TPU-Spritzguss-Leitfaden – ein Leitfaden für ein erfolgreiches Projekt

Überblick über TPU (Thermoplastische Polyurethane)

TPU verfügt über eine ausgezeichnete Hochspannung, hohe Zugfestigkeit, Zähigkeit und Anti-Aging-Eigenschaften, eine Art von Umweltschutzmaterial. TPU findet breite Anwendung in der Medizin und im Gesundheitswesen, in der Elektronik und in elektrischen Geräten, in der Industrie, im Sport usw.

Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit, gute Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, Kältebeständigkeit, Ölbeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit usw. aus,

Es hat auch viele ausgezeichnete Funktionen, wie z.B. Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, Winddichtigkeit, Kältebeständigkeit, antibakterielle Eigenschaften, Schimmelresistenz, Wärme und UV-Beständigkeit.

Kritische Faktoren, die die Spritzgussform und den Spritzgussprozess von TPU-Produkten beeinflussen

TPU kann spritzgegossen, blasgeformt, formgepresst oder extrudiert werden, aber das am häufigsten verwendete Verfahren ist das Spritzgießen.

Wir empfehlen die Verwendung einer Schneckenspritzgießmaschine für die Verarbeitung von TPU-Spritzguss, da die Einspritzgeschwindigkeit, die Plastifizierung und der Schmelzprozess gleichmäßiger sind und sich an die verschiedenen Eigenschaften des TPU-Materials anpassen lassen.

TPU-Kunststoff hat einen großen Härtebereich. Durch Änderung des Verhältnisses der einzelnen Reaktionsgruppen von TPU können verschiedene Härtespezifikationen von TPU-Kunststoff erzielt werden, und die Elastizität bleibt auch bei steigender Härte erhalten.

Das wichtigste Kriterium bei der Entwicklung von TPU-Spritzgussformen und dem Spritzgussverfahren ist die Härte, die sich auf alle Aspekte des TPU-Spritzgusses und der Formen auswirkt.

Die Härte von TPU wird in der Regel durch die Shore-Härte ausgedrückt, die im Allgemeinen mit A unter 100 Grad, wie 80A, 90A, 95A, 98A usw., und D über 100 Grad, wie 50D, 60D, 64D, 71D, 74D usw., angegeben wird.

Bedenken bei der Entwicklung von Formen für TPU-Kunststoffprodukte

Schrumpfung von TPU-Formteilen

Die Schrumpfung wird von der Härte des Rohmaterials, der Dicke und der Form des Teils, der Formtemperatur und der Werkzeugtemperatur sowie anderen Formbedingungen beeinflusst. Normalerweise liegt die Schwindung zwischen 0,005 und 0,020 cm/cm. Zum Beispiel, 100×10×2mm rechteckige Teststück, in der Länge Richtung Tor, Fließrichtung Schrumpfung, Härte 75A ist 2~3 mal größer als 60D.

Angusskanäle und kalte Kavitäten

Der Hauptkanal ist ein Formteil, das die Düse der Spritzgießmaschine mit dem Verteiler oder der Kavität verbindet. Der Durchmesser sollte nach innen um ∠ 20 oder mehr erweitert werden, um die Freigabe des Kanals zu erleichtern. Der Verteiler ist ein Kanal, der den Hauptkanal und jede Kavität in einer Mehrnutenform verbindet. Die Anordnung auf der Form sollte symmetrisch und äquidistant sein. Der Angusskanal kann rund, halbkreisförmig oder rechteckig sein, mit einem Durchmesser von 6~9mm. Die Oberfläche des Angusses muss wie der Hohlraum poliert sein, um den Fließwiderstand zu verringern und die Form schneller zu füllen.

Kalte Kavitäten

Der Hohlraum für kaltes Material befindet sich am Ende des Hauptkanals, um das kalte Material, das zwischen den Einspritzungen am Ende der Düse entsteht, aufzufangen und so eine Verstopfung des Verteilers oder Anschnitts zu verhindern. Wenn kaltes Material in den Hohlraum gemischt wird, erzeugt das Produkt leicht innere Spannungen. Der Hohlraum für kaltes Material hat einen Durchmesser von 8 bis 10 mm und eine Tiefe von etwa 6 mm.

