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TPU注塑工藝及模具，十分經(jīng)典！
一、 注塑
TPU 最適宜的加工手段莫過(guò)于螺桿型注塑機(jī)械。用通常長(zhǎng)度的單螺紋，三段螺桿能生產(chǎn)很好的塑化均勻的熔融物。如果需要高的塑化能力（生產(chǎn)量），可以使用較長(zhǎng)的螺桿 (圖1.1)。
圖 1 加工TPU的注塑螺桿
短壓縮區(qū)螺桿由于高剪切力而不適用。TPU 塑化需要高的能量，要求螺桿有高的扭矩驅(qū)動(dòng)。扭矩不足會(huì)導(dǎo)致螺桿轉(zhuǎn)速的波動(dòng)和塑化的不均勻。
在限度之內(nèi)，較高的螺筒溫度會(huì)產(chǎn)生良好結(jié)果，盡管會(huì)冒材料過(guò)熱的危險(xiǎn)。射嘴和螺筒頭的通路應(yīng)設(shè)計(jì)成沒(méi)有死角，而使材料能夠射入而不致受到熱破壞。螺筒和射嘴的加熱系統(tǒng)的精確溫度控制是要點(diǎn)。注意確保射嘴在整個(gè)長(zhǎng)度都均勻受熱。謹(jǐn)防在通路上熔料局部過(guò)熱和可能受冷。熔融的TPU是即無(wú)腐蝕性也無(wú)磨損型。基于這里理由，螺桿不需任何特殊合金鋼或加強(qiáng)鍍層。
圖 2 換檔手柄注射成型
二、 螺筒和模具的溫度設(shè)定
1. 注射單元
TPU 應(yīng)在190 到 220 °C之間的熔融溫度下加工。對(duì)于一些硬的級(jí)別熔融溫度可能會(huì)提高到 240°C 。具體級(jí)別TPU 的熔融溫度范圍在相關(guān)的產(chǎn)品信息表中可以找到。圖 2.1所示為不同邵氏硬度下對(duì)螺筒和射嘴加熱設(shè)定的指導(dǎo)值。
圖 3 不同硬度的溫度設(shè)定
2. 模具
模具溫度的主要影響在于表面質(zhì)量和脫模行為。他也影響最終結(jié)構(gòu)的收縮和內(nèi)應(yīng)力（受冷時(shí)） 。 正常模具溫度應(yīng)用20 - 40 °C。但用一些改良的TPU 級(jí)別和使用玻璃絲填充加強(qiáng)TPU，模具溫度應(yīng)提高到60 °C以確保最佳的表面質(zhì)量。對(duì)于厚壁物品冷卻，降低大約5 °C 能減少循環(huán)周期時(shí)間。
3. 塑化
對(duì)于塑化速度應(yīng)選擇圓周速率不超過(guò)0.3 m/s。計(jì)量行程應(yīng)在 1 D 和 4 D之間。下圖所示為不同螺桿直徑下的最大速度。
圖4 螺桿速度和螺桿直徑的函數(shù)關(guān)系
實(shí)際經(jīng)驗(yàn)是利用螺筒 30 - 75% 能力是最佳的。如果螺筒能力對(duì)應(yīng)注射量非常低，則熔融物在塑化單元停留太長(zhǎng)的時(shí)間。會(huì)導(dǎo)致熔融物熱損壞。
圖 5TPU熔融物在螺筒加工中的分解
4 .注射壓力，保持壓力，背壓力，注射速度
對(duì)于理想的加工，要點(diǎn)是對(duì)壓力和注射速度的不間斷的控制。其應(yīng)能控制注射和保持壓力在100到1200 bar 范圍內(nèi)。
為了均化必須有背壓力，通常設(shè)定在注射壓力的1到2.5%之間。注射速度主要基于壁厚。通常對(duì)于厚壁物品的模具需要慢的填充，而薄壁物品需要快的填充。對(duì)于注射速度除了壁厚和模穴類型，模具排氣扮演重要角色，其有助于避免高壓熱空氣導(dǎo)致的所謂“燒痕”。
