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)出三個階段的不連續(xù)過程。
1、 注射機(jī)的設(shè)計
注射機(jī)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(yīng)將止逆環(huán)裝在靠近螺桿頂端的地方,防止反流并保持大壓力。
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。
通常收縮率范圍為0.005~0.020cm/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(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型腔的通道,在塑模上的排列應(yīng)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(shè)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(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厚必須注意模具溫度盡量控制均勻,以免制件翹曲和扭變。
3 模塑條件
TPU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(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(guān)。硬度高的TPU熔融溫度高,料筒末端的高溫度亦高。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.模具溫度 模具溫度對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。模具溫度通常通過恒溫的冷卻介質(zhì)如水來控制,TPU硬度高,結(jié)晶度高,模具溫度亦高
c.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(diào)節(jié)。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。
d.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)。TPU成型周期一般在20~60s之間。
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高溫下延長時間可能發(fā)生降解,故在關(guān)機(jī)后,應(yīng)該用PS、PE、丙烯酸酯類塑料或ABS清洗;停機(jī)超過1小時,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發(fā)生力學(xué)性能下降,表面有銀紋甚至變形開裂。生產(chǎn)中解決這些問題的方法是對制品進(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;溫度過高可能使制品發(fā)生翹曲或變形,過低達(dá)不到消除內(nèi)應(yīng)力的目的。TPU的退火宜用低溫長時間,硬度較低的制品室溫放置數(shù)周即可達(dá)到性能。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,



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