tpu生产工艺.ppt

26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,1,Part1世界上主要的供应商:BASF(ElastogranGmbH)Part2什么是TPU?Part3TPU的特性与用途Part4TPU的加工,热塑性聚氨酯(ThermoplasticPolyUrethane)材料特性加工应用,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,2,TPU的加工,Elastollanprocessing,储存ELASTOLLAN提供的TPU颗粒原料为无色,方粒或圆粒.ELASTOLLAN是易吸湿材料,如果将干燥的材料暴露于空气中,将会迅速吸收空气中的水份.聚醚型比聚酯型更易吸湿.推荐将材料存储在干燥的室温环境下.为了防止凝露,储存在低温下的材料,在打开包装之前,建议令材料达到室温.包装袋在打开之后,若袋中还存有材料,应尽量封紧袋口.只有在绝对必要的情况下，才应该将颗粒状的材料暴露在周围空气中.因此,必须盖紧加工机器的加料斗,这点十分重要.如果料斗被打开了几次,建议重新对其中的材料进行干燥处理。,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,3,TPU的加工,O=C=N-R-N=C=O+HO-R-OH,O=C=N-R-N-CO-R-OH,_,=,_,H,O,upto230C,water=H-O-H,di-isocyanate异氰酸酯,Diol醇,Urethane脲,水在TPU加工中的降解作用(DEGRADATION),ElastollanProcessing,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,4,TPU的加工,Elastollanprocessing,DRYING干燥粒状的材料如果含有过多的水分将会导致加工问题，并降低成品的质量。如果塑化的材料产生泡沫或者熔体中出现气泡，表明材料中含有过多的潮气（水分）。许多情况下，挤出(押出)法加工过程中如果输出量发生波动则很可能说明预干燥不充分。为了确保Elastollan加工的成品具有最佳的性能，在加工前，有必要对材料进行干燥处理。干燥后的粒状材料的水分含量不应该超过0.02%(重量百分比).当使用空气循环炉进行干燥处理时，颗粒的层高不应该超过4厘米。如果使用除湿型空气干燥器时，可以根据总的有效容量设置除湿的能力。干燥后，颗粒状材料应该立即被储存在能够安全密封的干燥的容器中,以免再次吸湿.当使用色母粒和添加剂时，必须确保它们是干燥的。因此，在干燥处理之前，最好先与颗粒材料预混，以确保整个产品是干燥的。常规的空气循环炉、真空干燥柜和除湿型空气干燥器最适合用于进行这种干燥处理。所建议的干燥参数请参见下表:,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,5,TPU的加工,Elastollanprocessing,COLORING着色在我们的Elastollan系列产品中，所有等级的材料均能够被着色。基于TPU的浓缩色母粒最适合于这种用途。通常情况下，所添加的色母粒的配合比率是2%，然而，含有添加剂的Elastollan等级材料，例如阻燃型材料，可以要求提高配合比率，以便完全满足颜色的深度。非Elastollan的色母极有可能与Elastollan材料不相匹配。差的颜料会使着色不牢固，并导致差的表面和损害产品质量。,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,6,TPU的加工,Elastollanprocessing,ADDITIVES添加剂能够使用各种添加剂提高ELASTOLLAN材料的性能。以下是为ELASTOLLAN提供的常用添加剂:UVSTABILIZER抗UV稳定剂LUBRICANT润滑剂,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,7,TPU的加工,Elastollanprocessing,RECYCLE重复使用根据成品制件的质量要求，最多只能加入30%的回收料。回收材料类型和硬度应该与Elastollan原材料的类型和硬度相同，并且不含有任何杂质和污染物。理想情况下，回收的材料应该被切成小方块，并且是干燥的和未经过长时间储存的材料。已经被污染的或降解的材料不适合重复使用。连续的重复循环使用回收料会大幅度降低成品制件的质量。ELASTOLLAN技术说明中所标注的某些质量要求不适用于回收材料。,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,8,TPU的加工,Elastollanprocessing,RECYCLE重复使用,重复使用会导致大部分性能下降.在经过五次重复使用后C80A的拉伸强度保持在新鲜材料的60%左右.ELONGATION伸长率基本上不会因为重复使用而下降.