Powszechnie stosowane elastyczne i termoplastyczne tworzywa sztuczne do formowania wtryskowego obejmują samoprzylepne, elastyczne, lepkosprężyste produkty z pianki poliuretanowej oraz formowaną wtryskowo gumę termoplastyczną (TPR), elastomery termoplastyczne (TPE) i termoplastyczny uretan (TPU). TPU, czyli termoplastyczny poliuretan, to materiał uwielbiany przez wiele branż, ponieważ można go topić i formować ponownie jak tworzywa termoplastyczne, ale nadal ma właściwości elastyczne. Jednym z obszarów, w którym ten wszechstronny materiał naprawdę błyszczy, jest formowanie wtryskowe; nic innego nie oferuje zarówno elastyczności, jak i wytrzymałości w taki sam sposób. Ten artykuł zagłębia się w podstawowe właściwości TPU, czyli Proces formowania wtryskowegoi praktycznych zastosowań, zapewniając kompleksowe wskazówki dla profesjonalistów z branży.

Podstawowe właściwości TPU

TPU to termoplastyczny elastomer wytwarzany w reakcji diizocyjanianów (takich jak MDI lub TDI), polioli polieterowych lub poliestrowych i przedłużaczy łańcucha. Ma on następujące kluczowe właściwości:

Elastyczność i sprężystość

TPU jest doskonałym wyborem dla przedmiotów, które muszą być bardzo rozciągliwe, ponieważ jego elastyczność jest taka sama w szerokim zakresie temperatur. Materiał ten dobrze radzi sobie również w niskich temperaturach i nie staje się kruchy. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu TPU pozwalają mu pozostać stabilnym pod obciążeniem mechanicznym, co czyni go idealnym do zastosowań wymagających wysokiej wydajności mechanicznej.

Odporność na ścieranie

TPU ma doskonałą odporność na rozdarcia i ścieranie. Oznacza to, że doskonale nadaje się do wytwarzania produktów, które muszą wytrzymać duże zużycie, takich jak podeszwy butów lub taśmy przenośników. Odporność na ścieranie nie ogranicza się do zwykłych warunków użytkowania, TPU może zachować swoje właściwości fizyczne nawet przy intensywnym i częstym użytkowaniu, wydłużając w ten sposób żywotność produktu.

Odporność na oleje i chemikalia

Szczególnie w środowiskach, w których odporność na chemikalia i olej ma kluczowe znaczenie, takich jak przemysł motoryzacyjny i naftowy. TPU może zachować swoją integralność i funkcjonalność w trudnych warunkach, dzięki czemu jest niezawodnym wyborem do wymagających zastosowań.

Przejrzystość

Ze względu na przezroczystość TPU nadaje się do produktów, które wymagają przezroczystego materiału, takich jak etui na telefony i produkty medyczne. TPU charakteryzuje się wysoką przezroczystością i wysoką przepuszczalnością światła, które w większości przypadków zapewniają dobrą widoczność, a jednocześnie mają wysoką wytrzymałość fizyczną i mogą być wykonane tak, aby wytrzymać trudne warunki.

Odporność na warunki atmosferyczne

Dzięki doskonałej odporności na promienie UV i warunki atmosferyczne, termoplastyczny poliuretan (TPU) doskonale nadaje się do użytku na zewnątrz. Nawet po długim okresie przebywania na słońcu nie traci swoich właściwości fizycznych, co oznacza, że produkty oparte na TPU, takie jak sprzęt outdoorowy i materiały budowlane, wytrzymują przez długi czas.

TPU w procesach formowania wtryskowego

TPU Proces formowania wtryskowego jest podobny do innych tworzyw termoplastycznych, ale wymaga precyzyjnej kontroli parametrów i warunków przetwarzania, ponieważ TPU ma unikalne właściwości. Poniżej znajduje się szczegółowy przewodnik po tym, jak TPU jest przetwarzany przy użyciu technik formowania wtryskowego:

Przygotowanie surowców

Surowce TPU (termoplastyczny poliuretan) są zwykle w postaci granulek TPU i przed formowaniem wtryskowym często wymagane jest intensywne suszenie, aby pozbyć się wilgoci, która może pogorszyć wydajność produkowanej części. Temperatura suszenia jest zwykle ustawiana w zakresie 80-110 ℃ i potrzeba 2-4 godzin, aby zakończyć proces suszenia w celu zmniejszenia poziomu zawartości wilgoci, która może powodować pewne usterki, takie jak pęcherzyki podczas procesu wtrysku. Ale gdy szybkość aplikacji jest bardzo wysoka, może być konieczne suszenie próżniowe lub suszenie środkiem osuszającym w celu usunięcia wilgoci, która może być nadal obecna w materiale.

