Jak TPU wykorzystuje się w branży formowania wtryskowego?

Jak TPU jest wykorzystywane w branży formowania wtryskowego? | ZetarMold

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

Proces formowania wtryskowego TPU jest podobny do przetwarzania innych tworzyw termoplastycznych, ale ze względu na wyjątkowe właściwości TPU wymaga precyzyjnego sterowania parametrami i warunkami procesu. Poniżej przedstawiono szczegółowy przewodnik po przetwarzaniu TPU techniką 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: Zakres temperatury przetwórstwa TPU wynosi 180–230℃. Ponieważ każdy szczegół procesu wpływa na wyrób końcowy, nadmierne ciepło może pogorszyć właściwości fizyczne TPU. Dokładna kontrola temperatury ma zatem kluczowe znaczenie dla zapewnienia odpowiedniej jakości produktu. TPU ma zwykle nieco niższą temperaturę topnienia niż wiele innych tworzyw termoplastycznych, dlatego urządzenia przetwórcze wymagają precyzyjniejszego sterowania temperaturą.

2. Prędkość wtrysku: Aby zapobiec naprężeniom wewnętrznym i pęcherzom powodowanym przez zbyt szybki wtrysk, należy stosować prędkość średnią. Sposób wtryskiwania wpływa także na przebieg procesu i równomierność napełnienia formy, a tym samym na właściwości mechaniczne wyrobu. Przy bardzo dużej prędkości wtrysku do gniazda w materiale zostaje uwięzione powietrze, powodując powstawanie pęcherzy.

3. Kontrola ciśnienia: Ciśnienie i czas docisku należy dobrać tak, aby wyroby zachowały stabilne wymiary i atrakcyjną powierzchnię. Zbyt wysokie ciśnienie docisku powoduje duże naprężenia wewnętrzne, natomiast zbyt krótki czas docisku prowadzi do skurczu i odkształceń. Optymalny czas zależy przede wszystkim od grubości wyrobu i złożoności jego konstrukcji.

Projektowanie form

Konstrukcja formy ma istotny wpływ na jakość wyrobów formowanych z TPU. Choć TPU ma dobre właściwości płynięcia, potrzebuje odpowiednio zaprojektowanych przewężek i kanałów, aby małe przewężki lub niewłaściwy układ kanałów nie powodowały niedolewów. Trzeba również uwzględnić elastyczność materiału i prawidłowo dobrać kąty pochylenia, aby nie uszkodzić produktu podczas rozformowania. Ważne są także wykończenie powierzchni i temperatura formy: odpowiednie wykończenie zapobiega wadom powierzchniowym, a temperatura sprzyja równomiernemu chłodzeniu i skraca czas cyklu. Kluczowe kwestie w projektowaniu formy wtryskowej do 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.

Kanał główny łączy dyszę wtryskarki z kanałami pomocniczymi lub gniazdami formy. Rozszerza się do wewnątrz pod kątem większym niż 2°, aby ułatwić usuwanie pozostałości kanału. W formach wielogniazdowych kanał pomocniczy łączy kanał główny z każdym gniazdem; odgałęzienia powinny być rozmieszczone równomiernie lub zrównoważone. Przekrój kanału może być okrągły, półokrągły lub prostokątny, a jego idealna średnica powinna wynosić 6–9 mm. Powierzchnię kanału należy wypolerować podobnie jak powierzchnię gniazda formy, aby zmniejszyć opory przepływu materiału i przyspieszyć napełnianie formy.

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.

Przewężka jest kanałem łączącym kanał główny lub kanał pomocniczy z gniazdem formy. Jej pole przekroju jest zwykle mniejsze niż pole przekroju kanału doprowadzającego i stanowi ona najmniejszy odcinek układu wlewowego; ponadto powinna być krótka. Przewężka może mieć dowolny kształt, na przykład prostokątny lub okrągły, a jej wymiary zależą od grubości wyrobu. Dla wyrobów o grubości < 4mm średnica = 1mm, a dla grubości 4-8mm średnica = 1. Przy grubości ścianki poniżej 8 mm średnica wynosi 1. 4 mm, dla grubości od 8 mm do 4 mm średnica wynosi 2, a dla grubości powyżej 4mm — 2. 0-2. 7 mm. Położenie przewężki wybiera się zwykle w najgrubszej części wyrobu, w miejscu, które nie wpływa znacząco ani na estetykę, ani na funkcjonalność, pod kątem 90 stopni do ścianki formy, aby wyeliminować jamy skurczowe i smugi wirowe.

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

Temperatura, ciśnienie i czas podczas formowania wtryskowego TPU decydują o prawidłowym uplastycznieniu, płynięciu i chłodzeniu materiału. Właściwe ustawienie tych parametrów bezpośrednio wpływa na wygląd i właściwości części z TPU. Przy prawidłowym przebiegu procesu wszystkie gotowe wyroby powinny mieć jednolity wygląd i równomierny odcień od białego do beżowego.

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 cylindra: Temperaturę cylindra dobiera się do twardości TPU. Twardszy TPU ma wyższą temperaturę topnienia, dlatego wymaga również wyższej temperatury cylindra. Typowy zakres przetwórstwa TPU wynosi 177–232°C. Rozkład temperatury zwykle stopniowo wzrasta od strony zasypu, czyli tylnej części cylindra, ku dyszy, aby TPU nagrzewał się równomiernie i prawidłowo uplastyczniał.

2. Temperatura dyszy: Temperatura dyszy jest zwykle nieco niższa od najwyższej temperatury cylindra, ponieważ dysza otwarta może powodować wyciekanie stopionego materiału. W przypadku zastosowania dyszy samozamykającej, która zapobiega wyciekaniu, temperaturę dyszy można ustawić w zakresie najwyższej temperatury cylindra.