此实验的基础条件是:正确的加工过程,理想的加工工艺.,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,9,TPU的加工,Elastollanprocessing,/,/,/,/,/,/,/,/,Morphology分子形态表述,PostCured经过回火处理:,Afterprocessing刚加工出来,没有经过回火处理:,POSTTREATMENT回火处理,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,10,TPU的加工,Elastollanprocessing,POSTTREATMENT回火处理通常,模塑的Elastollan制件在室温下储存数周后才能获得理想的性能。为了在短期内达到最佳的性能(例如测试之前)，有必要对制件进行回火处理。这种热处理可以在空气循环炉(烘箱)内进行。ELASTOLLAN退火处理的条件为100C,20小时退火处理过程中，具有低稳定性(例如低硬度)的铸件应该小心储存，以避免发生变形。挤出(EXTRUSION)成型的制件则仅在特殊情况下进行退火处理。,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,11,TPU的加工,Elastollanprocessing,回火处理对ELASTOLLAN硬度的作用,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,12,TPU的加工,Elastollanprocessing,HEALTH,SAFETY,DISPOSAL安全健康处理根据所使用的材料等级，Elastollan能够在很广的温度范围内进行加工。对于所有天然的或合成的有机物质，在一定温度下均有可能发生分解作用。分解的速率将取决于所应用的温度和所使用的材料。基本上，当ELASTOLLAN温度超过230时，就有可能开始发生分解作用。当弹性体熔化并暴露在空气中时，就有可能释放出蒸汽，并对工作场所造成影响。鉴于此，建议提供一个有效的抽吸排气系统，尤其在熔体出口区。Elastollan材料能够完全发生反应，且不会对环境造成任何危害。因此，所产生的垃圾能够运往公共垃圾站或者垃圾焚烧厂进行处置。应该遵守政府对垃圾处置所做的规定。进一步的信息请参见我们的安全数据表(MSDS)。,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,13,TPU的加工,Elastollanprocessing,MACHINEDESIGN机械设计单螺纹、三段式螺杆注射成型机适合加工Elastollan材料。由于加工时TPU材料有很高的剪切应力，因此，短压缩段螺杆(突变式螺杆)不适用。已经证明，该种螺杆设计已得到成功应用（参见上图）：压缩比应该大约为1：2，不应该超过1：3。自流喷嘴和自锁喷嘴均适用,但是应该小心确保流体顺利通过喷嘴.应该避免熔体可能堆积和变成烧焦的死角。,Injectionprocessing注射成型,Screwconfiguration螺杆构造,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,14,TPU的加工,Elastollanprocessing,BARRELANDMELTTEMPERATURE料筒与熔体温度为了确保加工无任何故障产生以及持续获得高质量的制件，在料筒内保持精确而恒定的温度十分必要.从进料段至计量段，温度的增加大致在1020范围内。喷嘴温度应该调节到适合熔体温度。Table1给出了各种硬度范围内所建议的料筒温度：,Injectionprocessing注射成型,建议测量熔融材料的温度，并相应地调节温度控制器（参见Table2):,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,15,TPU的加工,Elastollanprocessing,SCREWSPEED螺杆转速Elastollan熔体对剪切敏感，过高的螺杆转速会令产品性能降低。螺杆转速:线速度低于0.2米/秒(M/S)螺杆直径(MM)*3.14*RPM/60/1000=线速度例如当螺杆直径为40mm时,转速120RPM是否合适?40*3.14*120/60/1000=0.25M/S(高于要求的0.2M/S)应为:0.2*1000*60/40/3.14=95RPM(对于40mm螺杆直径,建议转速不要超过95RPM)如果注射加工被中断的时间较长，剩余在料筒内的材料将会变得过热。因此，在恢复生产之前，需要清空料筒.,Injectionprocessing注射成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,16,TPU的加工,Elastollanprocessing,INJECTIONPRESSURE,SPEED,CYCLE注射压力注射速度注射周期注射压力和保压压力这些因素均会影响尺寸稳定性(收缩)以及成品铸件的顺利脱模。