Часто используемые эластичные и термопластичные пластмассы для литья под давлением включают самокожистые, гибкие, вязкоупругие пенополиуретановые изделия, а также литые термопластичные резины (TPR), термопластичные эластомеры (TPE) и термопластичный полиуретан (TPU). TPU, или термопластичный полиуретан, — это материал, который любят во многих отраслях, потому что его можно расплавить и формовать заново, как термопластики, но при этом он сохраняет эластичные свойства. Одна из областей, где этот универсальный материал действительно проявляет себя, — это литье под давлением; ничто другое не предлагает одновременно гибкость и прочность таким же образом. В этой статье рассматриваются основные свойства TPU, процесс литья под давлением, практические применения, предоставляя всестороннее руководство для профессионалов отрасли.
Основные свойства ТПУ
ТПУ - это термопластичный эластомер, получаемый в результате реакции диизоцианатов (таких как MDI или TDI), полиэфирных или полиэфирных полиолов и удлинителей цепи. Он обладает следующими основными свойствами:
Эластичность и гибкость
TPU - отличный выбор для изделий, которые должны быть очень растяжимыми, поскольку его эластичность одинакова в широком диапазоне температур. Этот материал также хорошо переносит холод и не становится хрупким. Прочность на разрыв и удлинение при разрыве TPU позволяют ему оставаться стабильным при механических нагрузках, что делает его идеальным для применения в приложениях, требующих высоких механических характеристик.
Устойчивость к истиранию
ТПУ обладает превосходной прочностью на разрыв и истирание. Это означает, что он идеально подходит для изготовления изделий, которые должны выдерживать значительный износ, например подошв обуви или конвейерных лент. Стойкость к истиранию не ограничивается обычными условиями эксплуатации, ТПУ может сохранять свои физические свойства даже при высокоинтенсивном и высокочастотном использовании, тем самым продлевая срок службы изделия.
Устойчивость к воздействию масел и химикатов
Особенно в условиях, когда устойчивость к химическим веществам и маслам имеет решающее значение, например, в автомобильной и нефтяной промышленности. TPU может сохранять свою целостность и функциональность в суровых условиях, что делает его надежным выбором для сложных приложений.
Прозрачность
Благодаря прозрачности TPU, он подходит для тех изделий, которые нуждаются в прозрачном материале, например, для чехлов для телефонов и медицинских изделий. TPU обладает высокой прозрачностью и высокой светопропускной способностью, что в большинстве случаев обеспечивает четкую видимость, и при этом имеет высокую физическую прочность и может выдерживать жесткие условия эксплуатации.
Устойчивость к погодным условиям
Термопластичный полиуретан (ТПУ), обладающий отличной устойчивостью к ультрафиолетовым лучам и атмосферным воздействиям, идеально подходит для использования на открытом воздухе. Даже после длительного пребывания на солнце он практически не теряет своих физических свойств, а значит, изделия на основе ТПУ, такие как снаряжение для активного отдыха и строительные материалы, служат долго.
ТПУ в процессах литья под давлением
Процесс литья TPU под давлением аналогичен процессу для других термопластиков, но требует точного контроля параметров и условий обработки, поскольку TPU обладает уникальными свойствами. Ниже приведено подробное руководство по обработке TPU с использованием техник литья под давлением:
Подготовка сырья
Сырьевые материалы TPU (термопластичный полиуретан) обычно представлены в виде гранул, и перед литьем под давлением часто требуется тщательная сушка, чтобы избавиться от влаги, которая может ухудшить характеристики производимой детали. Температура сушки обычно устанавливается в диапазоне 80-110℃, и процесс сушки занимает 2-4 часа, чтобы снизить уровень содержания влаги, которая может вызвать некоторые дефекты в виде пузырьков во время процесса впрыска. Но если скорость нанесения очень высока, то может потребоваться вакуумная сушка или сушка влагопоглотителем для удаления влаги, которая все еще может присутствовать в материале.
Параметры инъекции
1. Контроль температуры: Диапазон переработки ТПУ обычно составляет 180–230 °C. Поскольку качество каждой особенности детали из ТПУ влияет на конечное изделие, перегрев может ухудшить физические свойства материала. Поэтому для получения продукции требуемого качества температуру в производственном процессе необходимо строго контролировать. Один из основных недостатков ТПУ состоит в том, что его температура плавления обычно несколько ниже, чем у многих других термопластов, поэтому технологическому оборудованию требуется более точное регулирование температуры.