3. Temperatura formy: Temperatura formy silnie wpływa na właściwości podłoża i chropowatość powierzchni części z TPU. Zależy między innymi od stopnia krystaliczności TPU i wielkości części. Temperaturę formy reguluje się zwykle medium chłodzącym o stałej temperaturze, na przykład wodą. Odpowiednia wartość zależy też od twardości materiału. Dla Texin 480A właściwy zakres wynosi 20–30°C, dla twardości 591A — 30–50°C, a dla twardości 355D — 40–65°C. Typowy zakres dla części z TPU to 10–60°C. Przy zbyt niskiej temperaturze formy część stopionego materiału zestala się przed resztą, tworząc linie płynięcia i ograniczając wzrost sferolitów, przez co materiał ma małą krystaliczność. Prowadzi to do skurczu po formowaniu i zmienności właściwości 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. Deski rozdzielcze i panele sterowania: Dzięki elastyczności i odporności na ścieranie TPU można stosować w elementach wnętrza samochodu. Deski rozdzielcze i panele z TPU są przyjemne w dotyku oraz pochłaniają energię uderzenia, zwiększając bezpieczeństwo. Materiał tłumi także dźwięki i drgania, poprawiając komfort jazdy.

2. Uszczelki reflektorów: Uszczelki w zespołach reflektorów muszą być odporne na warunki atmosferyczne i skutecznie uszczelniać połączenie. TPU zachowuje właściwości podczas upałów i mrozów, zapobiegając przedostawaniu się wody deszczowej do reflektora i jego przedwczesnemu zużyciu. Odporność TPU na promieniowanie UV ogranicza degradację i żółknięcie podczas długotrwałej ekspozycji na słońce.

3. Zderzaki: TPU jest szeroko stosowany w motoryzacji, szczególnie do produkcji zderzaków. Dzięki dużej elastyczności pochłania znaczną energię uderzenia, chroniąc pojazd. Doskonała odporność na ścieranie zwiększa również trwałość zderzaka. Zderzaki ochronne z TPU zmniejszają zagrożenie dla pieszych i innych pojazdów, podnosząc bezpieczeństwo.

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 bardzo elastyczne i biokompatybilne, dzięki czemu mogą długo pozostawać w organizmie bez wywoływania reakcji. Cewniki z TPU nie reagują chemicznie z przepływającymi płynami, zachowują wytrzymałość mechaniczną w różnych zastosowaniach medycznych i nie powodują dyskomfortu pacjenta.

2. Rękawice chirurgiczne: Rękawice z TPU są miękkie i wytrzymałe, dlatego zapewniają chirurgom swobodę ruchów i komfort, a zarazem ograniczają skażenie bakteryjne. Są odporne na przebicie i działanie substancji chemicznych, co zwiększa bezpieczeństwo i niezawodność podczas operacji.

3. Przewody infuzyjne: TPU zachowuje właściwości podczas infuzji i nie reaguje z podawanymi substancjami, co jest bardzo ważne przy produkcji zestawów infuzyjnych. Współczesne przewody infuzyjne z TPU ograniczają przyleganie krwi i leków, zmniejszając ryzyko zakażenia.

Przemysł elektroniczny i elektryczny

1. Etui na telefony: TPU jest często stosowany do produkcji etui ze względu na przezroczystość i odporność na uderzenia. Etui z TPU chronią telefon przed uszkodzeniami, na przykład wskutek upadku, a jednocześnie zachowują jego wygląd i wygodę użytkowania. Materiał umożliwia stosowanie różnych kolorów i wzorów zgodnie z wymaganiami.

2. Powłoki kabli: Dzięki wysokiej odporności na ścieranie i oleje TPU jest szeroko stosowany w powłokach kabli. Powłoki z TPU chronią przewody w trudnych warunkach, zwiększając ich trwałość. Materiał pozostaje elastyczny zarówno w wysokiej, jak i niskiej temperaturze, dlatego dobrze sprawdza się w zastosowaniach przemysłowych.

Obuwie i tekstylia

1. Podeszwy obuwia sportowego: Elastyczność i wysoka odporność na ścieranie sprawiają, że TPU dobrze nadaje się na podeszwy obuwia sportowego. Podeszwy z TPU są lekkie i bardzo wytrzymałe, zapewniają odpowiednią amortyzację podczas aktywności oraz wysoki komfort noszenia. Materiał pozwala wytwarzać różne konstrukcje podeszew dopasowane do wymagań poszczególnych dyscyplin sportu.

2. Tekstylia funkcjonalne: Folie TPU są powszechnie stosowane jako wodoodporne i oddychające materiały w odzieży do sportów terenowych oraz zastosowań wojskowych. Zapewniają wodoodporność i przepuszczalność pary w wielu trudnych warunkach. TPU zachowuje te właściwości nawet przy wysokiej wilgotności i dużych obciążeniach.

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.

Omówienie podstawowych właściwości TPU, technologii formowania wtryskowego, zastosowań i przetwórstwa, problemów i środków zaradczych oraz przyszłych kierunków rozwoju sprzyja szerszemu wykorzystaniu tego wysokowydajnego materiału w branży formowania wtryskowego i tworzy nowe możliwości jej rozwoju. Artykuł może pomóc specjalistom we wdrażaniu i stosowaniu TPU w pracach nad doskonaleniem procesu.

Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.

Poproś o bezpłatną wycenę → Zobacz nasz Kompletny przewodnik po formowaniu wtryskowym, aby uzyskać pełny przegląd.