Parametry wtrysku

1. Kontrola temperatury: TPU ma oczywiście zakres temperatur przetwarzania między 180-230 ℃. Ponieważ wszelkie szczegóły w TPU będą proporcjonalne do produktu końcowego, ciepło jest kolejnym czynnikiem, który może powodować pogorszenie właściwości fizycznych TPU. Dlatego kontrola temperatury jest bardzo ważna w procesie produkcji, aby zapewnić odpowiednią jakość produktu końcowego. Jedną z głównych wad jest to, że TPU ma na ogół nieco niższą temperaturę topnienia w porównaniu z wieloma innymi tworzywami termoplastycznymi, a zatem wymaga bardziej wyrafinowanej kontroli temperatury w urządzeniach do przetwarzania.

2. Prędkość wtrysku: Aby zapobiec powstawaniu naprężeń wewnętrznych i pęcherzyków w wyniku bardzo szybkiego wtrysku, należy stosować wtrysk ze średnią prędkością. Potwierdzają one również, że sposób wtryskiwania wpływa na szybkość reakcji i jednorodność wypełnienia formy, co poprawia właściwości mechaniczne produktu. Przy bardzo dużych prędkościach wtryskiwania materiału do gniazda formy, powietrze jest uwięzione w materiale, nadając formie bąbelkowy wygląd.

3. Kontrola ciśnienia: Zarówno ciśnienie, jak i czas trzymania powinny być odpowiednio dobrane, aby produkty zachowały stabilność wymiarową i atrakcyjną powierzchnię. Wysoki poziom naprężeń wewnętrznych wynika ze zbyt dużego nacisku, a zamiast tego, jeśli czas trzymania jest niski, nastąpi skurcz i zniekształcenie. Zazwyczaj czas utrzymywania zależy głównie od grubości produktu, a także złożoności projektu, aby uzyskać najlepszy wynik.

Projektowanie form

Konstrukcja formy ma znaczący wpływ na wtryskiwane towary i usługi formowane z TPU. Jeśli chodzi o płynność TPU, jest ona prawdopodobnie dobra; powinna jednak obejmować pewną rozsądną konstrukcję bramy i prowadnicy, aby uniknąć słabego wypełnienia z powodu obecności małych bram lub niewłaściwej konstrukcji prowadnicy. Poza tym należy wziąć pod uwagę cechę składalności; kąt zanurzenia powinien być ustawiony prawidłowo, aby nie uszkodzić produktu w momencie wyjmowania z formy. Inne parametry wejściowe obejmują wykończenie powierzchni formy, temperaturę formy, poprzednie wykończenie powierzchni jest ważne w zapobieganiu wadom powierzchniowym produktu, podczas gdy temperatura formy jest ważna, ponieważ pomaga w równomiernym chłodzeniu, a tym samym skraca czas cyklu. Kluczowe punkty do rozważenia przy projektowaniu form wtryskowych TPU:

1. Szybkość kurczenia się formowanych części TPU

Rozkład ten zależy od warunków formowania, na przykład twardości surowca, grubości części, kształtu części, temperatury formowania i temperatury formy. Jeśli chodzi o typowy zakres skurczu, dwa ważne źródła nie wskazują konkretnej wartości s, która zazwyczaj mieści się w zakresie 0,005-0,020 cm/cm. Na przykład, prostokątny pręt o wymiarach 100×10×2 mm będzie cieńszy przy bramie w kierunku długości, a skurcz w kierunku przepływu będzie 2-3 razy większy, gdy twardość wynosi 75A, a nie 60D. Jak pokazano na rysunku 1, istnieje zależność między twardością TPU i grubością części a szybkością skurczu. Jak pokazano wcześniej, dla twardości TPU w zakresie od 78A do 90A, współczynnik skurczu części spada wraz ze wzrostem grubości, a gdy mieści się w zakresie od 95A do 74D, współczynnik skurczu nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem grubości.