Anschnitt

Der Anschnitt ist der Kanal, der den Hauptkanal oder Verteiler mit der Kavität verbindet. Seine Querschnittsfläche ist in der Regel kleiner als der Angusskanal und stellt den kleinsten Teil des Angusssystems dar. Die Form des Anschnitts ist rechteckig oder rund; die Größe nimmt mit der Dicke des Produkts zu.

Der Anschnitt wird in der Regel an der dicksten Stelle des Produkts gewählt, ohne das Aussehen und die Funktion zu beeinträchtigen, und zwar im rechten Winkel zur Wand der Form, um Schrumpfung zu verhindern und Schleuderlinien zu vermeiden.

Entlüftungsöffnung

Die Entlüftungsöffnung ist eine Art schlitzförmiger Luftauslass, der in der Form geöffnet wird, um zu verhindern, dass die in die Form eintretende Schmelze mit dem Gas in Berührung kommt, und das Gas im Hohlraum wird aus der Form abgeleitet. Andernfalls kommt es zu Luftlöchern im Produkt, schlechter Verschmelzung und Formfüllung. Außerdem wird die Luft komprimiert, um eine hohe Temperatur zu erzeugen, und das Produkt wird verbrannt, was zu inneren Spannungen im Teil führt. Die Entlüftungsöffnung kann sich am Ende des Schmelzflusses in der Kavität oder an der Trennfläche der Form befinden, die 0,15 mm tief und 6 mm breit ist.

Bedingungen für die Formgebung

Die wesentlichen Formbedingungen für TPUs sind Temperatur, Druck und Zeit, die den Plastifizierungsfluss und die Abkühlung beeinflussen. Diese Parameter beeinflussen das Aussehen und die Leistung von TPU-Teilen. Gute Verarbeitungsbedingungen sollten zu gleichmäßigen weißen bis beigefarbenen Merkmalen führen.

Temperatur

Die Temperaturen, die beim Spritzgießen von TPU kontrolliert werden müssen, sind die Zylinder-, Düsen- und Werkzeugtemperatur. Die ersten beiden Temperaturen wirken sich hauptsächlich auf die Plastifizierung und das Fließen von TPU aus, während die letztere Temperatur das Fließen und die Abkühlung von TPU beeinflusst.

• Zylindertemperatur

Die Wahl der Zylindertemperatur hängt mit der Härte des TPU zusammen. Die Schmelztemperatur von TPU mit hoher Härte ist hoch, und die maximale Temperatur am Ende des Zylinders ist ebenfalls hoch. Der Bereich der Zylindertemperatur für die TPU-Verarbeitung liegt bei 177~232℃. Die Zylindertemperatur ist im Allgemeinen von der Trichterseite (hinteres Ende) bis zur Düse (vorderes Ende) verteilt und steigt allmählich an, um die Temperatur des TPU gleichmäßig ansteigen zu lassen und eine gleichmäßige Plastifizierung zu erreichen.

• Düsentemperatur

Die Düsentemperatur ist in der Regel etwas niedriger als die maximale Zylindertemperatur, um ein mögliches Einspeicheln der Schmelze in einer Durchlaufdüse zu verhindern. Wenn eine selbstschließende Düse verwendet wird, um die Salivation zu vermeiden, kann die Düsentemperatur auch innerhalb der maximalen Zylindertemperatur gesteuert werden.

• Temperatur der Form

Die Formtemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die intrinsischen Eigenschaften und die sichtbare Qualität von TPU-Produkten. Viele Faktoren, wie z.B. die Kristallinität des TPU und die Größe des Produkts, bestimmen ihre Höhe. Die Formtemperatur wird in der Regel durch ein Kühlmedium mit konstanter Temperatur, wie z.B. Wasser, gesteuert, und die Formtemperatur ist bei TPU mit hoher Härte und Kristallinität hoch. Zum Beispiel Texin:

Druck

Der Druck beim Einspritzvorgang umfasst den Plastifizierdruck (Gegendruck) und den Einspritzdruck. Der Druck, dem die obere Schmelze ausgesetzt ist, wenn die Schnecke zurückgezogen wird, ist der Gegendruck, der durch das Überdruckventil geregelt wird. Eine Erhöhung des Gegendrucks erhöht die Schmelzetemperatur, verringert die Plastifiziergeschwindigkeit, sorgt für eine gleichmäßige Schmelzetemperatur, eine gleichmäßige Durchmischung des Farbmaterials und die Ableitung des Schmelzgases, verlängert jedoch den Formgebungszyklus. Der Gegendruck von TPU liegt normalerweise bei 0,3~4MPa.

