Os plásticos elásticos e termoplásticos normalmente utilizados para moldagem por injeção incluem produtos de espuma de poliuretano viscoelástica, flexíveis e auto-revestidos e borracha termoplástica moldada por injeção (TPR), elastómeros termoplásticos (TPE) e uretano termoplástico (TPU). O TPU, ou poliuretano termoplástico, é um material que muitas indústrias adoram porque pode ser derretido e moldado novamente como os termoplásticos, mas continua a ter propriedades elásticas. Uma área em que este material versátil realmente brilha é na moldagem por injeção; nada mais oferece flexibilidade e resistência da mesma forma. Este artigo analisa as propriedades fundamentais do TPU, o processo de moldagem por injeçãoO livro contém uma lista de aplicações práticas, fornecendo orientações completas para os profissionais do sector.

Propriedades fundamentais do TPU

O TPU é um elastómero termoplástico produzido pela reação de diisocianatos (como o MDI ou o TDI), polióis de poliéter ou poliéster e extensores de cadeia. Tem as seguintes propriedades principais:

Elasticidade e flexibilidade

O TPU é uma excelente escolha para artigos que necessitam de ser muito elásticos, porque a sua elasticidade é a mesma numa vasta gama de temperaturas. Este material também se adapta bem ao frio e não se torna frágil. A resistência à tração e o alongamento na rutura do TPU permitem-lhe manter-se estável sob tensão mecânica, o que o torna ideal para aplicações que exigem um elevado desempenho mecânico.

Resistência à abrasão

O TPU tem uma excelente resistência ao rasgo e à abrasão. Isto significa que é perfeito para fabricar produtos que têm de suportar muito desgaste, como solas de sapatos ou correias transportadoras. A sua resistência à abrasão não se limita a ambientes de utilização normal, o TPU pode manter as suas propriedades físicas mesmo em condições de utilização de alta intensidade e frequência, prolongando assim a vida útil do produto.

Resistência a óleos e produtos químicos

Particularmente em ambientes onde a resistência a químicos e óleo é crucial, como nas indústrias automóvel e petrolífera. O TPU consegue manter a sua integridade e funcionalidade em ambientes agressivos, tornando-o uma escolha fiável para aplicações exigentes.

Transparência

Devido à transparência do TPU, é adequado para os produtos que necessitam de material transparente, como capas de telemóvel e produtos médicos. O TPU tem uma elevada transparência e uma elevada transmissão de luz que, na maioria dos casos, proporciona uma visibilidade clara e tem ainda uma elevada resistência física, podendo ser fabricado para suportar condições difíceis.

Resistência às intempéries

Com uma excelente resistência aos raios UV e às intempéries, o poliuretano termoplástico (TPU) é perfeito para utilização no exterior. Mesmo após longos períodos ao sol, não perde muito as suas propriedades físicas, o que significa que os produtos à base de TPU, como o equipamento de exterior e os materiais de construção, duram muito tempo.

TPU em processos de moldagem por injeção

TPU processo de moldagem por injeção é semelhante ao de outros termoplásticos, mas exige um controlo preciso dos parâmetros e condições de processamento, uma vez que o TPU tem propriedades únicas. Segue-se um guia pormenorizado sobre a forma como o TPU é processado utilizando técnicas de moldagem por injeção:

Preparação de matérias-primas

As matérias-primas TPU (poliuretano termoplástico) estão normalmente na forma de pellets tpu e antes da moldagem por injeção, é frequentemente necessária uma secagem extensiva para se livrar da humidade que pode degradar o desempenho da peça produzida. A temperatura de secagem é normalmente definida na faixa de 80-110 ℃ e leva 2-4 horas para completar o processo de secagem para reduzir o nível de teor de umidade que provavelmente causará algumas falhas como bolhas durante o processo de injeção. Mas quando a taxa de aplicação é muito alta, a secagem a vácuo ou a secagem dessecante pode ter que ser feita para remover qualquer umidade que ainda possa estar presente no material.

Parâmetros de injeção

1. Controlo da temperatura: O TPU, é claro, tem sua faixa de temperatura de processamento entre 180-230 ℃. Como qualquer detalhe no TPU será proporcional ao produto final, o calor é outro fator que pode causar a deterioração das propriedades físicas do TPU. Por isso, o controlo da temperatura é muito importante no processo de produção, para garantir que o produto final tem a qualidade certa. Uma das principais desvantagens é o facto de o TPU ter geralmente uma temperatura de fusão ligeiramente inferior à de muitos outros termoplásticos e, por conseguinte, exigir um controlo mais apurado da temperatura nos equipamentos de processamento.