2. Скорость впрыска: Чтобы предотвратить внутренние напряжения и образование пузырьков из-за слишком быстрого впрыска, следует использовать среднюю скорость. Режим впрыска влияет на скорость процесса и равномерность заполнения формы, а значит и на механические характеристики изделия. При чрезмерно высокой скорости подачи материала в полости формы захватывается воздух, из-за чего в изделии появляются пузырьки.
3. Давление выдержки: Давление и время выдержки должны обеспечивать стабильность размеров и привлекательную поверхность изделий. Чрезмерное давление создаёт высокие внутренние напряжения, а недостаточное время вызывает усадку и деформацию. Оптимальное время зависит главным образом от толщины изделия и сложности его конструкции.
Дизайн пресс-формы
Конструкция пресс-формы существенно влияет на качество изделий из ТПУ. Хотя ТПУ обладает хорошей текучестью, литниковая система должна быть рассчитана так, чтобы малые впускные каналы или неверная геометрия не вызывали недолив. Следует также правильно назначить уклоны для извлечения без повреждений. Качество поверхности формы предотвращает дефекты, а её температура обеспечивает равномерное охлаждение и сокращает цикл. Ключевые аспекты: Проектирование пресс-формы для ТПУ:
Это распределение зависит от условий формования, например, от твердости исходного материала, толщины детали, формы детали, температуры формования и температуры пресс-формы. Что касается типичного диапазона усадки, то два важных источника не указывают конкретного значения s, которое обычно находится в пределах 0. 005-0. 020 см/см. Например, прямоугольный брусок размером 100×10×2 мм будет тоньше у затвора в направлении длины, а усадка в направлении потока будет в 2-3 раза больше, если твердость составляет 75A, а не 60D. Как показано на рисунке 1, существует зависимость между твердостью ТПУ и толщиной детали и скоростью усадки. Как показано выше, при твердости ТПУ в диапазоне от 78A до 90A скорость усадки детали уменьшается по мере увеличения толщины, а при твердости в диапазоне от 95A до 74D скорость усадки немного увеличивается по мере увеличения толщины.
Основной литник — это канал, соединяющий сопло машины для литья под давлением с вторичным литником или полостями внутри формы: этот литник расширяется внутрь под углом более 2 градусов, чтобы облегчить удаление остатков литника. Вторичный литник в многогнездных формах соединяет основной литник с каждой полостью, и они должны быть равномерно распределены или сбалансированы в форме. Поперечное сечение литников может быть круглым, полукруглым или прямоугольным, а его идеальный диаметр должен составлять от 6 до 9 мм. Поверхность литника должна быть отполирована, как и полость формы, чтобы снизить сопротивление потоку материала и увеличить скорость заполнения формы.
Колодец для холодных пуль - это углубление, расположенное в конце первичного канала и предназначенное для хранения лишнего холодного материала, образующегося между двумя выстрелами, и предотвращения его попадания в подбегающий канал или затвор. Холодный материал, помещенный в углубление, также может быстро создать внутреннее напряжение изделия. Колодец для холодных пуль в идеале должен иметь диаметр 8-10 мм и глубину около 6 мм.
Литник представляет собой канал, соединяющий главный или вспомогательный литниковый канал с полостью пресс-формы. Обычно площадь его поперечного сечения меньше, чем у литникового канала; фактически это самое узкое сечение литниковой системы, причем его длина должна быть небольшой. Литник может иметь любую форму, например прямоугольную или круглую, а его размеры зависят от толщины изделия. Для изделий толщиной < 4mm диаметр = 1mm, а при толщине 4-8mm диаметр = 1. При толщине стенки менее 8 mm диаметр составляет 1. 4 mm, при толщине от 8 mm до 4 mm — 2, а при толщине более 4mm — 2. 0-2. 7 mm. Положение литника обычно выбирают в самой толстой части изделия, где он оказывает минимальное влияние на внешний вид и функцию, под углом 90 градусов к стенке пресс-формы, чтобы исключить усадочную раковину и следы завихрения.
Вентили - это щелевидные отверстия в пресс-форме для выпуска воздуха в полость формы, поскольку его задержание может привести к появлению таких дефектов, как пустоты, некачественные линии шва или неполное заполнение формы, а также к горению при производстве из-за сжатия воздуха, что приводит к выделению тепла и, в свою очередь, вызывает развитие внутренних напряжений. Вентиляция может осуществляться в конце потока расплава в полости или на разделительной поверхности формы, обычно они имеют глубину 0. 15 мм и ширину 6 мм.