2. Biegacze i zimny ślimak

Głównym biegaczem jest fragment, który komunikuje formowanie wtryskowe dyszy maszyny do kanału pomocniczego lub gniazd w formie: kanał ten rozszerza się do wewnątrz pod kątem większym niż 2 stopnie, aby ułatwić usuwanie pozostałości kanału. Prowadnica pomocnicza w formach wielogniazdowych łączy główną prowadnicę z każdą wnęką i powinna być równomiernie rozmieszczona lub zrównoważona w formie. Przekrój poprzeczny kanałów może być okrągły, półokrągły lub prostokątny, a jego idealna średnica powinna wynosić od 6 do 9 mm Powierzchnia kanału powinna być wypolerowana tak jak powierzchnia wnęki formy, aby zmniejszyć opór przepływu materiału i zwiększyć prędkość formy wypełniającej.

Wgłębienie na zimny materiał to wgłębienie znajdujące się na końcu kanału głównego i przeznaczone do przechowywania dodatkowego zimnego materiału wytworzonego między dwoma strzałami i zapobiegania jego blokowaniu przez prowadnicę pomocniczą lub bramę. Zimny materiał umieszczony w zagłębieniu może również szybko spowodować wewnętrzne naprężenie produktu. Wnęka na zimny materiał powinna mieć średnicę 8-10 mm i głębokość około 6 mm.

3. Bramy i otwory wentylacyjne

Bramka jest identyfikowana jako przejście dla głównej lub podrzędnej prowadnicy w celu połączenia z wnęką. Zazwyczaj ma mniejszy przekrój poprzeczny niż prowadnica i jest w rzeczywistości najmniejszą sekcją systemu prowadnic; ponadto musi mieć niewielką długość. Bramka może mieć dowolny kształt, taki jak prostokątny i okrągły, a jej wymiary zależą od grubości produktów. Dla produktów o grubości < 4 mm, średnica = 1 mm, a dla grubości 4-8 mm, średnica = 1. Dla grubości ścianki poniżej 8 mm średnica wynosi 1,4 mm, dla grubości w zakresie od 8 mm do 4 mm średnica wynosi 2, a dla grubości powyżej 4 mm wynosi 2,0-2,7 mm. 7 mm Położenie bramy jest zwykle ustalane w najgrubszej części produktu, która nie ma większego wpływu zarówno na walory estetyczne, jak i funkcjonalne, dokładnie pod kątem 90 stopni do ściany formy, aby wyeliminować wnękę skurczową i ślad zawirowania.

Otwory wentylacyjne to otwory w kształcie szczeliny w formie, służące do uwalniania powietrza w gnieździe formy, ponieważ jego uwięzienie może powodować wady, takie jak puste przestrzenie, słabe linie spoin lub niepełne wypełnienie formy, a także spalanie produktu z powodu kompresji powietrza, która powoduje wytwarzanie ciepła, co z kolei powoduje rozwój naprężeń wewnętrznych. Odpowietrzanie można wykonać na końcu przepływu stopu we wnęce lub na powierzchni podziału formy, zazwyczaj mają one głębokość 0,15 mm i szerokość 6 mm.

Warunki formowania wtryskowego TPU

The Formowanie wtryskowe TPU Parametry temperatury, ciśnienia i czasu podczas formowania TPU mają kluczowe znaczenie dla osiągnięcia odpowiednich efektów plastyfikacji, płynności i chłodzenia. Prawidłowe spełnienie tych kryteriów ma bezpośredni wpływ na wygląd i wydajność wszystkich wykonanych części z TPU. Jeśli wszystko pójdzie tak, jak powinno podczas przetwarzania, produkty końcowe powinny wyglądać mniej więcej tak samo: ładny, równomierny odcień między bielą a beżem.

Temperatura

Parametry, które można regulować podczas formowania TPU to temperatura cylindra, temperatura dyszy i temperatura formy. Pierwsze dwa w dużej mierze wpływają na plastyfikację i przepływ TPU, a trzeci na jego przepływ i szybkość chłodzenia.