2. Velocidade de injeção: Para evitar a formação de tensões internas e de bolhas devido a uma injeção muito rápida, deve ser utilizada uma injeção de velocidade média. Confirmam também que o meio de injeção afecta a velocidade da reação e a homogeneidade do enchimento do molde, o que melhora as caraterísticas mecânicas do produto. A velocidades muito elevadas de injeção do material na cavidade do molde, o ar fica retido no material, dando ao molde um aspeto borbulhante.

3. Controlo da pressão: Tanto a pressão como o tempo de retenção devem ser adequados de forma a permitir que os produtos se mantenham dimensionalmente estáveis e tenham uma superfície atractiva. Um nível elevado de tensão interna resulta de uma pressão de retenção demasiado elevada e, em vez disso, se o tempo de retenção for baixo, haverá retração e distorção. Normalmente, o tempo de espera depende principalmente da espessura do produto, bem como da complexidade do desenho para obter o melhor resultado.

Conceção de moldes

A conceção do molde tem uma influência significativa nos bens e serviços moldados em TPU injetado. Quanto à fluidez do TPU, é indiscutivelmente boa; no entanto, deve incluir um design razoável da porta e do canal para evitar um enchimento deficiente devido à presença de pequenas portas ou a um design incorreto do canal. Além disso, a caraterística de colapsabilidade deve ser tida em consideração; o ângulo de inclinação deve ser definido corretamente para não danificar o produto no momento da desmoldagem. Outros parâmetros de entrada incluem o acabamento da superfície do molde e a temperatura do molde. O acabamento da superfície do molde é importante para a prevenção de defeitos na superfície do produto, ao passo que a temperatura do molde é importante porque ajuda a um arrefecimento uniforme, encurtando assim o tempo de ciclo. Pontos-chave a considerar na conceção do molde de injeção de TPU:

1. Taxa de encolhimento de peças moldadas em TPU

Esta distribuição depende das condições de moldagem, por exemplo, a dureza da matéria-prima, a espessura da peça, a forma da peça, a temperatura de moldagem e a temperatura do molde. Quanto ao intervalo de retração típico, as duas fontes importantes não indicam um valor específico de s que varia tipicamente entre 0,005-0,020 cm/cm. Por exemplo, uma barra retangular de 100×10×2mm será mais fina no portão na direção do comprimento, e o encolhimento na direção do fluxo será 2-3 vezes maior quando a dureza for 75A em vez de 60D. Como se pode ver na figura 1, existe uma relação entre a dureza do TPU e a espessura da peça com a taxa de contração. Como ilustrado anteriormente, para a dureza do TPU entre 78A e 90A, a taxa de contração da peça diminui à medida que a espessura aumenta e quando varia entre 95A e 74D, a taxa de contração aumenta ligeiramente à medida que a espessura aumenta.

2. Corredores e poço de água fria

O corredor principal é a passagem que comunica a moldagem por injeção O bico da máquina para o sub- canal ou cavidades dentro do molde: este canal expande-se para dentro num ângulo de mais de 2 graus para facilitar a remoção dos resíduos do canal. Nos moldes com várias cavidades, o sub-canal encontra-se a ligar o canal principal a cada cavidade e deve estar igualmente espaçado ou equilibrado no molde. A secção transversal das corrediças pode ser redonda, semicircular ou retangular e o seu diâmetro ideal deve situar-se entre 6 e 9 mm. A superfície da corrediça deve ser polida como a da cavidade do molde para diminuir a resistência ao fluxo do material e aumentar a velocidade do molde de enchimento.

A cavidade de frio é um recesso localizado na extremidade do canal primário e destina-se a armazenar material frio extra gerado entre dois disparos e a evitar que cause obstrução do sub-canal ou do portão. O material frio colocado na cavidade pode também criar rapidamente a tensão interna do produto. Idealmente, a cavidade da bala fria deve ter 8-10 mm de diâmetro e aproximadamente 6 mm de profundidade.

3. Portões e respiradouros

A comporta é identificada como a passagem para o corredor principal ou o sub-corredor para fazer uma ligação à cavidade. Normalmente, possui uma área de secção transversal inferior à da corrediça e é, na verdade, a secção mais pequena do sistema de corrediça; além disso, tem de ter um comprimento curto. A porta pode ter qualquer forma, como retangular ou circular, e as suas dimensões dependem da espessura dos produtos. Para produtos com espessura < 4 mm, o diâmetro = 1 mm e para espessuras de 4-8 mm, o diâmetro = 1. Para espessuras de parede inferiores a 8 mm, o diâmetro é de 1,4 mm, para espessuras entre 8 mm e 4 mm o diâmetro é de 2 e para espessuras superiores a 4 mm é de 2,0-2,7 mm. 7 mm A posição do portão é decidida normalmente na parte mais espessa do produto que não tem grande impacto no valor estético e na função, mesmo a 90 graus da parede do molde, de modo a eliminar a cavidade de contração e a marca de redemoinho.

