Como o TPU é usado na indústria de moldagem por injeção?

Como é Utilizada a TPU na Indústria de Moldagem por Injeção? | ZetarMold

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

O processo de moldagem por injeção de TPU é semelhante ao de outros termoplásticos, mas exige controle preciso dos parâmetros e das condições de processamento devido às propriedades exclusivas do TPU. Veja a seguir um guia detalhado sobre como o TPU é processado por 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. Controle de temperatura: A faixa de temperatura de processamento do TPU situa-se entre 180 e 230℃. Como cada detalhe do TPU se reflete no produto final, o calor também pode deteriorar suas propriedades físicas. Portanto, o controle da temperatura é muito importante no processo de produção para garantir a qualidade correta do produto final. Uma das principais desvantagens é que o TPU geralmente tem temperatura de fusão um pouco menor que a de muitos outros termoplásticos, exigindo controle mais preciso da temperatura dos equipamentos de processamento.

2. Velocidade de injeção: Para evitar tensões internas e bolhas causadas por uma injeção muito rápida, deve-se usar velocidade média. A forma de injeção afeta a velocidade do processo e a uniformidade do preenchimento do molde, melhorando as características mecânicas do produto. Em velocidades muito altas, o ar fica retido no material e confere à peça uma aparência cheia de bolhas.

3. Controle de pressão: Tanto a pressão quanto o tempo de recalque devem ser adequados para que os produtos mantenham estabilidade dimensional e uma superfície atraente. Pressão de recalque excessiva gera elevada tensão interna; por outro lado, um tempo de recalque curto causa contração e deformação. Para obter o melhor resultado, o tempo de recalque geralmente depende sobretudo da espessura do produto e da complexidade de seu projeto.

Conceção de moldes

O projeto do molde exerce influência significativa sobre os produtos moldados em TPU. Embora a fluidez do TPU seja relativamente boa, o projeto de molde de injeção deve incluir canais e pontos de injeção adequados para evitar preenchimento deficiente causado por pontos pequenos ou canais mal projetados. A flexibilidade do material também deve ser considerada, definindo corretamente o ângulo de saída para não danificar o produto na desmoldagem. Outros parâmetros incluem o acabamento superficial e a temperatura do molde: o acabamento ajuda a evitar defeitos superficiais, enquanto a temperatura promove resfriamento uniforme e reduz o tempo de ciclo. Pontos principais a considerar no projeto de moldes de injeção para 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.

O canal principal liga o bico aos canais secundários ou cavidades e abre para dentro com ângulo superior a 2 graus para facilitar a remoção. Em moldes multicavidade, os canais secundários ligam o principal a cada cavidade e devem ser equilibrados. A secção pode ser redonda, semicircular ou retangular, com diâmetro ideal de 6 a 9mm. A superfície deve ser polida para reduzir resistência e acelerar o 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.

O ponto de injeção é a passagem que liga o canal principal ou o canal secundário à cavidade. Normalmente, possui uma área de secção transversal inferior à do canal e constitui a secção mais pequena do sistema de canais; além disso, deve ter um comprimento reduzido. O ponto de injeção pode ter qualquer forma, como retangular ou circular, e as dimensões dependem da espessura dos produtos. Para produtos com espessura < 4mm, diâmetro = 1mm e, para espessura 4-8mm, diâmetro = 1. Para uma espessura de parede inferior a 8 mm, o diâmetro é 1. 4 mm; para espessuras entre 8 mm e 4 mm, o diâmetro é 2; e, para espessuras superiores a 4mm, é 2. 0-2. 7 mm. A posição do ponto de injeção é normalmente definida na zona mais espessa do produto que não afete significativamente o valor estético nem a função, a 90 degrees da parede do molde, para eliminar cavidades de contração e marcas de turbulência.

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

Os parâmetros de temperatura, pressão e tempo usados na moldagem por injeção de TPU são essenciais para obter plastificação, fluidez e resfriamento adequados. A aparência e o desempenho de qualquer peça de TPU são diretamente influenciados pelo ajuste correto desses critérios. Quando o processamento ocorre como previsto, todos os produtos finais devem apresentar aparência uniforme, com tonalidade regular 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 cilindro: A temperatura do cilindro é escolhida com base na dureza do TPU. Quanto maior a dureza, maior a temperatura de fusão do TPU e, consequentemente, maior deve ser a temperatura do cilindro. A faixa de processamento do cilindro para TPU é de 177 a 232 graus Celsius. A distribuição de temperatura normalmente aumenta de forma gradual do lado do funil, ou extremidade traseira, até o bico, ou extremidade dianteira, para que a temperatura do TPU suba continuamente durante a plastificação.

2. Temperatura do bico: Em geral, a temperatura do bico é ligeiramente inferior à temperatura máxima do cilindro, pois um bico de passagem direta pode apresentar gotejamento. No entanto, quando se usa um bico com fechamento automático para impedir o gotejamento, a temperatura pode ser ajustada dentro da faixa da temperatura máxima do cilindro.