Условия литья под давлением ТПУ
Температура, давление и время при литье ТПУ определяют качество пластификации, течения и охлаждения. От их правильной настройки напрямую зависят внешний вид и свойства деталей. При стабильном процессе изделия получают однородный оттенок от белого до бежевого.
Температура
Параметры, которые можно регулировать при формовании ТПУ, - это температура бочки, температура сопла и температура пресс-формы. Первые два параметра в значительной степени влияют на пластификацию и текучесть ТПУ, а третий - на его расход и скорость охлаждения.
1. Температура цилиндра: Её выбирают с учётом твёрдости ТПУ: чем твёрже материал, тем выше температура плавления и требуемая температура цилиндра. Типичный диапазон переработки — 177–232 °C. От зоны загрузки к соплу температуру обычно плавно повышают, обеспечивая равномерную пластификацию.
2. Температура сопла: Обычно она немного ниже максимальной температуры цилиндра, чтобы прямоточное сопло не подтекало. При использовании самозапирающегося сопла температуру можно установить на уровне максимальной температуры цилиндра.
3. Температура пресс-формы: Она существенно влияет на свойства и шероховатость поверхности деталей из ТПУ; выбор зависит от кристалличности материала и размера детали. Температуру обычно регулируют водой или другим теплоносителем. Для Texin 480A рекомендуются 20–30 °C, для 591A — 30–50 °C, для 355D — 40–65 °C; типичный общий диапазон составляет 10–60 °C. При слишком низкой температуре расплав преждевременно затвердевает, образуя линии течения и ограничивая рост сферолитов, что снижает кристалличность и вызывает последующую усадку и нестабильность свойств.
Давление
Давление или сила при литье под давлением включает в себя давление пластификации, также называемое противодавлением и давлением впрыска. Ср. При извлечении шнека давление на верхнюю часть расплава является противодавлением, которое регулируется переливным клапаном. Более высокое противодавление повышает температуру расплава, снижает скорость пластификации, обеспечивает лучшую температуру в расплаве, помогает в смешивании красителей и способствует удалению газов, присутствующих в расплаве, но удлиняет цикл формования. Следует отметить, что противодавление ТПУ обычно варьируется в пределах 0. 3-4 МПа.
Время
Время, необходимое для выполнения впрыска, называется циклом литья. Он включает в себя заполнение формы, выдержку, охлаждение и другие моменты (например, открытие формы, извлечение детали, закрытие формы и т. д.). От этого зависит, сколько работы вы сделаете и как часто будете использовать машину. Циклы формовки ТПУ зависят от твердости материала, толщины детали и ее сложности. Для более твердых материалов требуется меньше времени, для толстых деталей - больше, а для сложных - больше. Температура пресс-формы также влияет на цикл. Циклы формовки ТПУ обычно составляют 20-60 секунд.
Постобработка деталей
Из-за неравномерной пластификации в бочке или разной скорости охлаждения в полости пресс-формы ТПУ часто имеет неравномерную кристаллизацию, ориентацию и усадку, что приводит к внутренним напряжениям, особенно в толстостенных деталях или деталях с металлическими вставками. Такие детали могут иметь сниженные механические свойства, серебристые разводы на поверхности или даже деформацию и растрескивание во время хранения и использования. Эти проблемы можно решить путем отжига деталей. Температура отжига зависит от твердости ТПУ, причем для более высокой твердости требуются более высокие температуры.
Вставное формование
Чтобы обеспечить прочность при сборке и использовании, детали из ТПУ часто нуждаются в металлических вставках. Вы помещаете металлические вставки в форму в нужных местах, а затем впрыскиваете ТПУ вокруг них, чтобы получить единую деталь. Детали из ТПУ со вставками могут иметь проблемы с тем, что ТПУ не прилипает к металлу, поскольку металл и ТПУ имеют разные тепловые свойства и сокращаются с разной скоростью. Это можно исправить, нагревая металлические вставки перед нанесением на них ТПУ, делая разницу температур меньше при впрыскивании ТПУ, медленнее охлаждая ТПУ вокруг металла, обеспечивая равномерную усадку ТПУ и не подвергая ТПУ слишком большой нагрузке вокруг металла.