Os respiros são aberturas em forma de ranhura no molde para libertar o ar dentro da cavidade do molde, uma vez que o seu aprisionamento é suscetível de causar defeitos como vazios, linhas de soldadura deficientes ou enchimento incompleto do molde, e queima no produto devido à compressão do ar que resulta na geração de calor e, por sua vez, provoca o desenvolvimento de tensões internas. A ventilação pode ser feita no terminal do fluxo de fusão na cavidade ou na superfície de separação do molde, geralmente com 0,15 mm de profundidade e 6 mm de largura.

Condições de moldagem por injeção de TPU

O Moldagem por injeção de TPU Os parâmetros de temperatura, pressão e tempo em jogo durante a moldagem do TPU são a chave para conseguir uma plastificação adequada - capacidade de fluxo - e efeitos de arrefecimento. O aspeto e o desempenho de quaisquer peças de TPU fabricadas serão diretamente influenciados pelo cumprimento correto destes critérios. Se tudo correr como deve ser durante o processamento, os produtos finais devem ter mais ou menos o mesmo aspeto: uma tonalidade uniforme e agradável entre o branco e o bege.

Temperatura

Os parâmetros que podem ser regulados durante a moldagem do TPU são a temperatura do cilindro, a temperatura do bocal e a temperatura do molde. Os dois primeiros actuam em grande medida sobre a plastificação e o fluxo do TPU, e o terceiro afecta o seu fluxo e a taxa de arrefecimento.

1. Temperatura do cano: A seleção da temperatura do cilindro baseia-se na dureza do material TPU. Obter 6 dureza mais elevada significa que o TPU tem uma temperatura de fusão mais elevada e, no final do cilindro, a temperatura também será mais elevada. A gama de temperaturas para o processamento do cilindro em TPU é de 177-232 graus Celsius. A distribuição da temperatura é normalmente aumentada gradualmente a partir do lado da tremonha ou da extremidade traseira para o bocal ou a extremidade dianteira para permitir que a temperatura do TPU suba de forma constante para a plastificação.

2. Temperatura do bocal: A temperatura do bocal é normalmente ligeiramente inferior à temperatura mais elevada do tambor, devido ao facto de existir um fenómeno de gotejamento quando é utilizado um bocal de passagem direta. No entanto, se o bocal de auto-bloqueio for aplicado para proteger a gota, a temperatura do bocal pode ser definida dentro do âmbito da temperatura mais elevada do cilindro.

3. Temperatura do molde: A temperatura a que o molde é colocado tem um enorme impacto nas caraterísticas do substrato e na rugosidade da superfície das peças de TPU. Isto pode ser afetado por aspectos como o grau de cristalinidade do TPU e o tamanho da peça que está a ser trabalhada. A temperatura do molde é normalmente regulada utilizando outro meio de arrefecimento com uma temperatura fixa, por exemplo, água. Além disso, para além do aumento da cristalinidade e da temperatura inicial do molde, o TPU de maior dureza tem um grau diferente de reticulação. Por exemplo, o Texin com dureza 480A tem uma temperatura de molde adequada entre 20-30°C, o de dureza 591A tem uma temperatura de molde de 30-50°C, enquanto o de dureza 355D tem uma temperatura de molde adequada entre 40-65°C. A gama de temperaturas de molde típica para peças de TPU situa-se entre 10 e 60 °C. A consequência de temperaturas de molde baixas é que parte da massa fundida solidifica antes do resto, criando assim linhas de fluxo e restringindo o crescimento da esferulite, de modo que o material tem uma baixa cristalinidade. Isto resulta na contração pós-moldagem, bem como na variação do desempenho da peça.

Pressão

A pressão ou força na moldagem por injeção compreende a pressão de plastificação, também designada por contrapressão e pressão de injeção. Ao retirar o parafuso, a pressão no topo da massa fundida é a contrapressão, controlada pela válvula de descarga. Uma contrapressão mais elevada aumenta a temperatura da massa fundida, diminui a taxa de plastificação, proporciona melhores temperaturas na massa fundida, ajuda na mistura de corantes e ajuda na remoção dos gases presentes na massa fundida, mas prolonga o ciclo de moldagem. Note-se que a contrapressão do TPU varia geralmente entre 0,3-4 MPa.