3. Temperatura do molde: A temperatura de ajuste do molde tem grande impacto nas características do substrato e na rugosidade superficial das peças de TPU. Ela pode variar conforme fatores como o grau de cristalinidade do TPU e o tamanho da peça. Em geral, a temperatura do molde é regulada por outro meio de resfriamento mantido a uma temperatura fixa, como a água. TPUs de maior dureza apresentam diferentes graus de reticulação, além de maior cristalinidade e temperatura inicial do molde. Para o Texin de dureza 480A, por exemplo, a faixa adequada é de 20–30°C; para dureza 591A, de 30–50°C; e para dureza 355D, de 40–65°C. A faixa típica para peças de TPU é de 10–60°C. Temperaturas baixas fazem parte do material fundido solidificar antes do restante, criando linhas de fluxo e restringindo o crescimento dos esferulitos, o que reduz a cristalinidade e resulta em contração pós-moldagem e variações de desempenho.

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 instrumentos e de controle: Devido à flexibilidade e à resistência à abrasão, o TPU pode ser usado em peças internas de automóveis. Painéis de TPU são agradáveis ao toque e dissipam a energia de impactos, aumentando a segurança. O material também ajuda a absorver ruídos e vibrações, proporcionando uma experiência de condução mais confortável.

2. Vedações de faróis: As vedações automotivas dos conjuntos de faróis devem resistir às intempéries e vedar com eficácia. O TPU suporta condições de calor e frio, impedindo que a água da chuva penetre no farol e prolongando sua vida útil. Sua resistência aos raios ultravioleta evita degradação ou amarelamento, mesmo após exposição prolongada ao sol.

3. Para-choques: Atualmente, o TPU é amplamente conhecido por sua aplicação na indústria automotiva, especialmente na produção de para-choques. Sua boa elasticidade permite suportar e absorver muita energia durante impactos, protegendo os veículos. A excelente resistência à abrasão também aumenta a durabilidade do para-choque. Para-choques protetores de TPU reduzem os danos a pedestres e a outros carros, aumentando 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: Eles são altamente flexíveis e biocompatíveis, podendo permanecer no corpo por longos períodos sem provocar reações. Os cateteres de TPU não reagem quimicamente com os fluidos que os atravessam nem perdem sua integridade mecânica em diversas situações médicas, além de não causar desconforto ao paciente.

2. Luvas cirúrgicas: As luvas de TPU são macias e resistentes, oferecendo aos cirurgiões flexibilidade e conforto durante as cirurgias e ajudando a reduzir a contaminação bacteriana. Elas resistem a perfurações e produtos químicos, sendo mais seguras e confiáveis em procedimentos cirúrgicos.

3. Tubos de infusão: O TPU mantém suas propriedades durante a infusão e não interage com os reagentes, característica muito importante na fabricação de conjuntos de infusão. Os tubos de TPU usados em procedimentos atuais dificultam a aderência de sangue e medicamentos, reduzindo a possibilidade de infecções.

Indústria eletrónica e eléctrica

1. Capas de celular: O TPU é muito usado em capas por combinar transparência e capacidade de absorver impactos. As capas de TPU protegem os celulares contra danos, como os provocados por quedas, sem prejudicar a aparência e a sensação do aparelho. O material também permite grande variedade de cores e projetos conforme as necessidades.

2. Revestimentos de cabos: Devido à alta resistência à abrasão e a óleos, o TPU é amplamente utilizado em revestimentos de cabos. Esses revestimentos ajudam os cabos a suportar mudanças de condição em ambientes severos, aumentando sua durabilidade. Os materiais de TPU permanecem flexíveis sob temperaturas altas ou baixas, o que os torna adequados para o setor industrial.

Calçado e têxteis

1. Solados de calçados esportivos: Devido à elasticidade e à grande resistência à abrasão, o TPU é muito adequado para solados de calçados esportivos. Os solados de TPU também são leves e muito resistentes, garantindo amortecimento suficiente durante atividades esportivas e tornando o calçado confortável. O material pode ser produzido em diferentes estruturas de solado para atender às necessidades de vários esportes.

2. Têxteis funcionais: Filmes de TPU são amplamente usados como materiais impermeáveis e respiráveis em atividades como esportes ao ar livre e aplicações militares. Eles formam películas impermeáveis e respiráveis adequadas a muitas condições severas. O TPU mantém essas características mesmo em ambientes com alta umidade e grande tensão mecânica.

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 características fundamentais do TPU, da tecnologia de moldagem por injeção, de suas aplicações e processamento, dos problemas e medidas corretivas, bem como de seu desenvolvimento e tendências futuras, este artigo contribuirá para ampliar o uso desse material de alto desempenho na moldagem por injeção e criará novas possibilidades para o avanço do setor. As informações apresentadas podem ajudar os profissionais a incorporar e utilizar o TPU enquanto aprimoram a moldagem por injeção.

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