如果保压压力过低，可能会出现凹痕。如果注射压力过高，那么将使脱模更加困难。INJECTIONPRESSURE1001000barHOLDINGPRESSURE1001000bar(稍低于注射压力)背压背压会影响材料塑化的均匀性。由于材料易产生剪切，故不应该设置的过高。BACKPRESSURE520bar注射速度正确的注射速度取决于水口、制件的壁厚和熔体的流动。在不影响其他条件下,应该尽可能保持低速。加工周期加工周期取决于熔体的结晶形态和脱模特性。脱模时间主要由模具温度、壁截面和材料的硬度决定。,Injectionprocessing注射成型,2019/12/14,17,可编辑,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,18,TPU的加工,Elastollanprocessing,MOULDDESIGN模具设计制作模具的材料通常用于制作模具的材料，如钢或合金钢，也适合于Elastollan的模塑料加工。由有色金属，主要是铝，制成的模具也能够成功地应用于模塑加工。这些低成本的模具常常被用于制鞋业。水口最大水口直径应该不超过制件的最大壁厚。水口的直径应该适合喷嘴的尺寸，且超过喷嘴直径0.5毫米。当水口为直接浇口时应该尽量位于最大壁厚区域。水口圆锥体应该尽可能短，且具有最小6度的角度。流道Elastollan的熔化特性要求大口径的流道，以避免局部产生剪切现象,并能够得到较大的压力传递，以确保模具注满。对于Elastollan，采用圆形流道横截面，将会达到最佳流量.(参见下页)如果采用热流道,那么应该选择外部加热系统。内部加热系统不适用。多制件模具需要一个平衡的流道系统。(参见下页)浇口Elastollan的浇口应该较大，特别是制件较大或形状复杂时,以确保充模顺利,适当的保压以避免凹痕。,Injectionprocessing注射成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,19,TPU的加工,Elastollanprocessing,Injectionprocessing注射成型,Balancedrunnersystem平衡流道系统,Runnercrosssection流道横截面,Unfavourable不合适的,Better较好,Best理想,MOULDDESIGN模具设计,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,20,TPU的加工,Elastollanprocessing,MOULDDESIGN模具设计水口Elastollan的水口应该较大，以确保适当的保持压力和避免凹痕.通常所采用的设计包括锥形,环形和薄膜水口。小的制件可以通过针孔(PIN)注塑.由于材料具有很高的弹性(不易拉断)，以及可能产生的剪切应力导致材料降解，因此不建议使用潜水水口。较软的Elastollan材料尤其会产生这类问题。排气在注射熔体过程中，空气必须很容易地从模具铸槽排出，以防止压缩空气造成烧焦的痕迹。0.020.05毫米深度的浇铸通气孔最好位于分型线上或嵌入件上。模具表面光洁度为了更加容易地脱模，尤其当加工较软的Elastollan材料时，建议模具表面的粗糙高度在大约2535um范围内。抛光的和镀铬的模具表面不太适合较软的材料，因为这会导致粘模。脱模较低肖氏硬度范围内的Elastollan材料的弹性允许较大的强制脱模。经验表明，小于5%的OverStretching将不会导致永久性变形。模具温度控制为了保证高质量的模塑，有必要提供一个良好的模具温度控制系统。模具的温度会影响表面质量、收缩和变形。模具温度的变化范围在1570之间，这取决于Elastollan材料的等级和模具类型。调整每半个模具的温度可以避免制件可能发生的变形。,Injectionprocessing注射成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,21,TPU的加工,Elastollanprocessing,Injectionprocessing注射成型,Cone锥形水口Ring环形水口Filmgates薄膜水口Ventchannels排气口:0,020,05mmMouldsurface模具表面光洁度:2535mm,Conegate,Ringgate,Film-gate,MOULDDESIGN模具设计,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,22,TPU的加工,Elastollanprocessing,Elastollan模塑的收缩受下列参数影响：零件设计壁厚水口设计加工条件，特别是熔化温度、注射压力、保持压力、模具温度。收缩包括模塑收缩和后收缩（不仅发生在低温退火期间，而且发生在铸件的长期储存期间).正是由于这个原因，很难准确地预测收缩率。图15给出了对应于壁厚和肖氏硬度的非增强型Elastollan材料的总收缩率。