廣州市華寶樹(shù)脂有限公司
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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(yù)塑、注射和機(jī)出三個(gè)階段的不連續(xù)過(guò)程。注射擊機(jī)分柱塞式和螺桿式兩種,推薦使用螺桿式注射機(jī),因?yàn)樗刑峁┚鶆虻乃俣取⑺芑腿廴凇?/p>
1、 注射機(jī)的設(shè)計(jì)
注射機(jī)料筒襯以銅鋁合金,螺桿鍍鉻防止磨損。螺桿長(zhǎng)徑比L/D=16~20為好,至少15;壓縮比2.5/1~3.0/1。給料段長(zhǎng)度0.5L,壓縮段0.3L,計(jì)量段0.2L。應(yīng)將止逆環(huán)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(huán)入口0.68mm,噴嘴應(yīng)裝有可控加熱帶以防止材料凝固。
從經(jīng)濟(jì)角度考慮,注射量應(yīng)為額定量的40%~80%。螺桿轉(zhuǎn)速20~50r/min。
2、 模具設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)就注意以下幾點(diǎn):
(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0.005~0.020cm/cm。例如,100×10×2mm的長(zhǎng)方形試片,在長(zhǎng)度方向澆口,流動(dòng)方向上收縮,硬度75A比60D大2~3倍。TPU硬度、制作厚度對(duì)收縮率的影響見(jiàn)圖1??梢?jiàn)TPU硬度在78A~90A之間時(shí),制件收縮率隨厚度增加而下降;硬度在95A~74D時(shí)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(jī)噴嘴至分流道或型腔的一段通道,直徑應(yīng)向內(nèi)擴(kuò)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(gè)型腔的通道,在塑模上的排列應(yīng)呈對(duì)稱和等距分布。流道可為圓形、半圓形、長(zhǎng)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(dòng)阻力,并提供較快的充模速度。
冷料穴是設(shè)在主流道末端的一個(gè)空穴,用以捕集噴嘴端部?jī)纱巫⑸渲g所產(chǎn)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(chǎn)生內(nèi)應(yīng)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(tǒng)中最小的部分,長(zhǎng)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(kāi)設(shè)的一種槽形出氣口,用以防止進(jìn)入模具的熔料卷入氣體,將型腔的氣體排出模具。否則將會(huì)使制品帶有氣孔、熔接不良、充模不滿,甚至因空氣受壓縮產(chǎn)生高溫而將制品燒傷,制件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等。排氣口可設(shè)在型腔內(nèi)熔料流動(dòng)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。
(8)注射缺陷原因及處理
翹曲
注射壓力太低
增加注射壓力
模具溫度太高
降低模具溫度
背壓過(guò)低
增加背壓
缺陷 | 產(chǎn)生原因 | 解決辦法 | 缺陷 | 產(chǎn)生原因 | 解決辦法 |
氣 泡 | 背壓低 | 增加背壓 | 毛 邊 | 材料過(guò)熱 | 降低料筒溫度 |
材料潮濕 | 徹底干燥 | 注射壓力太高 | 降低注射壓力 | ||
螺桿轉(zhuǎn)速太高 | 降低螺桿轉(zhuǎn)速 | 模具緊固壓力低 | 提高緊固壓力 | ||
材料過(guò)熱 | 降低料筒溫度 | 制 品 粘模 | 注射壓力太高 | 降低注射壓力 | |
注射速度過(guò)快 | 降低注射速度 | 保壓時(shí)間太長(zhǎng) | 減少保壓時(shí)間 | ||
焦 斑 | 注射壓力太高 | 降低注射壓力 | 冷卻不充分 | 增加冷卻時(shí)間或循環(huán)時(shí)間 | |
注射速度太快 | 降低注射速度 | 模溫太高或太低 | 調(diào)整模溫 | ||
材料過(guò)熱 | 降低料筒溫度 | 注射時(shí)間太長(zhǎng) | 降低注射時(shí)間 | ||
模具排氣不當(dāng) | 增加排氣口 | 模具表面鍍鉻或高度拋光 | 改變模具表面 | ||
韌 性 降 低 | 材料潮濕 | 徹底干燥 | |||