注射壓力/保持壓力施加較大的影響是在了空間穩(wěn)定性和脫模性。成型時(shí)的過(guò)高的注射壓力，同時(shí)過(guò)低的保持壓力產(chǎn)生凹痕。成型超載脫模更困難。 用錯(cuò)列的壓力工作是可取的，即用比注射壓力較低的保持壓力。按規(guī)則，注射壓力的50%的保持壓力是適當(dāng)?shù)摹＿@樣能夠用最小的內(nèi)部壓力生產(chǎn)出物品。
圖 6 TPU加工的典型循環(huán)步驟
5 .循環(huán)時(shí)間
決定循環(huán)時(shí)間的是物品的形狀，壁厚，模具的冷卻和材料本身。下圖所示為壁厚對(duì)注射循環(huán)周期的影響，把TPU量化為三個(gè)級(jí)別：硬的，中等的，軟的。
圖7 循環(huán)時(shí)間對(duì)壁厚和硬度關(guān)系
6. 脫模
TPU 的復(fù)制模具需要詳細(xì)敘述。軟級(jí)別的TPU很奇特，其能產(chǎn)生太不一般的壁的物品。這必須在設(shè)計(jì)模具是通盤(pán)考慮。脫模可以使用脫模劑。硅烷基脫模劑如Baysilon M 效果良好。無(wú)硅烷脫模劑也可以，但必須頻繁使用。
三、 廢料循環(huán)
廢料、澆口，不合格品等制成的粉碎料如果清潔和干燥可以制成顆粒再生利用。對(duì)于注塑，在純料中加不到30%的粉碎料不會(huì)影響產(chǎn)品的性能。如果自己加工粉碎材料，成型物品必須按要求進(jìn)行測(cè)試決定能否滿足性能要求。對(duì)于擠出純料中混和粉碎料是不適當(dāng)?shù)?因?yàn)檎扯炔煌?。如果是同質(zhì)的純的粉碎料用于擠出，不是絕對(duì)不可以，但用于注塑是完全可以的。
四、模具設(shè)計(jì) / 外形結(jié)構(gòu)
1 .注射成型工具
TPU 模具應(yīng)采用同種的用于熱成型的鋼制造。簡(jiǎn)單的小型產(chǎn)品趨向也采用鋁合金制造。對(duì)于樣件模具可以正常使用插入鑄造樹(shù)脂或壓鑄金屬。下列模具類型可以加工TPU：
• 兩片式模具
• 三片式模具
• 雙并式模具
• 全壓式模具
• 多開(kāi)隙模具
2 .澆口
TPU通常使用以下類型的澆口：
• 薄膜澆口
• 隔膜澆口
• 針點(diǎn)澆口
• 環(huán)形澆口
• 直澆口
• 隧道式澆
• 熱澆道澆口
對(duì)于澆口，澆道和注道應(yīng)比硬塑料大 25 - 50% (圖4.1)。在澆口系統(tǒng)應(yīng)特別避免壓力下降。
圖8 注道襯套設(shè)計(jì)
澆道越遠(yuǎn)越應(yīng)注意，流路必須設(shè)計(jì)成全通路使用整個(gè)的一個(gè)澆道直徑，并且其布置在一個(gè)或兩半模模具上(圖 4.2)。在多模穴模具上，即兩片或三片型，澆道應(yīng)布置成流路基本是相同長(zhǎng)度(圖 4.3)。
圖9 澆道截面
圖 10 多模穴模具的澆道
針點(diǎn)澆口必須有一個(gè)弱點(diǎn)在澆口截面以確保干凈的撕掉。大的針點(diǎn)澆口必須在部件上不連帶任何噴射或其它的壓痕發(fā)生。對(duì)于軸向?qū)ΨQ的零件，可能會(huì)用環(huán)形或隔膜澆口更好地防止形成流線。模具填充和排氣必須保持在緊密的控制之下。(圖 4.4 ).
圖11 澆口形式
圖12 "衣架式" 薄膜澆口
如果澆注點(diǎn)是看不到的，隧道式澆口是最佳解決方案。 (圖 4.6 ).