1. Temperatura beczki: Wybór temperatury beczki opiera się na twardości materiału TPU. Wyższa twardość oznacza, że TPU ma wyższą temperaturę topnienia, a na końcu temperatura beczki również będzie wyższa. Zakres temperatur przetwarzania beczki w TPU wynosi 177-232 stopni Celsjusza. Rozkład temperatury jest zwykle stopniowo zwiększany od strony leja lub tylnego końca do dyszy lub przedniego końca, aby umożliwić stały wzrost temperatury TPU w celu uplastycznienia.

2. Temperatura dyszy: Temperatura dyszy jest zwykle nieco niższa niż najwyższa temperatura cylindra ze względu na zjawisko ślinienia się, gdy używana jest prosta dysza przelotowa. Jeśli jednak zastosuje się samoblokującą dyszę w celu ochrony przed ślinieniem, temperaturę dyszy można ustawić w zakresie najwyższej temperatury cylindra.

3. Temperatura formy: Temperatura, w której ustawiana jest forma, ma ogromny wpływ na charakterystykę podłoża i chropowatość powierzchni części z TPU. Wpływ na to mogą mieć takie aspekty, jak stopień krystaliczności TPU i rozmiar obrabianej części. Temperatura formy jest zwykle regulowana za pomocą innego medium chłodzącego o stałej temperaturze, na przykład wody. Ponadto, oprócz zwiększonej krystaliczności i początkowej temperatury formy, TPU o wyższej twardości ma inny stopień usieciowania. Na przykład, Texin o twardości 480A odpowiednie zakresy temperatury formy dla niego są między 20-30 ° C, twardość 591A, temperatura formy wynosi 30-50 ° C, podczas gdy dla twardości 355D odpowiednia temperatura formy wynosi między 40-65 ° C. Typowy zakres temperatury formy dla części z TPU wynosi 10-60 C. Konsekwencją niskich temperatur formy jest to, że część stopu krzepnie przed resztą, tworząc linie przepływu i ograniczając wzrost sferulitu, dzięki czemu materiał ma niską krystaliczność. Powoduje to skurcz po formowaniu, a także zmiany w wydajności części.

Ciśnienie

Ciśnienie lub siła w formowaniu wtryskowym obejmuje ciśnienie uplastyczniające, określane również jako ciśnienie wsteczne i ciśnienie wtrysku. Po wycofaniu ślimaka ciśnienie na górze stopionego materiału jest ciśnieniem wstecznym, kontrolowanym przez zawór przelewowy. Wyższe ciśnienie wsteczne zwiększa temperaturę stopu, zmniejsza szybkość plastyfikacji, zapewnia lepsze temperatury w stopie, pomaga w mieszaniu barwników i pomaga w usuwaniu gazów obecnych w stopach, ale wydłuża cykl formowania. Należy zauważyć, że przeciwciśnienie TPU zwykle waha się między 0,3-4 MPa.

Czas

Czas potrzebny na wykonanie wtrysku nazywany jest cyklem formowania. Obejmuje on napełnianie formy, utrzymywanie jej, chłodzenie i inne czynności (takie jak otwieranie formy, wyjmowanie części, zamykanie formy itp.) Ma to wpływ na ilość wykonanej pracy i stopień wykorzystania maszyny. Cykle formowania TPU zależą od tego, jak twardy jest materiał, jak gruba jest część i jak skomplikowana jest część. Twardsze materiały zajmują mniej czasu, grubsze części zajmują więcej czasu, a skomplikowane części zajmują więcej czasu. Temperatura formy również wpływa na cykl. Cykle formowania TPU trwają zwykle 20-60 sekund.

Obróbka końcowa części

Z powodu nierównomiernej plastyfikacji w cylindrze lub różnych szybkości chłodzenia w gnieździe formy, TPU często ma nierównomierną krystalizację, orientację i skurcz, co prowadzi do naprężeń wewnętrznych, szczególnie w grubościennych częściach lub częściach z metalowymi wkładkami. Części te mogą mieć obniżone właściwości mechaniczne, srebrne smugi na powierzchni, a nawet odkształcenia i pęknięcia podczas przechowywania i użytkowania. Problemy te można rozwiązać poprzez wyżarzanie części. Temperatura wyżarzania zależy od twardości TPU, przy czym wyższa twardość wymaga wyższych temperatur.