Переработка и вторичное использование лома
При переработке ТПУ отходы от основных и вспомогательных бегунов, а также бракованные детали могут быть переработаны и использованы повторно. Эксперимент показал, что переработанный материал 100% без смешивания с новым материалом имеет лишь незначительное снижение механических свойств, что вполне подходит для использования. Для сохранения наилучших физико-механических свойств и условий впрыска рекомендуемое соотношение рециклинга составляет 25-30%. Переработанный материал должен быть того же типа и марки, что и новый материал, избегайте использования загрязненного или отожженного переработанного материала и не храните переработанный материал слишком долго. Лучше всего гранулировать и высушить его для немедленного использования. Переработанный материал обычно имеет более низкую вязкость расплава, поэтому условия формования необходимо корректировать.
Практическое применение ТПУ в различных областях
Уникальные свойства ТПУ обусловили его широкое применение во многих областях. Ниже представлены основные области применения и подробный анализ:
Автомобильная промышленность
1. Приборные панели и панели управления: Благодаря гибкости и износостойкости ТПУ подходит для деталей автомобильного салона. Такие панели приятны на ощупь, поглощают энергию удара, шум и вибрацию, повышая безопасность и комфорт.
2. Уплотнения фар: Они должны сохранять герметичность при любой погоде. ТПУ выдерживает жару и холод, не допускает попадания воды в фару, а стойкость к ультрафиолету предотвращает разрушение и пожелтение при длительном солнечном воздействии.
3. Бамперы: ТПУ широко применяют в автомобильных бамперах благодаря упругости и способности поглощать энергию удара. Высокая стойкость к истиранию увеличивает срок службы, а защитные свойства уменьшают тяжесть столкновений с пешеходами и другими автомобилями.
Медицинская промышленность
TPU в основном используется в медицинских приборах и предметах, которые используются один раз, а затем выбрасываются в медицинских областях. Это делает его подходящим для производства катетеров, инфузионных трубок, хирургических перчаток и других предметов, которые должны быть биосовместимыми и легко стерилизуемыми. Вот некоторые конкретные области применения:
1. Медицинские катетеры: Высокая гибкость и биосовместимость позволяют долго использовать их внутри организма без нежелательных реакций. Катетеры из ТПУ химически устойчивы к проходящим жидкостям, сохраняют механические свойства и не причиняют пациенту дискомфорта.
2. Хирургические перчатки: Перчатки из ТПУ мягкие и прочные, обеспечивают хирургам свободу движений и комфорт и снижают риск бактериального загрязнения. Стойкость к проколам и химическим веществам повышает безопасность операций.
3. Инфузионные трубки: ТПУ сохраняет свойства при инфузии и не взаимодействует с реагентами. Современные трубки из ТПУ препятствуют налипанию крови и лекарств, снижая риск инфекции.
Электроника и электротехническая промышленность
1. Чехлы для телефонов: Прозрачный и ударопрочный ТПУ защищает телефон при падении, сохраняя его внешний вид и удобство. Материал позволяет выпускать чехлы разных цветов и конструкций.
2. Оболочки кабелей: Благодаря высокой стойкости к истиранию и маслам ТПУ широко применяют для кабельных оболочек. Они защищают кабели в суровом климате и сохраняют гибкость при высоких и низких температурах, поэтому подходят для промышленности.
Обувь и текстиль
1. Подошвы спортивной обуви: Упругость и высокая износостойкость делают ТПУ подходящим материалом для подошв. Лёгкие и прочные подошвы хорошо амортизируют и обеспечивают комфорт; их конструкцию можно адаптировать к разным видам спорта.
2. Функциональный текстиль: Плёнки ТПУ используют как водонепроницаемый и одновременно дышащий слой в одежде для активного отдыха и военного назначения. Они сохраняют эти свойства в условиях высокой влажности и нагрузки.
Заключение
Благодаря лучшим свойствам, которыми обладает ТПУ, он широко используется в индустрии литья под давлением. С развитием технологий и освоением литья под давлением и проблем его обработки, области применения ТПУ будут расширяться. В будущем место ТПУ в процессе литья под давлением станет полезным, когда появятся новые технологии и возрастет спрос клиентов, предлагающих высокие эксплуатационные характеристики в различных областях.
Знание базовых свойств ТПУ, технологии литья под давлением, областей применения, способов переработки, типичных проблем и будущих тенденций способствует более широкому использованию этого высокоэффективного материала и открывает новые возможности для отрасли.
Нужно коммерческое предложение для вашего проекта литья под давлением?Получите конкурентную цену, рекомендации DFM и график производства от инженерной команды ZetarMold.
Запросить бесплатный расчёт → Ознакомьтесь также с полным руководством по литью под давлением.
