TPU注塑成型
TPU模塑成型工艺有多种方法:包括有注塑、吹塑、压缩成型、挤出成型等,其中以注塑最为常用。注塑的功能是将TPU加工成所要求的制件,分成预塑、注射和机出三个阶段的不连续过程。注射击机分柱塞式和螺杆式两种,推荐使用螺杆式注射机,因为它有提供均匀的速度、塑化和熔融。
1、 注射机的设计
注射机料筒衬以铜铝合金,螺杆镀铬防止磨损。螺杆长径比L/D=16~20为好,至少15;压缩比2.5/1~3.0/1。给料段长度
加工TPU宜用自流喷嘴,出口为倒锥形,喷嘴口径
从经济角度考虑,注射量应为额定量的40%~80%。螺杆转速20~50r/min。
2、 模具设计
模具设计就注意以下几点:
(1)模塑TPU制件的收缩率
收缩受原料的硬度、制件的厚度、形状、成型温度和模具温度等模塑条件的影响。通常收缩率范围为0.005~
(2)流道和冷料穴
主流道是模具中连接注射机喷嘴至分流道或型腔的一段通道,直径应向内扩大,呈2o以上的角度,以便于流道赘物脱模。分流道是多槽模中连接主流道和各个型腔的通道,在塑模上的排列应呈对称和等距分布。流道可为圆形、半圆形、长方形,直径以6~
冷料穴是设在主流道末端的一个空穴,用以捕集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料,从而防止分流道或浇口堵塞。冷料混入型腔,制品容易产生内应力。冷料穴直径8~
(3)浇口和排气口
浇口是接通主流道或分流道与型腔的通道。其截面积通常小于流道,是流道系统中最小的部分,长度宜短。浇口形状为矩形或圆形,尺寸随制品厚度增中,制品厚度
排气品是在模具中开设的一种槽形出气口,用以防止进入模具的熔料卷入气体,将型腔的气体排出模具。否则将会使制品带有气孔、熔接不良、充模不满,甚至因空气受压缩产生高温而将制品烧伤,制件产生内应力等。排气口可设在型腔内熔料流动的尽头或在塑模分型面上,为
必须注意模具温度尽量控制均匀,以免制件翘曲和扭变。
3 模塑条件
TPU最重要的模塑条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力和时间。这些参数将影响TPU制件的外观和性能。良好的加工条件应能获得均匀的白色至米色的制件。
(1) 温度
模塑TPU过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。前两种温度主要影响TPU的塑化和流动,后一种温度影响TPU的流动和冷却。
a.料筒温度 料筒温度的选择与TPU的硬度有关。硬度高的TPU熔融温度高,料筒末端的最高温度亦高。加工TPU所用料筒温度范围是177~
b.喷嘴温度 喷嘴温度通常略低于料筒的最高温度,以防止熔料在直通式喷嘴可能发生的流涎现象。如果为杜绝流涎而采用自锁式的喷嘴,则喷嘴温度亦可控制在料筒的最高温度范围内。
c.模具温度 模具温度对TPU制品内在性能和表观质量影响很大。它的高低决定于TPU的结晶性和制品的尺寸等许多因素。模具温度通常通过恒温的冷却介质如水来控制,TPU硬度高,结晶度高,模具温度亦高。例如Texin,硬度
b.压力
注塑过程是压力包括塑化压力(背压)和注射压力。螺杆后退时,其顶部熔料所受到的压力即为背压,通过溢流阀来调节。增加背压会提高熔体温度,减低塑化速度,使熔体温度均匀,色料混合均匀,并排出熔体气体,但会延长成型周期。TPU的背压通常在0。3~4MPa。
注射压力是螺杆顶部对TPU所施的压力,它的作用是克服TPU从料筒流向型腔的流动阻力,给熔料充模的速率,并对熔料压实。TPU流动阻力和充模速率与熔料粘度密切相关,而熔料粘度又与TPU硬度和熔料温度直接相关,即熔料粘度不仅决定于温度和压力,还决定于TPU硬度和形变速率。剪切速率越高粘度越低;剪切速率不变,TPU硬度越高粘度越大。
在剪切速率不变的条件下,粘度随温度增加而下降,但在高剪切速率下,粘度受温度的影响不像低剪切速率那样大。TPU的注射压力一般为20~110MPa。保压压力大约为注射压力的一半,背压应在1。4MPa以下,以使TPU塑化均匀。
c.时间
完成一次注射过程所需的时间称为成型周期。成型周期包括充模时间、保压时间、冷却时间和其他时间(开模、脱模、闭模等),直接影响劳动生产率和设备利用率。TPU的成型周期通常决定于硬度、制件厚度和构型,TPU硬度高周期短,塑件厚周期长,塑件构型复杂周期长,成型周期还与模具温度有关。TPU成型周期一般在20~60s之间。
d.注射速度
注射速度主要决定于TPU制品的构型。端面厚的制品需要较低的注射速度,端面薄则注射速度较快。
e.螺杆转速
加工TPU制品通常需要低剪切速率,因而以较低的螺杆转速为宜。TPU的螺杆转速一般为20~80r/min,则优选20~40r/min。
(4)停机处理
由于TPU高温下延长时间可能发生降解,故在关机后,应该用PS、PE、丙烯酸酯类塑料或ABS清洗;停机超过1小时,应该关闭加热。
