TPU的特性和注塑

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上TPU的基本特性和特殊品級(jí)1基本特性：TPU是分子中含有-NH-COO-基團(tuán)的材料，長(zhǎng)鏈的二元醇和異氰酸酯成分構(gòu)成了軟段，短鍵的二元醇和異氰酸酯成分構(gòu)成了硬段，TPU很多特性取決于長(zhǎng)鏈二元醇的種類，其硬度用硬段做比例來(lái)調(diào)節(jié)，它的光老化性可加光穩(wěn)定劑來(lái)加以改善，同時(shí)也取決于異氰酸酯是芳香族還是脂肪族。它不同于其他熱塑性彈性的優(yōu)異性能如下：（1）優(yōu)異的耐磨性能、它的Taber磨耗值為0.5-0.35mg，是塑料中最小的，若加入MoS2、硅油石墨等可降低摩擦系數(shù)，提高耐磨程度。（2）拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率：TPU的拉伸強(qiáng)度是天然橡膠和合成橡膠的2-3倍，聚酯型的TPU拉伸強(qiáng)度近6

2、0MPa，伸長(zhǎng)率近410%，聚醚型TPU的拉伸強(qiáng)度為50MPa，伸長(zhǎng)率為30%。（3）耐油、耐汽油性能：TPU的耐油性能優(yōu)于丁腈橡膠，具有極好的耐油壽命。（4）耐低溫性、耐候性、耐臭氧性能TPU的耐氣候老化性能優(yōu)于天然橡膠和其他合成橡膠。它的耐臭氧，耐射線的特點(diǎn)在航天工業(yè)有特殊的用途。（5）醫(yī)療衛(wèi)生性TPU具有生物相容性和抗血凝性，醫(yī)用TPU應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如人造心臟、人工腎、輸血管、血漿袋、輸尿管、外科技術(shù)用固定材料等。（6）硬度范圍TPU硬段的為邵氏A10-邵氏D80，而普通的橡膠硬度范圍一般在邵氏A60100，TPU在邵氏硬度A15以下的所有彈性體，都有相似的壓縮變形特性。在邵氏硬度A8

3、5到85以上時(shí)TPU仍保持彈性。這是其他彈性體所沒有的特性。所以TPU具有高負(fù)載支撐能力和良好的吸振效應(yīng)。2特殊品級(jí)：（1）美國(guó)BF Goodrich公司生產(chǎn)的TPU（商品名ESTANE）（2）德國(guó)Bayer公司TPU品級(jí)（商品名Desmopan）（3）日本“株式會(huì)社的TPU品級(jí)（Miractran. 品級(jí)）該品級(jí)由于二元醇羥基的當(dāng)量和異氰酸酯當(dāng)量的比率不同，分為E型和P型兩系列。E型由于過剩的異氰酸酯形成一部分多聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度、壓縮永久變形、永久伸展率。P型由于兩組分比例相等，而成線型結(jié)構(gòu)，它的粘度對(duì)溫度的依存性小，流動(dòng)性好，而有好的加工性能，且易溶劑。最近該公司又開發(fā)了對(duì)于人

4、體防靜電的電子部件；衣料及住房的快適應(yīng)性透濕材料；對(duì)醫(yī)療和食品等有安全要求的抗菌性材料；鞋底用耐磨耗材料等，尤其是消光材料；發(fā)泡材料；蓄光材料；抗血栓性導(dǎo)尿管用等新功能材料。成型加工技術(shù)1、TPU代表性的成型加工方法是擠出成型和注射成型。這些成型方法需注意以下幾點(diǎn)：（1）由于TPU吸濕性強(qiáng)，加工前必須充分干燥；（2）由于粘度對(duì)溫度的依存性較慢，要提高溫度控制精度；（3）要從材料的特性考慮螺桿的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)徑比（如：壓縮比、螺槽深度、L/D等）；（4）根據(jù)材料的流動(dòng)性考慮模具結(jié)構(gòu)（不會(huì)引起滯留的噴咀、流道、澆口等）；（5）成型機(jī)的功率設(shè)定要稍大點(diǎn)（是通用樹脂的1.52倍）；（6）成型生退火處理，恢復(fù)

5、原有特性（尤其是未完全塑化的材料）。2、成型加工技術(shù)及應(yīng)用TPU的加工與通用塑料及其他熱塑性彈性體（TPE）相比，難點(diǎn)并不少，然而最近由于成型機(jī)及加工技術(shù)的改進(jìn)，已可采用多樣的成型法以制得各類制品。（1）管材，薄膜，片材領(lǐng)域：TPU管材，由于具有柔軟，良好的抗拉伸強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度，耐高低溫性，管內(nèi)充1.5MPa而不膨脹。爆破壓力可“達(dá)2-5MPa及良好的耐油性，為此是氣管和油管的理想材料，廣泛用作飛機(jī)、坦克、汽車、摩托車、機(jī)床等的輸氣、輸油軟管。TPU管材主要用擠出成型加工。但由于TPU易吸水而降低制品的強(qiáng)度，因此在加工前原料應(yīng)于100120下干燥4小時(shí)、使TPU中水份含量在0.05%以下，擠出