Der Fließwiderstand von TPU und die Formfüllgeschwindigkeit stehen in engem Zusammenhang mit der Schmelzviskosität, die wiederum direkt mit der TPU-Härte und der Schmelztemperatur zusammenhängt, d.h. die Schmelzviskosität wird nicht nur durch Temperatur und Druck bestimmt, sondern auch durch die TPU-Härte und die Verformungsgeschwindigkeit. Je höher die Scherrate, desto niedriger die Viskosität; die Scherrate ist konstant und je höher die TPU-Härte, desto größer die Viskosität.

Unter der Bedingung einer konstanten Scherrate nimmt die Viskosität mit steigender Temperatur ab. Bei einer hohen Scherrate wird die Viskosität jedoch nicht so stark von der Temperatur beeinflusst wie bei einer niedrigen Scherrate. Der Einspritzdruck von TPU beträgt im Allgemeinen 20~110MPa. Der Nachdruck beträgt etwa die Hälfte des Einspritzdrucks; der Gegendruck sollte unter 1,4 MPa liegen, damit das TPU gleichmäßig plastifiziert.

Spritzguss-Zyklus

Die Zeit, die benötigt wird, um einen Einspritzvorgang abzuschließen, wird als Spritzgießzyklus bezeichnet. Der Zyklus umfasst die Zeit für die Formfüllung, die Haltezeit, die Abkühlzeit und andere Zeiten (Öffnen der Form, Entformung, Schließen der Form usw.), was sich direkt auf die Produktivität auswirkt. Die Härte, die Bauteildicke und die Form bestimmen in der Regel den Formungszyklus von TPU. Die Zykluszeit von TPU ist kurz für hohe Härten, lang für dicke Teile und lang für komplexe Teileformen, und der Formungszyklus hängt auch mit der Werkzeugtemperatur zusammen. Der Zyklus von TPU liegt im Allgemeinen zwischen 20 und 60 Sekunden.

Einspritzgeschwindigkeit

Die Konfiguration der TPU-Produkte bestimmt hauptsächlich die Einspritzgeschwindigkeit. Produkte mit einer dicken Stirnseite benötigen eine niedrigere Einspritzgeschwindigkeit, während eine dünne Stirnseite eine höhere Einspritzgeschwindigkeit erfordert.

Schneckengeschwindigkeit

Die Verarbeitung von TPU-Produkten erfordert eine niedrige Scherrate, so dass eine niedrigere Schneckengeschwindigkeit angemessen ist. eine Schneckendrehzahl von 20~80r/min für TPU wird im Allgemeinen gegenüber 20~40r/min bevorzugt.

Verarbeitung beim Herunterfahren

Da sich TPU bei hohen Temperaturen über einen längeren Zeitraum hinweg zersetzen kann, sollte es nach dem Herunterfahren mit PS, PE, Acrylatkunststoff oder ABS gereinigt werden; das Herunterfahren sollte länger als 1 Stunde dauern, und die Heizung sollte ausgeschaltet werden.

Nachbearbeitung der Produkte

TPU führt aufgrund ungleichmäßiger Plastifizierung im Zylinder oder unterschiedlicher Abkühlungsraten im Formhohlraum häufig zu ungleichmäßiger Kristallisation, Ausrichtung und Schrumpfung, was zu inneren Spannungen im Produkt führt, die bei dickwandigen Produkten oder Produkten mit Metalleinlagen stärker ausgeprägt sind. Bei der Lagerung und beim Gebrauch leiden die Produkte mit inneren Spannungen oft unter einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, einer Versilberung der Oberfläche und sogar unter Verformung und Rissen. Die Lösung für diese Probleme in der Produktion ist das Glühen der Produkte. Die Glühtemperatur hängt von der Härte der TPU-Produkte ab. Bei Produkten mit hoher Härte ist die Glühtemperatur höher und bei Produkten mit niedriger Härte niedriger; eine zu hohe Temperatur kann dazu führen, dass sich das Produkt verzieht oder verformt, und eine zu niedrige, um den Zweck der Beseitigung der inneren Spannungen zu erreichen. TPU sollte lange Zeit bei niedrigen Temperaturen getempert werden. Produkte mit niedriger Härte können mehrere Wochen bei Raumtemperatur gelagert werden, um die beste Leistung zu erzielen. Die Härte in Shore A85 getempert unter 80 ℃ × 20h, A85 über 100 ℃ × 20h sein kann. Das Glühen kann im Heißluftofen durchgeführt werden; achten Sie auf die Platzierung, um eine lokale Überhitzung und Verformung des Produkts zu vermeiden.