3 .熱澆道技術(shù)和熱澆道射嘴
熱澆道喂料系統(tǒng)適合熱塑性塑料越來(lái)越流行。TPU也同樣，這個(gè)技術(shù)被防范采用。圖4.7 列出這個(gè)方法的主要規(guī)則。
圖13 熱澆道系統(tǒng)的要求
4 .例 1: 直澆口的開(kāi)放射嘴
（1）不用塑料隔離帽的開(kāi)放射嘴
加工TPU不常用，因?yàn)闊岱蛛x不好，導(dǎo)致 "眼圈", 光暈, 粘連和材料滴流。
圖14 不用塑料隔離帽的開(kāi)放射嘴
（2）用塑料隔離帽的開(kāi)放的射嘴
隔離帽和冷卻系統(tǒng)導(dǎo)致較好的熱分離(圖 4.9)。
圖15 用塑料隔離帽的開(kāi)放的射嘴
（3） 用魚(yú)雷頭的開(kāi)放射嘴
狹窄的環(huán)形縫隙導(dǎo)致過(guò)大的剪切力。一般不適于TPU (圖4.10 )。
圖16 帶魚(yú)雷頭的開(kāi)放射嘴
5. 【例 2】帶澆口的開(kāi)放射嘴
這個(gè)系統(tǒng)是主要用于大型模具（單/多模穴）。具體有點(diǎn)是壓力損失低和熱分離好(圖4.11)。
圖17 帶澆口的開(kāi)放射嘴
6.【例 3】 帶針閥的射嘴
清潔的澆注點(diǎn)能直接放置在部件上。這個(gè)澆注系統(tǒng)表現(xiàn)出有效的熱隔離和低壓力損失(圖4.12 )。
圖18 帶針閥的射嘴
7. 模具的流動(dòng)特性
TPU 的流動(dòng)行為基本和其它熱塑性材料相同。流道動(dòng)路徑的長(zhǎng)度決定于融熔的溫度，填充零件的壁厚，注射速度和材料的流變學(xué)特性。根據(jù)設(shè)備和技術(shù)條件注射速度各種各樣。下圖所示為T(mén)PU流動(dòng)路徑和熔融溫度的關(guān)系。
圖19 流動(dòng)路徑長(zhǎng)度和熔融溫度的關(guān)系
8. 模具排氣
特別對(duì)于TPU厚壁零件，重要的是好的模穴排氣。在分模線上0.02到0.05mm深度和5mm寬度的凹槽認(rèn)為合適 (圖4.14)。如果某個(gè)非模具分模線區(qū)域空氣被壓縮則通過(guò)使用針和用合適的辦法插入適當(dāng)排氣是可行的。
圖20 排氣開(kāi)槽示意圖
9. 收縮
對(duì)于熱塑性聚氨酯其僅能在模具設(shè)計(jì)階段基于物品外形在一定限度之內(nèi)修改收縮數(shù)據(jù)，其壁厚和加工條件都對(duì)收縮產(chǎn)生重大影響。模具設(shè)計(jì)的大致規(guī)則設(shè)定收縮大約1%。次要的差別靠良好的彈性形變抵消。用軟級(jí)別的TPU和薄壁的物品比用硬級(jí)別的TPU和較大壁厚的物品模塑后的收縮是巨大的。圖4.15 給出在整個(gè)區(qū)域的全部收縮的狀況。
圖21 TPU收縮范圍的比較
10. 脫模
(1) 模穴表面
一個(gè)模具的模穴表面粗燥度達(dá)到 0.5 - 0.6 μm 減少脫模利和TPU助劑噴出。脫模力是用其它的粗燥度或涂料在他們最小的比較而言。
(2) 脫模錐度
模具錐度應(yīng)至少為 5°，用軟的級(jí)別TPU制造較明顯。交錯(cuò)的錐度改善從模壁上的脫開(kāi)(圖4.16)。
圖22 脫模錐度
(3) 頂出裝置
對(duì)于 TPU，頂出裝置的表面應(yīng)盡量大，以避免成品物件的變形(圖4.17 )。
圖23 頂出裝置
TPU的高彈力允許底部脫模和中空物品。吹制成型能夠用壓縮空氣吹制芯 (圖4.18 )。
圖24 吹塑成型
11.著色
TPU一般只提供本色。著色是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程和可用機(jī)器處理。用TPU 基色母顆粒是既簡(jiǎn)單又可靠。聚苯乙烯和SAN樹(shù)脂基的母粒勉強(qiáng)可以，而那些聚烯烴和PVC 基的對(duì)于TPU是不合適的。顏料和色漿可以用于著色。需要的添加量決定于物品的壁厚，顏料的顏色濃度和指定的色度。一般添加量是: 色母粒: 1.0 -4.0 % 色漿: 0.5 -1.0 % 顏料: 0.2 -0.5 % 可以利用標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)裝備在使用TPU時(shí)添加和混合著色劑。對(duì)于特殊的顏色可以使用轉(zhuǎn)鼓混合機(jī)或用翻斗混合機(jī)等類似裝置。確保著色劑或其它的任何添加劑不含任何水分是非常重要的。一種靜止混合器趨向極大的改善顏色分散和減少著色劑用量。
12. 添加劑
為改善加工特性和特殊行為，我們推薦添加常用功能母粒如：
• 抗粘劑
• 脫模制
• 紫外光穩(wěn)定劑
加入前都必須預(yù)先干燥。
