TPU聚氨酯成型工藝知識匯總

TPU模塑成型工藝有多種方法：包括有注塑、吹塑、壓縮成型、擠出成型等，其中以注塑最為常用。注塑的功能是將TPU加工成所要求的制件，分成預塑、注射和機出三個階段的不連續過程。注射擊機分柱塞式和螺桿式兩種，推薦使用螺桿式注射機，因為它有提供均勻的速度、塑化和熔融。

一．注射機的設計

注射機料筒襯以銅鋁合金，螺桿鍍鉻防止磨損。螺桿長徑比L/D=16~20為好，至少15；壓縮比2.5/1~3.0/1。給料段長度0.5L，壓縮段0.3L，計量段0.2L。應將止逆環裝在靠近螺桿頂端的地方，防止反流并保持最大壓力。

加工TPU宜用自流噴嘴，出口為倒錐形，噴嘴口徑4mm以上，小于主流道套環入口0.68mm，噴嘴應裝有可控加熱帶以防止材料凝固。

從經濟角度考慮，注射量應為額定量的40%~80%。螺桿轉速20~50r/min。

二．模具設計

模具設計就注意以下幾點：

（1）模塑TPU制件的收縮率

收縮受原料的硬度、制件的厚度、形狀、成型溫度和模具溫度等模塑條件的影響。通常收縮率范圍為0.005~0.5px/cm。例如，100×10×2mm的長方形試片，在長度方向澆口，流動方向上收縮，硬度75A比60D大2～3倍。TPU硬度、制作厚度對收縮率的影響見圖1。可見TPU硬度在78A～90A之間時，制件收縮率隨厚度增加而下降；硬度在95A～74D時制件收縮率隨厚度增加而略有增加。

（2）流道和冷料穴

主流道是模具中連接注射機噴嘴至分流道或型腔的一段通道，直徑應向內擴大，呈2o以上的角度，以便于流道贅物脫模。分流道是多槽模中連接主流道和各個型腔的通道，在塑模上的排列應呈對稱和等距分布。流道可為圓形、半圓形、長方形，直徑以6~9mm為宜。流道表面必須像模腔一樣拋光，以減少流動阻力，并提供較快的充模速度。

冷料穴是設在主流道末端的一個空穴，用以捕集噴嘴端部兩次注射之間所產生的冷料，從而防止分流道或澆口堵塞。冷料混入型腔，制品容易產生內應力。冷料穴直徑8~10mm，深度約6mm。

（3）澆口和排氣口

澆口是接通主流道或分流道與型腔的通道。其截面積通常小于流道，是流道系統中最小的部分，長度宜短。澆口形狀為矩形或圓形，尺寸隨制品厚度增中，制品厚度4mm以下，直徑1mm；厚度4~8mm，直徑1.4mm；厚度8mm以上，直徑為2.0~2.7mm。澆口位置一般選在制品最厚的而又不影響外觀和使用的地方，與模具壁成直角，以防止縮孔，避免旋紋。

排氣品是在模具中開設的一種槽形出氣口，用以防止進入模具的熔料卷入氣體，將型腔的氣體排出模具。否則將會使制品帶有氣孔、熔接不良、充模不滿，甚至因空氣受壓縮產生高溫而將制品燒傷，制件產生內應力等。排氣口可設在型腔內熔料流動的盡頭或在塑模分型面上，為0.15mm深、6mm寬的澆槽。

必須注意模具溫度盡量控制均勻，以免制件翹曲和扭變。

三．模塑條件

TPU最重要的模塑條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、壓力和時間。這些參數將影響TPU制件的外觀和性能。良好的加工條件應能獲得均勻的白色至米色的制件。

1.溫度

模塑TPU過程需要控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度。前兩種溫度主要影響TPU的塑化和流動，后一種溫度影響TPU的流動和冷卻。

a．料筒溫度料筒溫度的選擇與TPU的硬度有關。硬度高的TPU熔融溫度高，料筒末端的最高溫度亦高。加工TPU所用料筒溫度范圍是177~232℃。料筒溫度的分布一般是從料斗一側（后端）至噴嘴（前端）止，逐漸升高，以使TPU溫度平穩地上升達到均勻塑化的目的。

b．噴嘴溫度噴嘴溫度通常略低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴可能發生的流涎現象。如果為杜絕流涎而采用自鎖式的噴嘴，則噴嘴溫度亦可控制在料筒的最高溫度范圍內。

c．模具溫度模具溫度對TPU制品內在性能和表觀質量影響很大。它的高低決定于TPU的結晶性和制品的尺寸等許多因素。模具溫度通常通過恒溫的冷卻介質如水來控制，TPU硬度高，結晶度高，模具溫度亦高。例如Texin，硬度480A，模具溫度20～30℃；硬度591A，模具溫度30～50℃；硬度355D，模具溫度40～65℃。TPU制品模具溫度一般在10～60℃。模具溫度低，熔料過早凍結而產生流線，并且不利于球晶的增長，使制品結晶度低，會出現后期結晶過程，從而引起制品的后收縮和性能的變化。

2．壓力

注塑過程是壓力包括塑化壓力（背壓）和注射壓力。螺桿后退時，其頂部熔料所受到的壓力即為背壓，通過溢流閥來調節。增加背壓會提高熔體溫度，減低塑化速度，使熔體溫度均勻，色料混合均勻，并排出熔體氣體，但會延長成型周期。TPU的背壓通常在0。3～4MPa。

注射壓力是螺桿頂部對TPU所施的壓力，它的作用是克服TPU從料筒流向型腔的流動阻力，給熔料充模的速率，并對熔料壓實。TPU流動阻力和充模速率與熔料粘度密切相關，而熔料粘度又與TPU硬度和熔料溫度直接相關，即熔料粘度不僅決定于溫度和壓力，還決定于TPU硬度和形變速率。剪切速率越高粘度越低；剪切速率不變，TPU硬度越高粘度越大。

在剪切速率不變的條件下，粘度隨溫度增加而下降，但在高剪切速率下，粘度受溫度的影響不像低剪切速率那樣大。TPU的注射壓力一般為20~110MPa。保壓壓力大約為注射壓力的一半，背壓應在1。4MPa以下，以使TPU塑化均勻。

3．時間

完成一次注射過程所需的時間稱為成型周期。成型周期包括充模時間、保壓時間、冷卻時間和其他時間（開模、脫模、閉模等），直接影響勞動生產率和設備利用率。TPU的成型周期通常決定于硬度、制件厚度和構型，TPU硬度高周期短，塑件厚周期長，塑件構型復雜周期長，成型周期還與模具溫度有關。TPU成型周期一般在20~60s之間。

4．注射速度

注射速度主要決定于TPU制品的構型。端面厚的制品需要較低的注射速度，端面薄則注射速度較快。

5．螺桿轉速

加工TPU制品通常需要低剪切速率，因而以較低的螺桿轉速為宜。TPU的螺桿轉速一般為20~80r/min，則優選20~40r/min。