Das Tempern beseitigt nicht nur innere Spannungen, sondern verbessert auch die mechanischen Eigenschaften. Da es sich bei TPU um eine zweiphasige Form handelt, kommt es bei der thermischen Verarbeitung von TPU zu einer Vermischung der Phasen. Aufgrund der hohen Viskosität von TPU erfolgt die Phasentrennung während der schnellen Abkühlung nur langsam; es muss genügend Zeit zur Verfügung stehen, damit sich die Phasen trennen und Mikrozonen bilden können, um die besten Eigenschaften zu erzielen.

Inlay-Spritzgießen

Um den Anforderungen der Montage gerecht zu werden, müssen TPU-Teile in Metalleinlagen eingebettet werden. Die Metalleinlage wird zunächst in eine vorbestimmte Position in der Form gebracht und dann zu einem ganzen Produkt gespritzt. TPU-Produkte mit Einlegeteilen sind aufgrund der unterschiedlichen thermischen Eigenschaften und Schrumpfungsrate von Metalleinlegeteilen und TPU nicht fest mit dem TPU verbunden. Die Lösung besteht darin, die Metalleinlage vorzuwärmen, denn nach dem Vorwärmen verringert die Einlage den Temperaturunterschied der Schmelze, so dass der Einspritzvorgang die Schmelze um die Einlage herum langsamer abkühlen lässt, die Schrumpfung gleichmäßiger ist, das Auftreten einer gewissen Menge an heißem Material schrumpft, um übermäßige innere Spannungen um die Einlage herum zu vermeiden. Das Formen der TPU-Einlage ist relativ einfach, und die Form der Einlage ist nicht begrenzt. Solange die Einlage entfettet ist, wird sie in der 200 ~ 230 ℃ Wärmebehandlung für 1,5 ~ 2 Minuten sein. Um eine festere Verbindung zu erhalten, kann die Einlage mit Klebstoff beschichtet, auf 120°C erhitzt und injiziert werden. Außerdem ist zu beachten, dass das verwendete TPU kein Gleitmittel enthalten sollte.

Wiederverwendung von recycelten Materialien

Bei der TPU-Verarbeitung können der Hauptkanal, der Verteiler, nicht qualifizierte Produkte und andere Abfallmaterialien recycelt und wiederverwendet werden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass 100% recyceltes Material nicht mit neuem Material vermischt wird und dass die mechanischen Eigenschaften des Abfalls nicht allzu gravierend sind. Sie können verwendet werden, aber um die physikalischen und mechanischen Eigenschaften und die Injektionsbedingungen auf dem besten Niveau zu halten, ist der empfohlene Anteil an recyceltem Material von 25% bis 30% gut. Es sollte beachtet werden, dass das recycelte Material und das neue Material der exakten Spezifizierungen verunreinigt oder geglüht worden sind, um die Verwendung von recyceltem Material zu vermeiden; recyceltes Material sollte nicht zu lange gelagert werden; am besten sofort granuliert, trocken verwenden. Die Schmelzviskosität des recycelten Materials sollte generell reduziert und die Formbedingungen sollten angepasst werden.

Ursachen von Spritzgussfehlern und deren Behandlung

TPU-Formprodukte werden im Prinzip nach Standardspezifikationen hergestellt. Dennoch variieren sie recht stark und abrupt. Manchmal entstehen während der Produktion Beulen, Blasen, Risse, Verformungen und andere minderwertige Produkte. Daher ist es notwendig, das Problem zu verstehen und eine Lösung für die mangelhaften Produkte vorzuschlagen, was eine Ansammlung von Fachwissen und praktischer Erfahrung bedeutet. Manchmal reicht es aus, die Betriebsbedingungen zu ändern oder die Rohstoffe, Formen und Maschinen leicht zu bearbeiten und anzupassen, um das Problem zu lösen. Wir haben den Artikel“Ursachen und Behandlung von Spritzgussfehlern bei TPU-Formprodukten” verfasst, der Ihnen helfen soll, die Ursachen von Produktfehlern zu finden und eine geeignete Methode zu deren Lösung zu wählen.