メインランナーとは、射出成形機のノズルとマニホールドやキャビティをつなぐ金型部分です。ランナーの離型を容易にするため、∠20以上内側に拡径することが望ましい。マニホールドは、多溝金型のメインランナーと各キャビティをつなぐ溝で、金型上の配置は左右対称で等距離であることが望ましい。ランナーは円形、半円形、長方形があり、直径は6~9mmです。ランナーの表面はキャビティと同様に研磨して、流動抵抗を減らし、金型への充填速度を速くする必要があります。

コールドキャビティ

メインランナーの先端に冷材キャビティを設け、ノズル先端の噴射間に発生する冷材を閉じ込め、マニホールドやゲートの閉塞を防止します。冷媒がキャビティに混入すると、製品に内部応力が発生しやすくなります。冷媒キャビティは、直径8～10mm、深さ6mm程度です。

ゲート

射出成形用ゲートは、メインランナーまたはマニホールドとキャビティをつなぐ流路です。断面積は通常ランナーより小さく、ランナーシステムの中で最も小さい部分であり、長さは短くする必要があります。ゲートの形状は長方形または円形で、サイズは製品の厚みに応じて大きくなります。

製品の厚さ	ゲート径
4mm以下	直径1mm
厚さ4～8mm	直径1.4mm
8mmを超える厚み	直径2.0～2.7mm

製品の厚みとゲート径の関係

ゲートの位置は、通常、外観や機能に影響を与えない範囲で、製品の最も厚い部分に、収縮を防ぎ、スピンラインを避けるために金型の壁と直角になるように選ばれます。

ベントポート

ベント口とは、金型に入った溶融物がガスに巻き込まれないように、金型に開けられた一種のスロット状の空気排出口で、キャビティ内のガスは金型から排出される。そうしないと、製品に空気穴ができたり、融着が悪くなったり、金型が埋まったり、さらには空気が圧縮されて高温になり、製品が焼けて部品の内部応力を発生させることになります。空気孔は、キャビティ内の溶融流の終点か、深さ0.15mm、幅6mmの金型パーティング面に設けることができます。

成形条件

TPUに不可欠な成形条件は、可塑化フローと冷却に影響する温度、圧力、時間です。これらのパラメータは、TPUパーツの外観と性能に影響します。良好な加工条件では、均一な白色からベージュ色の特徴が得られるはずです。

温度

TPUの成形プロセスで制御が必要な温度は、バレル温度、ノズル温度、金型温度です。最初の2つの温度は主にTPUの可塑化と流動に影響し、後者の温度はTPUの流動と冷却に影響します。

バレル温度

バレル温度の選択は、TPUの硬度に関係します。硬度の高いTPUは溶融温度が高く、バレル末端での最高温度も高くなります。TPU加工におけるバレル温度の範囲は177~232℃である。バレル温度は一般的にホッパー側（後端）からノズル側（前端）へ分布し、徐々に上昇させることでTPUの温度上昇をスムーズにし、均一な可塑化を実現します。

ノズル温度

ノズル温度は、直進ノズルでは溶融物の唾液分泌の可能性を防ぐため、通常、バレルの最高温度よりわずかに低い温度とする。また、唾液分泌を防ぐためにセルフロック式ノズルを使用する場合は、ノズル温度をバレルの最高温度内に制御することも可能です。

金型温度

金型温度は、TPU製品の固有特性や見かけの品質に大きな影響を与えます。TPUの結晶度や製品の大きさなど、多くの要因がそのレベルを決定します。金型温度は通常、水などの恒温冷却媒体で制御され、硬度や結晶性の高いTPUでは金型温度は高くなります。例えば、Texin：

硬度	モールド温度
480A	20～30°C
591A	30～50℃
355D	40～65℃

硬度チャート付き金型温度

圧力

射出工程圧力には、可塑化圧力（背圧）と射出圧力がある。スクリューを後退させたときに上部の溶融物が受ける圧力が背圧で、リリーフバルブによって調整される。背圧を上げると、溶融温度が上昇し、可塑化速度が低下し、溶融温度が均一になり、色材が均一に混合され、溶融ガスが排出されますが、成形サイクルが長くなってしまうのです。TPUの背圧は通常0.3~4MPaである。

TPUの流動抵抗と金型充填率は溶融粘度と密接な関係があり、溶融粘度はTPUの硬度と溶融温度に直接関係している、つまり、溶融粘度は温度と圧力だけでなく、TPUの硬度と変形率によって決まる。せん断速度が大きいほど粘度は低く、せん断速度は一定で、TPUの硬度が高いほど粘度は高くなります。

せん断速度が一定の条件下では、粘度は温度の上昇とともに低下する。それでも、高いせん断速度では、粘度は低いせん断速度ほどには温度の影響を受けません。TPUの射出圧力は、一般的に20〜110MPaです。保持圧力は射出圧力の約半分、背圧はTPUを均一に可塑化するために1.4MPa以下にする必要があります。

