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TPU挤出成型加工

日期: 2017-09-06
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挤出与特殊工艺

 

1.一般说明

我司TPU可在常 规热塑性塑料加工设备上进行成型加工, 其主要成型方式包括:注塑成型、挤出成型、挤出吹塑成型。不同牌 号包装重量一般有20KG以及25KG,通常为25KG每包。

1.1颗粒料的预处理

热塑性 聚氨酯会从空气中吸收水分。吸水速 率和程度取决于原料的成分类型、硬度和环境条件见(图1和图2)。

挤出与特殊工艺

为保证 无故障成型和产品质量,我们建 议颗粒原料的含湿量应低于0.05%。如果原料含湿量太高,江导致 制品表面出现小汽泡或银纹;挤出物 熔体表面不平滑光亮,将呈现 泡沫状或起泡表面。通常导 致上述制品缺陷的原因还可能来自未干燥好的功能性母粒。这些母 粒需要被单独干燥并且将含湿量同样控制在0.05%以下。采用常 规除湿干燥器和循环空气干燥器都能保证原料的干燥(见图3)

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根据产品硬度的不同,我们建 议干燥温度控制在80-110℃,干燥时间1-3小时。当然采 用除湿干燥器能再更短时间内达到更好的干燥效果(见图4)

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值得注意的是,应避免 将暂时不用的已干燥原料颗粒暴露空气中令其自然冷却,应趁热 将它们放回可重新密封的干燥容器中保存。机器的料斗应加盖。

1.2产品的后处理

TPU制品只 有室温下搁置一段时间后才能达到其最佳的物理性能水平。这个过 程可以通过在循环空气烘箱中的退火处理来加速进行,退火时间只需15至20个小时。对于硬度≤邵氏95A的制品,我们建议在80℃至90℃下进行退火,对于硬度≥邵氏93A的制品,则在100℃至110℃下进行退火。只有通 过退火才能达到最佳的压缩形边率!我们的 数据表中所提供的物理性能参数,都是在 经过退火处理后的测试样品上测量得到的。

1.3着色

我司TPU以本身供应。其着色 是一种简单的工艺,用户自 己就可以轻易的完成TPU的着色。可以使 用标准商业设备添加染色剂,并将它们与我司TPU混合在一起。对于只 需偶尔着色的加工厂而言,可以采 用桶混机或类似的设备。重要的 是确保染色剂及其它添加剂不含水分。装备静 态混合器的机头能显著改善颜色的分散性并能减少着色剂用量。

1.3.1色母粒

最简单 最可靠也是最清洁的着色方式是选用以我司TPU为载体 配制的色母粒进行着色。SAN树脂基 的色粒在一定程度上也可适用。基于聚烯烃与PVC的色粒并不适用。着色剂 的用量根据制品的壁厚、颜料的 着色强度以及所要求的色度来确定,一般是1.0%到4.0%之间。

1.3.2色浆、液体燃料与色粉

由于加 工程序较为复杂,对我司TPU进行染色时,较少使用色浆、液体染料与色粉。单在采 用快速颜色交换与透明着色的形式时,他们可 能具有一些优势。通常情况下,用量为0.2%至1.0%。

挤出与特殊工艺

2挤出工艺

杰嘉友 有各种硬度范围适合的挤出成型TPU,可以将 挤出制品分成以下类型:管材、电缆、管状薄膜、型材、护套、平挤薄膜与吹塑薄膜、吹塑制品、涂覆。

2.1概述

加工热 塑性塑料的常规挤出机和木头同样适用于杰嘉友的TPU但挤出 生产线后续设备必须与TPU的特性相匹配。

在加工前,杰嘉友TPU与所有 功能性母粒必须进行干燥,将水分含量控制在≤0.05%。请参照1.1与1.2节。

我们不 建议在挤出成型中掺混回用料和混合使用不同批次的原料。通常可 使用单螺杆挤出机对杰嘉友TPU进行挤出,但排气筒不适用。带加热沟槽的 加料喉 机筒能实现更高产能和更均匀的塑化(图5)。

挤出与特殊工艺

杰嘉友TPU熔体既没有腐蚀性,也没有磨损性,这表示 螺杆无需采用特殊的合金钢或或防护镀层。应当遵照图6所示不 同直径螺杆所匹配的驱动扭矩,便可实现低温塑化,这样的 挤出熔体具有更好的尺寸稳定性。