6、時(shí)要注意溫度的調(diào)整，在純TPU中添加1-4PHR的潤(rùn)滑劑有助于料流的穩(wěn)定擠出，有利于管材表面光潔度的提高。Desmopan的786、385、392品級(jí)，ESTANE的58311、58092、58409等品級(jí)均可用于擠出管材。本所有99年開始開展了TPU軟管性能如表5。注： 采用鞋底的耐久性試驗(yàn)法、原理是以DIN磨耗試驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)本所研制的2/4mm、4/6mmTPU軟管、已成功地用于自動(dòng)電梯輸油管，3.5/4.5mmTPU軟管已用于飛機(jī)另部件，3.5/4.5mm、3.5/6.2mmTPU軟管已用于汽車另部件、目前本所已能生產(chǎn)不同規(guī)格的TPU軟管，將替代進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)一步，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。TPU薄膜和片材

7、由于具有強(qiáng)韌、薄壁化、獨(dú)特的手感及良好的環(huán)保性等而有較大的應(yīng)用領(lǐng)域。該制品采用T型擠出法，吹塑成型法及壓延成型等方法、成型時(shí)必須選擇適合于各成型法的合適品級(jí)。Miractran品級(jí)中的標(biāo)準(zhǔn)品級(jí)如E100、E300 ESTANE的58206、58887、58315品級(jí)都能使用T型擠出成型，能生產(chǎn)出幾十um的薄膜。吹塑成型法可用Miractran品級(jí)中的E885PFAA和E390PFAA品級(jí)，ESTANE的58277、58409、58630、58315能生產(chǎn)出不粘的、柔軟的、非常薄且潤(rùn)幅的薄膜。壓延成型法可用Miractran品級(jí)中的E585MSOH、E660MSOH、E380MSNT品級(jí)、硬度從

8、60A到95A都能加工。（2）熱熔薄膜、涂層領(lǐng)域：該領(lǐng)域的用途是利用TUP的粘接性、伸縮性及良好的表觀特性，它不僅簡(jiǎn)單地作為粘接材料，而且還廣泛應(yīng)用作為T恤衫等服裝圖案熱轉(zhuǎn)印拷貝用薄膜，這些薄膜可用T型擠壓法和吹塑成型法生產(chǎn)。厚度為10m左右可用Miractran品級(jí)中的不變黃型和熱熔型品級(jí)。近來(lái)用同樣原料制成“無(wú)紡布”，控制在25100g/m2，此“無(wú)紡布”除了有上述特性外還因具有空隙結(jié)構(gòu)而有透濕機(jī)能，作為新穎的衣料而引人注目。另外球狀的粉末熱熔材料，還可用于汽車部件的涂裝領(lǐng)域。（3）低壓縮永久變形，耐熱變形性領(lǐng)域：表3的Miractran低壓縮永久變形/耐熱型H品級(jí)是在原來(lái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大

9、的改造。這主要是通過材料的配備技術(shù)、加工技術(shù)、適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚矶?。主要?yīng)用于工業(yè)受壓受熱部件。（4）電子束交聯(lián)領(lǐng)域：在有耐熱性、耐藥品性、耐摩擦性等較高要求的領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)品級(jí)的TPU不能滿足其性能要求，改進(jìn)的方法是用電子來(lái)進(jìn)行交聯(lián)，在表面形成交聯(lián)層這樣可滿足上述要求，可制成墊圈、膜片、護(hù)套、軟管等?？傊甌PU汽車、工業(yè)部件、軟管、墊圈、密封件、電線電纜、醫(yī)用等方面得到了廣泛的應(yīng)用。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)過程。注射擊機(jī)分柱塞式和螺桿式兩種，推薦使用螺桿式注

10、射機(jī)，因?yàn)樗刑峁┚鶆虻乃俣?、塑化和熔融?、 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=1620為好，至少15；壓縮比2.5/13.0/1。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2050r/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

11、溫度等模塑條件的影響。通常收縮率范圍為0.0050.020cm/cm。例如，100102mm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23倍。TPU硬度、制作厚度對(duì)收縮率的影響見圖1?？梢奣PU硬度在78A90A之間時(shí)，制件收縮率隨厚度增加而下降；硬度在95A74D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69mm為宜。流道表面必須像模腔

12、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810mm，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48mm，直徑1.4mm；厚度8mm以上，直徑為2.02.7mm。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(shè)的一種槽形出

13、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

14、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177232。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

15、。例如Texin，硬度480A，模具溫度2030；硬度591A，模具溫度3050；硬度355D，模具溫度4065。TPU制品模具溫度一般在1060。模具溫度低，熔料過早凍結(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)晶過程，從而引起制品的后收縮和性能的變化。 b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(shí)，其頂部熔料所受到的壓力即為背壓，通過溢流閥來(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。34MPa。 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

16、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20110MPa。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（開模、脫模、閉模等），直

17、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2060s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2080r/min，則優(yōu)選2040r/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、丙烯酸酯類塑料或ABS清洗；停機(jī)超過1小時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉加熱。（5）制品后處理TPU由于在

18、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裂。生產(chǎn)中解決這些問題的方法是對(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(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8020h，A85以上者10020h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)，TP