回收料比率太大 | 降低回收料比率 | 熔融溫度過(guò)高 | 降低熔料溫度 | ||
熔融溫度太高或太低 | 調(diào)整熔融溫度 | 注 料 量 不 足 | 給料不足 | 調(diào)整給料 | |
澆口太小 | 增加澆口尺寸 | 過(guò)早凝固 | 提高模具溫度 | ||
澆口接合區(qū)太長(zhǎng) | 降低澆口接合區(qū)長(zhǎng)度 | 料筒溫度太低 | 提高料筒溫度 | ||
模具溫度太低 | 提高熔融溫度 | 注射壓力太低 | 增加注射壓力 | ||
麻孔 氣泡 或縮 皺紋 | 注射壓力太低 | 增加注射壓力 | 注射時(shí)間短 | 增加注射時(shí)間 | |
材料過(guò)熱 | 降低料筒溫度 | 噴嘴孔、流道或口 尺寸不足 | 調(diào)整噴嘴、流道和澆口尺寸 | ||
模具溫度太低 | 提高模具溫度 | 翹 曲 | |||
澆口定位不當(dāng) | 調(diào)整澆口位置 | 材料過(guò)熱 | 降低料筒溫度 | ||
注射時(shí)間短 | 增加注射時(shí)間 | 樹(shù)脂緩沖過(guò)度 | 降低樹(shù)脂緩沖 | ||
背壓過(guò)高 | 降低背壓 | 接 合 線 | 注射壓力、時(shí)間不足 | 增加注射壓力、時(shí)間 | |
注射壓力低 | 提高注射壓力 | 熔料溫度低 | 提高料筒溫度 | ||
合模壓力不足 | 提高合模壓力 | 澆口尺寸小、位置不當(dāng) | 增加澆口尺寸,改變位置 | ||
熔料溫度高 | 降低料筒溫度 | 表 面 線 紋 | 熔料溫度太高 | 降低料筒溫度 | |
凹陷部位排氣不良 | 凹陷部位設(shè)排氣口 | 注射速度快 | 降低注射速度 | ||
螺 桿 打 滑 | 料斗進(jìn)料部位故障 | 排除進(jìn)料部位障礙 | 澆口尺寸過(guò)小 | 加大澆口尺寸 | |
料筒后部溫度過(guò)高 | 降低該處溫度 | 材料干燥不足 | 徹底干燥材料 | ||
螺桿退后速度過(guò)快 | 降低退后速度 | 螺 桿 無(wú) 法 轉(zhuǎn) 動(dòng) | 熔料溫度低 | 提高料筒溫度 | |
料筒沒(méi)有清洗凈 | 用其他樹(shù)脂清洗料筒 | 背壓過(guò)高 | 降低背壓 | ||
材料干燥不充分 | 再行干燥材料 | 材料欠潤(rùn)滑 | 添加適當(dāng)潤(rùn)滑劑 | ||
噴嘴溫度過(guò)高 | 降低噴嘴溫度 | 料斗下部過(guò)冷 | 關(guān)閉料斗下部冷卻系統(tǒng) | ||
背壓過(guò)大 | 降低背壓 | 成型周期太短 | 增加成型周期 | ||
主流道冷料斷脫時(shí)間早 | 延遲冷料斷脫時(shí)間 | 材料干燥不足 | 徹底干燥材料 | ||
3 模塑條件
TPU最重要的模塑條件是影響塑化流動(dòng)和冷卻的溫度、壓力和時(shí)間。這些參數(shù)將影響TPU制件的外觀和性能。良好的加工條件應(yīng)能獲得均勻的白色至米色的制件。
(1) 溫度
模塑TPU過(guò)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(dòng),后一種溫度影響TPU的流動(dòng)和冷卻。
a.料筒溫度 料筒溫度的選擇與TPU的硬度有關(guān)。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(cè)(后端)至噴嘴(前端)止,逐漸升高,以使TPU溫度平穩(wěn)地上升達(dá)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(fā)生的流涎現(xiàn)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(nèi)。
c.模具溫度 模具溫度對(duì)TPU制品內(nèi)在性能和表觀質(zhì)量影響很大。它的高低決定于TPU的結(jié)晶性和制品的尺寸等許多因素。模具溫度通常通過(guò)恒溫的冷卻介質(zhì)如水來(lái)控制,TPU硬度高,結(jié)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(guò)早凍結(jié)而產(chǎn)生流線,并且不利于球晶的增長(zhǎng),使制品結(jié)晶度低,會(huì)出現(xiàn)后期結(jié)晶過(guò)程,從而引起制品的后收縮和性能的變化。
b.壓力
注塑過(guò)程是壓力包括塑化壓力(背壓)和注射壓力。螺桿后退時(shí),其頂部熔料所受到的壓力即為背壓,通過(guò)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)。增加背壓會(huì)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(huì)延長(zhǎng)成型周期。TPU的背壓通常在0。3~4MPa。