(5)制品后处理
TPU由于在料筒内塑化不均匀或在模腔内冷却速率不同,常会产生不均匀的结晶、取向和收缩,因此致使制品存在内应力,这在厚壁制品或带有金属嵌件的制品中更为突出。存在内应力的制品在贮存和使用中常会发生力学性能下降,表面有银纹甚至变形开裂。生产中解决这些问题的方法是对制品进行退火处理。退火温度视TPU制品的硬度而定,硬度高的制品退火温度亦较高,硬度低温度亦低;温度过高可能使制品发生翘曲或变形,过低达不到消除内应力的目的。TPU的退火宜用低温长时间,硬度较低的制品室温放置数周即可达到最佳性能。硬度在邵尔A85以下退火
退火不仅可以消除内应力,还可提高力学性能。由于TPU是两相形态,TPU热加工期间发生相的混合,在迅速冷却时,由于TPU粘度高,相分离很慢,必须有足够的时间使其分离,形成微区,从而获得最佳性能。
(6)镶嵌注塑
为了满足装配和使用强度的需要,TPU制件内需嵌入金属嵌件。金属嵌件先放入模具内的预定位置,然后注射成一个整体的制品。有嵌件的TPU制品由于金属嵌件与TPU热性能和收缩率差别较大,导致嵌件与TPU粘接不牢。解决的办法是对金属嵌件进行预热处理,因为预热后嵌件减少了熔料的温度差,从而在注射过程中可使嵌件周围的熔料冷却较慢,收缩比较均匀,发生一定的热料补缩作用,防止嵌件周围产生过大的内应力。TPU镶嵌成型比较容易,嵌物形状不受限制,只要在嵌件脱脂后,将其在200~230℃加热处理1。5~2min,剥离强度可达6~9kg/
(7)回收料的再利用
在TPU加工过程中,主流道、分流道、不合格的制品等废料,可以回收再利用。从实验结果看,100%回收料不掺合新料,力学性能下降也不太严重,完全可以利用,但为保持物理力学性能和注射条件在最佳水平,推荐回收料比例在25%~30%为好。应该注意的是回收料与新料的品种规格最好相同,已污染的或已退火的回收料避免使用,回收料不要贮存太久,最好马上造粒,干燥使用。回收料的熔融粘度一般要下降,成型条件要进行调整
(8)注射缺陷原因及处理
缺陷 |
产生原因 |
解决办法 |
缺陷 |
产生原因 |
解决办法 |
气泡 |
背压低 |
增加背压 |
毛边 |
材料过热 |
降低料筒温度 |
材料潮湿 |
彻底干燥 |
注射压力太高 |
降低注射压力 |
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螺杆转速太高 |
降低螺杆转速 |
模具紧固压力低 |
提高紧固压力 |
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材料过热 |
降低料筒温度 |
制品 粘模 |
注射压力太高 |
降低注射压力 |
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注射速度过快 |
降低注射速度 |
保压时间太长 |
减少保压时间 |
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焦斑 |
注射压力太高 |
降低注射压力 |
冷却不充分 |
增加冷却时间或循环时间 |
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注射速度太快 |
降低注射速度 |
模温太高或太低 |
调整模温 |
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材料过热 |
降低料筒温度 |
注射时间太长 |
降低注射时间 |
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模具排气不当 |
增加排气口 |
模具表面镀铬或高 |
改变模具表面 |
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韧性 降低 |
材料潮湿 |
彻底干燥 |
度抛光 |
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回收料比率太大 |
降低回收料比率 |
熔融温度过高 |
降低熔料温度 |
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熔融温度太高或太低 |
调整熔融温度 |
注料 量不 足 |
给料不足 |
调整给料 |
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浇口太小 |
增加浇口尺寸 |
过早凝固 |
提高模具温度 |
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浇口接合区太长 |
降低浇口接合区长度 |
料筒温度太低 |
提高料筒温度 |
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模具温度太低 |