成形サイクル

射出成形の工程を完了するのに必要な時間を成形サイクルと呼びます。成形サイクルには、金型充填時間、保持時間、冷却時間、その他の時間（型開き、離型、型閉じなど）が含まれ、生産性に直接影響する。通常、TPUの成形サイクルは、硬度、部品の厚み、形状によって決まります。TPUの成形サイクルは、高硬度では短く、厚みのある部品では長く、複雑な部品形状では長くなり、成形サイクルは金型温度にも関係する。TPUの成形サイクルは一般的に20~60秒の間です。

射出速度

TPU製品の構成は、主に射出速度を決定します。端面が厚い製品は射出速度が低く、端面が薄い製品は射出速度が速くなります。

スクリュースピード

TPU製品の加工には低いせん断速度が必要なので、低いスクリュー速度が適切です。TPUのスクリュースピードは20～80r/minが一般的で、20～40r/minが好ましいとされています。

シャットダウン処理

TPUは長時間高温下で劣化する可能性があるため、シャットダウン後はPS、PE、アクリレート樹脂、ABSなどで洗浄し、1時間以上シャットダウンし、加熱を止める必要があります。

製品の後処理

TPUは、バレル内での可塑化ムラや金型キャビティ内での冷却速度の違いにより、結晶化、配向、収縮が不均一になり、製品に内部応力が存在することが多く、厚肉製品や金属インサート製品で顕著です。内部応力が存在する製品は、保管時や使用時に、機械的特性の低下や表面の銀化、さらには変形やクラックが発生することが多い。生産時のこれらの問題を解決するには、製品をアニールする必要がある。アニール温度はTPU製品の硬度によって異なり、硬度の高い製品のアニール温度も高く、硬度の低い温度も低く、温度が高すぎると製品に反りや変形が生じ、低すぎると内部応力を除去する目的を達成できない。TPUアニールは低温で長時間使用する必要があり、低硬度製品は室温で数週間置くことで最高の性能を発揮することができます。ショアA85の硬度は80℃×20h以下、100℃×20h以上のA85はアニールすることができます。アニールは、熱風オーブンで行うことができます。製品の局所的な過熱や変形を避けるために、配置位置に注意してください。

アニールは内部応力を除去するだけでなく、機械的特性を向上させる。TPUは2相形態であるため、TPUの熱処理中に相の混合が起こり、TPUの粘度が高いため急冷時に相分離が遅れる。最高の特性を得るためには、それらが分離してマイクロゾーンを形成するのに十分な時間を確保する必要がある。

インレイ射出成形

組み立てのニーズに応えるため、TPU部品は金属インサートに埋め込む必要があります。金属インサートは、まず金型の所定の位置に入れられ、その後、製品全体に注入される。金属インサートとTPUの熱特性や収縮率の違いにより、インサート付きのTPU製品はTPUとしっかり接着されません。解決策は、金属インサートを予熱することです。予熱後、インサートは溶融物の温度差を小さくするので、射出工程でインサート周囲の溶融物をゆっくりと冷却させることができ、収縮はより均一で、高温材料の収縮の一定量の発生は、インサート周囲の過度の内部応力を防止します。TPUインレイの成形は比較的容易で、インサートの形状は限定されません。インサートが脱脂されている限り、200～230℃の加熱処理で1.5～2分間加熱されます。より強固な接着を得るためには、インサートに接着剤を塗布し、120℃で加熱し、注入することも可能である。また、使用するTPUは潤滑剤を含まないことが望ましい。

リサイクル素材の再利用

TPUの加工工程では、メインランナー、マニホールド、不適格品などの廃材をリサイクルして再利用することができる。実験結果から、100％リサイクル材は新素材と混ざらず、機械的特性の低下もあまり深刻ではない。使用できますが、物理的・機械的特性や射出条件を最良の状態に維持するためには、リサイクル材の推奨比率は25％から30％が良いとされています。リサイクル材料と正確な種の仕様の新しい材料が汚染されているか、リサイクル材料の使用を避けるためにアニールされていることに注意する必要があり、リサイクル材料はあまりにも長い間保存するべきではありません、最高のすぐに造粒、乾燥使用。リサイクル材料の溶融粘度は、一般的に減少させる必要があり、成形条件を調整する必要があります。

射出欠陥の原因と治療法

TPU成形品は、原則的に標準仕様で製造されます。しかし、それでもかなり広範囲に、また突然に変化します。時には、製造時に凹み、気泡、割れ、変形などの規格外品が発生することもあります。そのため、不良品の問題を把握し、解決策を提案することが必要であり、それは専門知識と実務経験の積み重ねである。時には、使用条件を変更したり、原材料や金型、機械にわずかな加工や調整を加えるだけで解決することもあります。今回、「TPU成形品の射出不良の原因と処置」を作成し、製品不良の原因を探り、適切な方法を選択して解決に導くことができればと願っています。

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