Formowanie wkładek

Aby spełnić wymagania dotyczące wytrzymałości podczas montażu i użytkowania, części TPU często wymagają metalowych wkładek. Metalowe wkładki umieszcza się w formie w wybranym miejscu, a następnie wtryskuje wokół nich TPU, tworząc jeden element. Części TPU z wkładkami mogą mieć problemy z nieprzyleganiem TPU do metalu, ponieważ metal i TPU mają różne właściwości termiczne i kurczą się w różnym tempie. Można temu zaradzić, podgrzewając metalowe wkładki przed nałożeniem na nie TPU, zmniejszając różnicę temperatur podczas wtryskiwania TPU, wolniej schładzając TPU wokół metalu, sprawiając, że TPU kurczy się równomiernie i nie wywierając zbyt dużego nacisku na TPU wokół metalu.

Recykling i ponowne wykorzystanie złomu

Podczas przetwarzania TPU, złom z głównych prowadnic, prowadnic pomocniczych i wadliwych części może zostać poddany recyklingowi i ponownie wykorzystany. Eksperyment pokazuje, że materiał z recyklingu 100% bez mieszania nowego materiału ma tylko niewielki spadek właściwości mechanicznych, co jest odpowiednie do użycia. Aby zachować najlepsze właściwości fizyczne i mechaniczne oraz warunki wtrysku, zalecany współczynnik recyklingu wynosi 25-30%. Materiał z recyklingu powinien być tego samego typu i gatunku co nowy materiał, należy unikać stosowania zanieczyszczonego lub wyżarzonego materiału z recyklingu i nie przechowywać materiału z recyklingu zbyt długo. Najlepiej jest go granulować i suszyć do natychmiastowego użycia. Materiał pochodzący z recyklingu ma zazwyczaj niższą lepkość stopu, więc należy dostosować warunki formowania.

Praktyczne zastosowania TPU w różnych dziedzinach

Unikalne właściwości TPU doprowadziły do jego szerokiego zastosowania w wielu dziedzinach. Poniżej przedstawiono główne obszary zastosowań i ich szczegółową analizę:

Przemysł motoryzacyjny

1. Pulpity nawigacyjne i panele sterowania: Ze względu na elastyczność i odporność na ścieranie TPU może być stosowany w częściach wewnętrznych samochodów. Deski rozdzielcze i panele sterowania z TPU są przyjemne w dotyku i mogą rozpraszać energię uderzenia, co czyni je bezpiecznymi. Materiały TPU mogą pomóc w absorpcji dźwięku i wstrząsów, zapewniając bardziej komfortowe wrażenia z jazdy.

2. Uszczelki reflektorów: Uszczelki samochodowe stosowane w reflektorach muszą być odporne na warunki pogodowe i skutecznie uszczelniać. TPU może być odporny na gorące i zimne warunki pogodowe, dzięki czemu woda deszczowa nie może przenikać do reflektora pojazdu, a tym samym reflektor nie zużywa się szybko. Odporność TPU na promieniowanie ultrafioletowe zapobiega jego degradacji lub żółknięciu, zwłaszcza gdy jest wystawiony na działanie promieni słonecznych przez dłuższy czas.

3. Zderzaki: Obecnie TPU jest niezwykle znany ze swojego zastosowania w przemyśle motoryzacyjnym, szczególnie w produkcji zderzaków. Charakteryzuje się dobrą elastycznością, dzięki czemu może przyjmować i pochłaniać dużo energii podczas uderzeń, chroniąc w ten sposób pojazdy. Zwiększa to również trwałość zderzaka ze względu na jego doskonałą odporność na ścieranie. Zderzaki ochronne z TPU są korzystne dla samochodu ze względu na zmniejszenie podatności na uderzenia pieszych i innych samochodów, a tym samym zwiększenie bezpieczeństwa.

Przemysł medyczny

TPU jest najczęściej wykorzystywany w urządzeniach medycznych i przedmiotach, które są używane raz, a następnie wyrzucane w medycynie. Dzięki temu nadaje się do produkcji cewników, rurek infuzyjnych, rękawic chirurgicznych i innych przedmiotów, które muszą być biokompatybilne i łatwe do sterylizacji. Oto kilka konkretnych zastosowań:

1. Cewniki medyczne: Są wysoce elastyczne i biokompatybilne, dzięki czemu mogą być używane przez długi czas w organizmie, a jednocześnie nie powodują żadnych reakcji. Cewniki TPU nie reagują chemicznie z płynami dostającymi się do cewnika ani nie ulegają uszkodzeniom mechanicznym w wielu różnych okolicznościach medycznych i nie powodują dyskomfortu u pacjenta.