Tempo

O tempo que demora a fazer uma injeção é designado por ciclo de moldagem. Este inclui o enchimento do molde, a sua fixação, o seu arrefecimento e outros tempos (como a abertura do molde, a retirada da peça, o fecho do molde, etc.). Afecta a quantidade de trabalho que é feito e a utilização da máquina. Os ciclos de moldagem do TPU dependem do grau de dureza do material, da espessura da peça e da complexidade da peça. Os materiais mais duros demoram menos tempo, as peças mais espessas demoram mais tempo e as peças complicadas demoram mais tempo. A temperatura do molde também afecta o ciclo. Os ciclos de moldagem do TPU são normalmente de 20 a 60 segundos.

Pós-tratamento de peças

Devido a uma plastificação desigual no cilindro ou a diferentes taxas de arrefecimento na cavidade do molde, o TPU tem frequentemente uma cristalização, orientação e contração desiguais, o que leva a tensões internas, especialmente em peças de paredes espessas ou peças com inserções metálicas. Estas peças podem ter propriedades mecânicas reduzidas, estrias prateadas na superfície ou mesmo deformação e fissuras durante o armazenamento e a utilização. Estes problemas podem ser resolvidos através do recozimento das peças. A temperatura de recozimento depende da dureza do TPU, sendo que uma maior dureza requer temperaturas mais elevadas.

Moldagem por inserção

Para cumprir os requisitos de resistência para montagem e utilização, as peças de TPU necessitam frequentemente de inserções metálicas. Colocam-se as inserções metálicas no molde onde se pretende e, em seguida, injecta-se o TPU à volta delas para formar uma peça. As peças de TPU com inserções podem ter problemas com o facto de o TPU não aderir ao metal porque o metal e o TPU têm propriedades térmicas diferentes e encolhem a taxas diferentes. Pode resolver este problema aquecendo as inserções de metal antes de colocar o TPU nelas, tornando a diferença de temperatura menor quando injetar o TPU, arrefecendo o TPU mais lentamente à volta do metal, fazendo com que o TPU encolha uniformemente e não colocando demasiada tensão no TPU à volta do metal.

Reciclagem e reutilização de sucata

Quando o TPU é processado, os resíduos dos canais principais, dos sub-canais e das peças defeituosas podem ser reciclados e reutilizados. A experiência mostra que o material reciclado 100% sem mistura de material novo tem apenas uma ligeira diminuição das propriedades mecânicas, o que é adequado para utilização. Para manter as melhores propriedades físicas e mecânicas e condições de injeção, o rácio de reciclagem recomendado é de 25-30%. O material reciclado deve ser do mesmo tipo e grau que o novo material, evitar a utilização de material reciclado contaminado ou recozido e não armazenar o material reciclado durante demasiado tempo. É melhor peletizar e secar o material para utilização imediata. O material reciclado tem geralmente uma viscosidade de fusão inferior, pelo que as condições de moldagem têm de ser ajustadas.

Aplicações práticas de TPU em vários domínios

As propriedades únicas do TPU levaram à sua aplicação generalizada em vários domínios. Seguem-se as principais áreas de aplicação e uma análise pormenorizada:

Indústria automóvel

1. Painéis de controlo e painéis de controlo: Devido às suas caraterísticas de flexibilidade e resistência à abrasão, o TPU pode ser utilizado em peças interiores de automóveis. Os painéis de instrumentos e de controlo em TPU são confortáveis ao toque e podem dissipar a energia do impacto, o que os torna seguros. Os materiais em TPU podem ajudar a absorver o som e as vibrações, proporcionando uma experiência de condução mais confortável.

2. Vedantes dos faróis: Os vedantes para automóveis que se encontram no conjunto do farol devem resistir às intempéries e ser capazes de vedar eficazmente. O TPU pode ser imune a condições climatéricas quentes e frias, de modo a que a água da chuva não penetre no farol de um veículo e, assim, o farol não se desgaste rapidamente. A natureza da resistência ultravioleta do TPU impede-o de se degradar ou de ficar amarelo, especialmente quando exposto ao sol durante um período prolongado.