根据玻璃纤维的含量，玻璃纤维增强型Elastollan材料显示出沿流动方向有0.050.20%的收缩率,沿横流方向有0.10.5%的收缩率.,Injectionprocessing注射成型,SHRINKAGE收缩,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,23,TPU的加工,Elastollanprocessing,PROCESSINGPARAMETERS加工工艺PROCESSINGTEMPERATURE加工温度下列是根据Elastollan系列材料的硬度而建议采用的温度范围：,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,SCREWSPEED螺杆速度因为热塑性聚氨酯是剪切敏感型的材料，过高的螺杆速度将会降低产品的性能。最大螺杆转度与螺杆直径的关系:螺杆转动的线速度0.15M/S,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,24,TPU的加工,Elastollanprocessing,PROCESSINGPARAMETERS加工工艺MELTPRESSURE熔体压力熔体压力取决于模头设计和模口间隙，以及熔体温度。一般情况下，接头处的最大压力为300帕，然而，在启动时可以达到最大1000帕的峰值压力.所以为了安全起见,建议使用可变(速)螺杆驱动装置.CLEANINGOFTHEEXTRUDER挤压机的清洗当改变材料或者连续操作数天后，建议清洗挤出机。聚丙烯或者HDPE等加工温度较高的材料适合用于清洗螺杆。此外，有时有必要使用专用清洗剂。,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,25,TPU的加工,Elastollanprocessing,REQUIRMENTTOEQUIPMENT设备要求建议采用1：2至1：3，最好1：2.5压缩比的单螺杆挤出机加工Elastollan材料。我们的经验表明，2530L/D比率的三段式螺杆最适宜。三段式螺杆应该有一个连续而恒定的1D螺距。螺杆与柱筒之间的径向间隙应该为0.10.2毫米。,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,26,TPU的加工,Elastollanprocessing,REQUIRMENTTOEQUIPMENT设备要求,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,27,TPU的加工,Elastollanprocessing,REQUIRMENTTOEQUIPMENT设备要求带有凹槽的进料段料筒已在实践中得到成功，并具有下列优点：持续稳定的输出改善压力累积形成增加输出量,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,如果使用凹槽的进料段，有必要进行冷却处理。,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,28,TPU的加工,Elastollanprocessing,REQUIRMENTTOEQUIPMENT设备要求,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,he9,0mmhkd4,8mmhm5,3mmhmix7,0mm,带有混合段的螺杆同样可以适用,但混合段的设计要尽量避免导致高剪切,进而造成材料的降解,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,29,TPU的加工,Elastollanprocessing,REQUIRMENTTOEQUIPMENT设备要求建议使用分料板和过滤网组合。两个400网目/平方厘米的过滤网组合成垫板和两个900网目/平方厘米的细孔过滤网组合能够获得很好的效果，这已经在实践中得到证实。某些应用有必要使用更加细的过滤网（例如，薄膜生产）。根据螺杆直径和模头的类型，分料板应该有1.55毫米直径的孔。热塑聚氨酯的挤塑需要比其它热塑性塑料更大功率的电动机。功率消耗在0.3和1千瓦小时/千克之间，且取决于螺杆的设计。已经证明，熔体泵能够成功地保证熔体的连续流动。,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,26/09/2003VTCHongKong,ThermoplasticPolyurethane,30,TPU的加工,Elastollanprocessing,为了确保一个恒定的熔体流量，采用相对较窄的横截面十分重要，以避免在模头中产生死角。这将造成材料在模头中的自清洗.对于管材和异型材的挤出，建议采用相对较长的模头。这将会减少剪切应力，由此可获得一个恒定的输出流量。长度应该是喷嘴直径的两至四倍。,EXTRUSIONPROCESSING挤出成型,DIEDESIGN模头设计,关于其它方面，模头设计与其它热塑性塑料的挤出类似,26/09/2003VTCHongKong,The