2. Rękawice chirurgiczne: Rękawice TPU są miękkie i wytrzymałe, dzięki czemu podczas wykonywania operacji chirurdzy są bardzo elastyczni i wygodni, a także minimalizują zanieczyszczenie bakteryjne. Rękawice TPU są odporne na przebicia i chemikalia, dzięki czemu są bezpieczniejsze i bardziej niezawodne podczas operacji.

3. Rurki infuzyjne: TPU nie zmienia swoich właściwości pod wpływem infuzji i nie wchodzi w interakcje z odczynnikami, co jest bardzo ważne w procesie produkcji jednostek infuzyjnych. Rurki infuzyjne TPU stosowane w obecnych operacjach chirurgicznych nie sprzyjają adhezji krwi i leków, zmniejszając tym samym możliwość powstawania infekcji.

Przemysł elektroniczny i elektryczny

1. Etui na telefon: TPU to głównie obudowa, ponieważ musi być przezroczysta, a także mieć zdolność do wytrzymywania uderzeń. Etui TPU zapewniają również ochronę telefonów przed uszkodzeniami, takimi jak te, które powstają w wyniku upuszczenia telefonu, a jednocześnie nadają mu wygląd i dotyk. Jest wszechstronny pod względem koloru i projektu zgodnie z wymaganiami i wymaga użycia materiałów TPU.

2. Kurtki kablowe: Ze względu na wysoką odporność TPU na ścieranie i olej, jest on szeroko stosowany w kurtkach kablowych. Płaszcze TPU pomagają przyspieszyć zmiany stanu kabli w trudnych warunkach klimatycznych, zwiększając tym samym ich trwałość. Materiały TPU są nadal elastyczne, gdy są poddawane działaniu wysokich lub niskich temperatur, dzięki czemu są odpowiednie do stosowania w sektorze przemysłowym.

Obuwie i tekstylia

1. Podeszwy do butów sportowych: Ze względu na właściwości elastyczności i dużej odporności na ścieranie, TPU jest bardziej odpowiedni do podeszew butów sportowych. Podeszwy z TPU są również lekkie i bardzo wytrzymałe, co gwarantuje wystarczającą amortyzację podczas uprawiania sportu i sprawia, że buty są bardzo wygodne w noszeniu. Oznacza to, że materiały TPU mogą być produkowane w różnych strukturach podeszwy, aby dostosować się do różnych wymagań sportowych.

2. Tekstylia funkcjonalne: Folie TPU są powszechnie stosowane w wodoodpornych i oddychających materiałach, które są noszone podczas uprawiania sportów na świeżym powietrzu i przez wojsko. Folie TPU są stosowane jako wodoodporne folie z oddychalnością, odpowiednie do wielu trudnych warunków. Materiał TPU charakteryzuje się również wodoodpornością i oddychalnością nawet w środowisku o wysokiej wilgotności i dużym obciążeniu.

Wnioski

Ze względu na lepsze właściwości TPU jest szeroko stosowany w przemyśle formowania wtryskowego. Stale rozwijające się technologie i opanowanie formowania wtryskowego oraz problemów związanych z jego przetwarzaniem, obszary zastosowań TPU będą się dalej poszerzać. W przyszłości miejsce TPU w procesie formowania wtryskowego stanie się przydatne, gdy nowe technologie i zapotrzebowanie klientów wzrosną, oferując wysoką wydajność w różnych dziedzinach.

W oparciu o znajomość podstawowych właściwości TPU, Technologia formowania wtryskowegoW związku z tym, że w niniejszym artykule omówiono zastosowanie i przetwarzanie, problemy i środki zaradcze, a także przyszły rozwój i trendy, będzie on korzystny dla szerszego zastosowania tego wysokowydajnego materiału w obszarze formowania wtryskowego i stworzy więcej możliwości rozwoju tej dziedziny. Dzięki opublikowaniu tego artykułu praktycy będą mogli wykorzystać TPU w swojej pracy nad rozwojem formowania wtryskowego.