注射壓力是螺桿頂部對(duì)TPU所施的壓力,它的作用是克服TPU從料筒流向型腔的流動(dòng)阻力,給熔料充模的速率,并對(duì)熔料壓實(shí)。TPU流動(dòng)阻力和充模速率與熔料粘度密切相關(guān),而熔料粘度又與TPU硬度和熔料溫度直接相關(guān),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(yīng)在1。4MPa以下,以使TPU塑化均勻。
c.時(shí)間
完成一次注射過(guò)程所需的時(shí)間稱為成型周期。成型周期包括充模時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間和其他時(shí)間(開(kāi)模、脫模、閉模等),直接影響勞動(dòng)生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。TPU的成型周期通常決定于硬度、制件厚度和構(gòu)型,TPU硬度高周期短,塑件厚周期長(zhǎng),塑件構(gòu)型復(fù)雜周期長(zhǎng),成型周期還與模具溫度有關(guān)。TPU成型周期一般在20~60s之間。
d.注射速度
注射速度主要決定于TPU制品的構(gòu)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。
e.螺桿轉(zhuǎn)速
加工TPU制品通常需要低剪切速率,因而以較低的螺桿轉(zhuǎn)速為宜。TPU的螺桿轉(zhuǎn)速一般為20~80r/min,則優(yōu)選20~40r/min。
(4)停機(jī)處理
由于TPU高溫下延長(zhǎng)時(shí)間可能發(fā)生降解,故在關(guān)機(jī)后,應(yīng)該用PS、PE、丙烯酸酯類(lèi)塑料或ABS清洗;停機(jī)超過(guò)1小時(shí),應(yīng)該關(guān)閉加熱。
(5)制品后處理
TPU由于在料筒內(nèi)塑化不均勻或在模腔內(nèi)冷卻速率不同,常會(huì)產(chǎn)生不均勻的結(jié)晶、取向和收縮,因此致使制品存在內(nèi)應(yīng)力,這在厚壁制品或帶有金屬嵌件的制品中更為突出。存在內(nèi)應(yīng)力的制品在貯存和使用中常會(huì)發(fā)生力學(xué)性能下降,表面有銀紋甚至變形開(kāi)裂。生產(chǎn)中解決這些問(wèn)題的方法是對(duì)制品進(jìn)行退火處理。退火溫度視TPU制品的硬度而定,硬度高的制品退火溫度亦較高,硬度低溫度亦低;溫度過(guò)高可能使制品發(fā)生翹曲或變形,過(guò)低達(dá)不到消除內(nèi)應(yīng)力的目的。TPU的退火宜用低溫長(zhǎng)時(shí)間,硬度較低的制品室溫放置數(shù)周即可達(dá)到最佳性能。硬度在邵爾A85以下退火80℃×20h,A85以上者100℃×20h即可。退火可在熱風(fēng)烘箱中進(jìn)行,注意放置位置不要局部過(guò)熱而使制品變形。
退火不僅可以消除內(nèi)應(yīng)力,還可提高力學(xué)性能。由于TPU是兩相形態(tài),TPU熱加工期間發(fā)生相的混合,在迅速冷卻時(shí),由于TPU粘度高,相分離很慢,必須有足夠的時(shí)間使其分離,形成微區(qū),從而獲得最佳性能。
(6)鑲嵌注塑
為了滿足裝配和使用強(qiáng)度的需要,TPU制件內(nèi)需嵌入金屬嵌件。金屬嵌件先放入模具內(nèi)的預(yù)定位置,然后注射成一個(gè)整體的制品。有嵌件的TPU制品由于金屬嵌件與TPU熱性能和收縮率差別較大,導(dǎo)致嵌件與TPU粘接不牢。解決的辦法是對(duì)金屬嵌件進(jìn)行預(yù)熱處理,因?yàn)轭A(yù)熱后嵌件減少了熔料的溫度差,從而在注射過(guò)程中可使嵌件周?chē)娜哿侠鋮s較慢,收縮比較均勻,發(fā)生一定的熱料補(bǔ)縮作用,防止嵌件周?chē)a(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力。TPU鑲嵌成型比較容易,嵌物形狀不受限制,只要在嵌件脫脂后,將其在200~230℃加熱處理1。5~2min,剝離強(qiáng)度可達(dá)6~9kg/25mm。欲獲得更牢的粘接,可在嵌件上涂粘合劑,然后于120℃加熱,再行注射。此外,應(yīng)該注意所用的TPU不能含潤(rùn)滑劑。
(7)回收料的再利用
在TPU加工過(guò)程中,主流道、分流道、不合格的制品等廢料,可以回收再利用。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,100%回收料不摻合新料,力學(xué)性能下降也不太嚴(yán)重,完全可以利用,但為保持物理力學(xué)性能和注射條件在最佳水平,推薦回收料比例在25%~30%為好。應(yīng)該注意的是回收料與新料的品種規(guī)格最好相同,已污染的或已退火的回收料避免使用,回收料不要貯存太久,最好馬上造粒,干燥使用?;厥樟系娜廴谡扯纫话阋陆?,成型條件要進(jìn)行調(diào)整。