TPU的加工.ppt

1、TPU加工,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,2,TPU的加工,Elastollan processing,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

2、. 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。,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,3,TPU的加工,O = C= N - R - N = C = O + HO - R - OH,O = C = N - R - N - C O - R - OH,_,=,_,H,O,up to 230C,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),Elastollan P

3、rocessing,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,4,TPU的加工,Elastollan processing,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

4、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:,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,5,TPU的加工,Elastollan processing,COLORING着色 在我们的El

5、astollan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。,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,6,TPU的加工,Elastollan processing,ADDITIVES添加剂 能够使用各种添加剂提高ELAS

6、TOLLAN材料的性能。以下是为ELASTOLLAN提供的常用添加剂: UV STABILIZER 抗UV稳定剂 LUBRICANT 润滑剂,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,7,TPU的加工,Elastollan processing,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。

7、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。,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,8,TPU的加工,Elastollan processing,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.,26/09/2003 VTC HongKong,Thermo

8、plastic Polyurethane,9,TPU的加工,Elastollan processing,/,/,/,/,/,/,/,/,Morphology分子形态表述,Post Cured经过回火处理:,After processing刚加工出来, 没有经过回火处理:,POST TREATMENT 回火处理,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,10,TPU的加工,Elastollan processing,POST TREATMENT 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

9、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。,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,11,Elastollan processing,回火处理对ELASTOLLAN硬度的作用,TPU的加工,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplasti

10、c Polyurethane,12,TPU的加工,Elastollan processing,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

11、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)。,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,13,TPU的加工,Elastollan processing,MACHINE DESIGN 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

12、：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。,Injection processing 注射成型,Screw configuration 螺杆构造,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,14,TPU的加工,Elastollan processing,BARREL AND MELT TEMPERATURE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

13、应该调节到适合熔体温度。 Table 1 给出了各种硬度范围内所建议的料筒温度：,Injection processing 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Table 2):,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,15,TPU的加工,Elastollan processing,SCREW SPEED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4

14、0mm时, 转速120RPM是否合适? 40*3.14*120 / 60 / 1000 = 0.25 M/S (高于要求的0.2 M/S) 应为:0.2*1000*60 / 40 / 3.14 = 95 RPM (对于40mm螺杆直径, 建议转速不要超过95 RPM) 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.,Injection processing 注射成型,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,16,TPU的加工,Elastollan processing,INJECT

15、ION PRESSURE,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。 INJECTION PRESSURE 1001000 bar HOLDING PRESSURE 1001000 bar(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。 BACK PRESSURE 520 bar 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

16、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。,Injection processing 注射成型,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,17,TPU的加工,Elastollan processing,MOULD DESIGN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

17、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。,Injection proce

18、ssing 注射成型,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,18,TPU的加工,Elastollan processing,Injection processing 注射成型,Balanced runner system平衡流道系统,Runner cross section流道横截面,Unfavourable 不合适的,Better 较好,Best 理想,MOULD DESIGN模具设计,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,19,TPU的加工,Elastollan

19、processing,MOULD DESIGN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

20、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。,Injection processing 注射成型,26/09/2003 VTC HongKong

21、,Thermoplastic Polyurethane,20,TPU的加工,Elastollan processing,Injection processing 注射成型,Cone锥形水口 Ring环形水口 Film gates薄膜水口 Vent channels排气口: 0,020,05 mm Mould surface模具表面光洁度: 2535 mm,Cone gate,Ring gate,Film- gate,MOULD DESIGN模具设计,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,21,TPU的加工,Elastollan p

22、rocessing,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.,Injection processing 注射成型,SHRINKAGE收缩,26/09/2003

23、VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,22,TPU的加工,Elastollan processing,PROCESSING PARAMETERS加工工艺 PROCESSING TEMPERATURE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：,EXTRUSION PROCESSING 挤出成型,SCREW SPEED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 0.15 M/S,26/09/2003 VTC HongKong,Therm

24、oplastic Polyurethane,23,TPU的加工,Elastollan processing,PROCESSING PARAMETERS加工工艺 MELT PRESSURE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. CLEANING OF THE EXTRUDER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。,EXTRUS

25、ION PROCESSING 挤出成型,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,24,TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT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。,EXTRUSION PROCESSING 挤出成型,26/09/2003 VTC HongKong

26、,Thermoplastic Polyurethane,25,TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT设备要求,EXTRUSION PROCESSING 挤出成型,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,26,TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT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,EXTRUSION PROCESSING 挤出

27、成型,如果使用凹槽的进料段，有必要进行冷却处理。,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,27,TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT设备要求,EXTRUSION PROCESSING 挤出成型,he9,0 mm hkd4,8 mm hm5,3 mm hmix7,0 mm,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,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,28,

28、TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT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。,EXTRUSION PROCESSING 挤出成型,26/09/2003 VTC HongKong,Thermoplastic Polyurethane,29,TPU的加工,Elastollan processing,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。,EXTRUSION PROCESSING 挤出成型,DIE DESIGN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,26/09/2003 VTC Hon