte. Bij dikte < 4mm: diameter = 1mm; bij 4-8mm: diameter = 1. Bij wanddikte onder 8 mm is de diameter 1. 4 mm, bij 8 mm tot 4 mm is deze 2 en boven 4mm 2. 0-2. 7 mm. De aanspuiting ligt meestal in het dikste, esthetisch en functioneel niet-kritische deel, onder 90 degrees op de matrijswand om krimpholten en wervelmarkeringen te voorkomen.

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 temperatuur-, druk- en tijdparameters bij het spuitgieten van TPU bepalen of de juiste plastificering, vloeibaarheid en koeling worden bereikt. Het uiterlijk en de prestaties van TPU-onderdelen worden rechtstreeks beïnvloed door de juiste instelling van deze criteria. Als het proces correct verloopt, moeten de eindproducten er vrijwel hetzelfde uitzien: met 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. Cilindertemperatuur: De cilIndertemperatuur wordt gekozen op basis van de hardheid van het TPU-materiaal. Een hogere hardheid betekent een hogere smelttemperatuur en dus ook een hogere temperatuur aan het einde van de cilinder. Het verwerkingsbereik voor TPU bedraagt 177-232 graden Celsius. De temperatuur loopt gewoonlijk geleidelijk op van de trechterzijde of achterzijde naar de spuitmond of voorzijde, zodat het TPU voor de plastificering gelijkmatig wordt opgewarmd.

2. Spuitmondtemperatuur: De spuitmondtemperatuur ligt gewoonlijk iets onder de hoogste cilIndertemperatuur, omdat bij een open spuitmond nadruppelen kan optreden. Als een zelfsluitende spuitmond wordt gebruikt om nadruppelen te voorkomen, kan de spuitmondtemperatuur binnen het bereik van de hoogste cilIndertemperatuur worden ingesteld.

3. Matrijstemperatuur: De ingestelde matrijstemperatuur heeft grote invloed op de materiaaleigenschappen en oppervlakteruwheid van TPU-onderdelen. Dit hangt onder meer samen met de kristallisatiegraad van TPU en de grootte van het onderdeel. De matrijstemperatuur wordt meestal geregeld met een koelmedium met vaste temperatuur, bijvoorbeeld water. TPU met een hogere hardheid heeft naast een hogere kristalliniteit ook een andere mate van vernetting. Voor Texin met hardheid 480A is bijvoorbeeld 20-30°C geschikt, voor hardheid 591A 30-50°C en voor hardheid 355D 40-65°C. Het gebruikelijke bereik voor TPU-onderdelen is 10-60 C. Bij een te lage matrijstemperatuur stolt een deel van de smelt eerder, waardoor vloe lijnen ontstaan en de groei van sferulieten wordt beperkt. Dit veroorzaakt een lage kristalliniteit, nakrimp 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 zijn flexibiliteit en slijtvastheid kan TPU worden gebruikt voor auto-interieurs. Dashboards en bedieningspanelen van TPU voelen comfortabel aan en kunnen botsenergie absorberen, wat de veiligheid verhoogt. TPU helpt ook geluid en trillingen te dempen voor een comfortabelere rijervaring.

2. Koplampafdichtingen: Afdichtingen in koplampassemblages moeten weersinvloeden weerstaan en effectief afdichten. TPU is bestand tegen warmte en koude, zodat regenwater niet in de koplamp kan binnendringen en de koplamp minder snel slijt. De uv-bestendigheid van TPU voorkomt aantasting en vergeling, vooral bij langdurige blootstelling aan zonlicht.

3. Bumpers: TPU wordt veel gebruikt in de auto-industrie, vooral voor bumpers. Door zijn goede elasticiteit kan het bij botsingen veel energie opnemen en zo voertuigen beschermen. De uitstekende slijtvastheid vergroot bovendien de levensduur van de bumper. Beschermende TPU-bumpers verkleinen het risico op schade voor voetgangers en andere auto’s en verhogen daarmee de veiligheid.

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: Deze zijn zeer flexibel en biocompatibel, zodat ze langdurig in het lichaam kunnen worden gebruikt zonder een reactie te veroorzaken. TPU-katheters reageren niet chemisch met de vloeistoffen die erdoorheen stromen, behouden hun mechanische eigenschappen onder uiteenlopende medische omstandigheden en veroorzaken geen ongemak voor de patiënt.

2. Chirurgische handschoenen: TPU-handschoenen zijn zacht en sterk, bieden chirurgen tijdens operaties veel bewegingsvrijheid en comfort en beperken bacteriële besmetting. Ze zijn bestand tegen perforatie en chemicaliën en zijn daardoor veiliger en betrouwbaarder tijdens operaties.

3. Infuusslangen: TPU behoudt tijdens een infuus zijn eigenschappen en reageert niet met reagentia, wat zeer belangrijk is bij de productie van infuussystemen. TPU-infuusslangen die bij moderne operaties worden gebruikt, beperken de hechting van bloed en geneesmiddelen en verkleinen zo de kans op infecties.

Elektronica en elektrische industrie

1. Telefoonhoesjes: TPU is zeer geschikt voor hoesjes omdat het transparant kan zijn en schokken kan opvangen. TPU-hoesjes beschermen telefoons tegen schade door bijvoorbeeld vallen, terwijl het uiterlijk en gevoel van de telefoon behouden blijven. Het materiaal kan in uiteenlopende kleuren en ontwerpen worden verwerkt.

2. Kabelmantels: Door zijn hoge slijtage- en oliebestendigheid wordt TPU veel gebruikt voor kabelmantels. TPU-mantels beschermen kabels tegen wisselende omstandigheden in zware omgevingen en verlengen zo hun levensduur. TPU blijft flexibel bij hoge en lage temperaturen en is daardoor geschikt voor industriële toepassingen.

Schoeisel en textiel

1. Zolen van sportschoenen: Door zijn elasticiteit en hoge slijtvastheid is TPU zeer geschikt voor sportschoenzolen. TPU-zolen zijn licht en sterk, bieden voldoende demping tijdens sportactiviteiten en maken schoenen comfortabel om te dragen. Het materiaal kan in verschillende zoolconstructies worden verwerkt voor uiteenlopende sporteisen.

2. Functioneel textiel: TPU-folies worden veel toegepast als waterdicht en ademend materiaal voor onder meer buitensport en militair gebruik. Ze zijn geschikt voor waterdichte, ademende membranen in veel zware omstandigheden. TPU behoudt zijn waterdichte en ademende eigenschappen zelfs bij een hoge luchtvochtigheid en zware belasting.

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.

Kennis van de basiseigenschappen, spuitgiettechnologie, toepassingen en verwerking van TPU, de bijbehorende problemen en oplossingen en toekomstige ontwikkelingen en trends bevordert het bredere gebruik van dit hoogwaardige materiaal bij het spuitgieten en schept nieuwe mogelijkheden voor de sector. Dit artikel helpt vakmensen TPU toe te passen bij verdere ontwikkelingen in het spuitgieten.

Ontvang concurrerende prijzen, DFM-feedback en een productieplanning van het engineeringteam van ZetarMold.

Vraag een gratis offerte aan → Bekijk onze complete gids voor spuitgieten voor een uitgebreid overzicht.