3. Para-choques: Hoje em dia, o TPU é imensamente conhecido pela sua aplicação na indústria automóvel, particularmente na produção de para-choques. Tem uma boa elasticidade, pelo que pode suportar e absorver muita energia durante os impactos, protegendo assim os veículos. Isto também aumenta a durabilidade do para-choques devido à sua excelente resistência à abrasão. Os para-choques de proteção em TPU são favoráveis ao automóvel devido à redução da vulnerabilidade aos peões e a outros automóveis, aumentando assim a segurança.

Indústria médica

O TPU é maioritariamente utilizado em aparelhos médicos e artigos que são utilizados uma vez e depois descartados em áreas médicas. Isto torna-o apropriado para o fabrico de cateteres, tubos de infusão, luvas cirúrgicas, entre outros artigos que têm de ser biocompatíveis e facilmente esterilizados. Eis algumas aplicações específicas:

1. Cateteres médicos: São altamente flexíveis e biocompatíveis, pelo que podem ser utilizados durante muito tempo dentro do corpo e, no entanto, não causam qualquer reação. Os cateteres de TPU não reagem quimicamente com os fluidos que entram no cateter nem ficam comprometidos mecanicamente numa grande variedade de circunstâncias médicas e não causam desconforto ao doente.

2. Luvas cirúrgicas: As luvas de TPU são macias e resistentes, pelo que, durante as cirurgias, os cirurgiões sentem-se muito flexíveis e confortáveis e minimizam a contaminação bacteriana. As luvas de TPU são resistentes a perfurações e a produtos químicos, pelo que são mais seguras e fiáveis durante as cirurgias.

3. Tubos de infusão: O TPU não altera as suas propriedades durante uma infusão e não interage com os reagentes, o que é muito importante no processo de produção de unidades de infusão. Os tubos de infusão de TPU utilizados nas operações cirúrgicas actuais não suportam a adesão de sangue e medicamentos, reduzindo assim a possibilidade de formação de infecções.

Indústria eletrónica e eléctrica

1. Capas para telemóveis: A TPU é principalmente a capa, uma vez que tem de ser transparente e ter capacidade para aguentar um impacto. As capas em TPU também protegem os telemóveis de danos como os que ocorrem quando o telemóvel cai e, ao mesmo tempo, conferem o aspeto e a sensação do telemóvel. É versátil em termos de cor e design de acordo com os requisitos e envolve a utilização de materiais TPU.

2. Jaquetas para cabos: Devido à sua elevada resistência à abrasão e ao óleo, o TPU é amplamente utilizado em aplicações de revestimentos de cabos. Os revestimentos de TPU ajudam a acelerar as mudanças de estado dos cabos em climas difíceis, aumentando assim a sua durabilidade. Os materiais de TPU continuam a ser flexíveis quando sujeitos a temperaturas altas ou baixas, o que os torna adequados para utilização no sector industrial.

Calçado e têxteis

1. Solas de calçado desportivo: Devido às suas propriedades de elasticidade e forte resistência à abrasão, o TPU é mais adequado para as solas de calçado desportivo. As solas de TPU são também leves e muito resistentes, o que garante um amortecimento suficiente durante a prática de actividades desportivas e torna o calçado muito confortável de usar. Isto implica que os materiais de TPU podem ser produzidos em diferentes estruturas de sola para se adaptarem aos vários requisitos desportivos.

2. Têxteis funcionais: As películas de TPU são utilizadas universalmente com material impermeável e respirável que é usado em ocasiões como desportos ao ar livre e pelos militares. As películas de TPU são utilizadas para películas à prova de água com respirabilidade, adequadas para muitas condições severas. O material TPU tem também a caraterística de ser impermeável e respirável, mesmo em ambientes de elevada humidade e stress.

Conclusão

Devido às suas melhores propriedades, o TPU é amplamente utilizado na indústria de moldagem por injeção. Com as tecnologias em constante evolução e o domínio da moldagem por injeção e dos seus problemas de processamento, os campos de aplicação do TPU irão alargar-se ainda mais. No futuro, o lugar do TPU no processo de moldagem por injeção tornar-se-á útil, quando as novas tecnologias e a procura dos clientes aumentarem, oferecendo um elevado desempenho em diferentes domínios.

Com base no conhecimento das caraterísticas básicas do TPU, tecnologia de moldagem por injeçãoCom a publicação deste artigo, que inclui a aplicação e o processamento, os problemas e as contramedidas, bem como o desenvolvimento e as tendências futuras, este documento será benéfico para uma aplicação mais ampla deste material de elevado desempenho na área da moldagem por injeção e criará mais possibilidades para o desenvolvimento deste campo. Com este artigo publicado, estes profissionais poderão incorporar e utilizar o TPU à medida que trabalham para fazer avançar a moldagem por injeção.