提高熔融温度 |
注射压力太低 |
增加注射压力 |
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麻孔 气泡 或缩 皱纹 |
注射压力太低 |
增加注射压力 |
注射时间短 |
增加注射时间 |
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材料过热 |
降低料筒温度 |
喷嘴孔、流道或浇口 尺寸不足 |
调整喷嘴、流道和浇口尺寸 |
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模具温度太低 |
提高模具温度 |
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给料不足 |
调整给料 |
翘曲 |
注射压力太低 |
增加注射压力 |
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浇口定位不当 |
调整浇口位置 |
材料过热 |
降低料筒温度 |
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制品 凹陷 |
注射速度快 |
降低注射速度 |
模具温度太高 |
降低模具温度 |
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注射时间短 |
增加注射时间 |
树脂缓冲过度 |
降低树脂缓冲 |
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背压过高 |
降低背压 |
接合 线 |
注射压力、时间不足 |
增加注射压力、时间 |
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注射压力低 |
提高注射压力 |
熔料温度低 |
提高料筒温度 |
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合模压力不足 |
提高合模压力 |
浇口尺寸小、位置不当 |
增加浇口尺寸,改变位置 |
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熔料温度高 |
降低料筒温度 |
表面 线纹 |
熔料温度太高 |
降低料筒温度 |
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凹陷部位排气不良 |
凹陷部位设排气口 |
注射速度快 |
降低注射速度 |
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螺杆 打滑 |
料斗进料部位故障 |
排除进料部位障碍 |
浇口尺寸过小 |
加大浇口尺寸 |
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料筒后部温度过高 |
降低该处温度 |
材料干燥不足 |
彻底干燥材料 |
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螺杆退后速度过快 |
降低退后速度 |
螺杆 无法 转动 |
熔料温度低 |
提高料筒温度 |
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料筒没有清洗净 |
用其他树脂清洗料筒 |
背压过高 |
降低背压 |
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材料干燥不充分 |
再行干燥材料 |
材料欠润滑 |
添加适当润滑剂 |
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材料颗粒过大 |
降低颗粒尺寸 |
材料 未熔 尽 |
熔料温度低 |
提高料筒温度 |
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喷嘴 流料 |
熔料温度过高 |
降低料筒温度 |
背压过低 |
增加背压 |
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喷嘴温度过高 |
降低喷嘴温度 |
料斗下部过冷 |
关闭料斗下部冷却系统 |
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背压过大 |
降低背压 |
成型周期太短 |
增加成型周期 |
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主流道冷料断脱时间早 |
延迟冷料断脱时间 |
材料干燥不足 |
彻底干燥材料 |