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2.2螺杆设计

实践证明,长径比为24-35的等螺 距单螺棱三段式螺杆非常适合于加工杰嘉友TPU,该类型 螺杆的结构与尺寸如图7所示。压缩比应在2:1与3:1之间。也可以 使用螺槽渐变式螺杆(PVC型螺杆)。采用专门为加工TPU而设计 的屏障型螺杆的优点是可以允许采用较小的长径比。或者也 可选择具有近似长度的常规螺杆,可以提高生产能力。适用于挤出杰嘉友TPU的屏障 型螺杆的基本结构如图所示。

挤出与特殊工艺

短压缩 段的螺杆并不适用于加工TPU。螺杆本 身不需要进行额外加热。尽管混 炼和剪切元件对要求特别高的颜色分散过程很有好处,例如薄膜和涂覆制品,但一般 挤出成型没有必要使用这些元件来均匀化杰嘉友TPU熔体。剪切元件(图9)与混炼元件(图10)的设计 应尽可能使熔料经过这些元件后的发热量最小,而且整 个元件要避免出现 流动死点。

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2.3加工参数

2.3.1机筒和 模头的温度设定

杰嘉友TPU挤出温度通常设定为160℃至230℃,取决于产品类型、硬度大小与熔融范围。挤出机 与螺杆的尺寸也会影响温度设定值。螺杆的 圆周线速度不应超过0.3米/秒。如果采 用较大的挤出机,由于剪切力较高,则一般 可以设定较低的温度,料筒与模具加热器的

温度设定方针参见图11。在某些情况下, 反向温 度分布比较有利,在这种情况下,峰值温度在加料段。通过调整模头温度,可以控 制制品表面的光泽度。气温形成暗淡、无光的表面。尔高温可使表面平滑、光亮。

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2.3.2螺杆速度

除了温度以外,螺杆转 速也对制品的质量具有重要影响。如果螺杆转速太低,以为这 熔体必须在机筒中停留较长时间,结果可 能会导致熔体受热分解;而螺杆转速太高,原料优 惠因为过度剪切导致热降解。图12显示了 直径与螺杆转速的函数关系并给出参考数值。

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2.4模头接套与挤出模头

2.4.1模头接套

模头接 套与法兰必须配备足够的可控加热系统,这点非常重要。在法兰 未被加热的情况下,可能会散失大量热量,该区域 中熔体的温度降大大降低。模头接 套的流道设计必须有利于良好的流动(即没有死点),同事确 保截面尺寸与挤出流量相匹配。由于相同的原因,必须不 惜一切的避免出现压力泄露。

在使用 加长的模头接套时,装配静 态混合器将有助于熔料的横向混合,确保熔 料在温度与颜色分散方面的均匀性。配有过 滤叠网或没有多滤网的分流板都是可以的(图13)。

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2.4.2熔体泵

由微处 理器控制的熔体泵可以提高产能,并改善 具有超低尺寸公差的型材或管材挤出的整体质量。熔体泵 也可以弥补所有与挤出机相关的问题。例如产 能波动与不正确的压力/温度设定。熔体泵 的基本原理是将挤出机的产能分解为体积可控的单股流体。并按照 非常精确的流率进行输送。在生产产能能力方面,需对熔 体泵的尺寸与速度进行均衡,使得进 入材料的摩擦热量尽可能降低。

2.4.3挤出模头

对模头而言,流动与 加热设计原理上与模头接套时一样的。杰嘉友TPU可以采用侧进料模头(图14)、支架式进料模头(图15)、平面薄膜模头(图16)与共挤平模模头(图17)进行加工。挤出机 头的设计必须保证能形成均匀一致的熔体流动流动前锋。同时具有平行导向(模头成型段)的易对中模头。

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2.5挤出制 品的冷却与定型

在熔体离开机头时,它的尺寸稳定性较差。因此,在不影 响模头温控的情况下,对熔料 的冷却应尽可能从靠近模头的地方开始。可以采用水槽、喷淋、空冷或 这些方式的组合进行冷却。冷却应 以柔和的方式进行,以避免 当挤出物还在塑化阶段而对它的破坏。冷却阶 段的长度将取决于制品的类型、壁厚与牵引速度。挤出物离开冷却段时,其温度应降至大约40℃。

只有在 挤出物和定型装置表面间形成润滑膜时,定型/牵引板、活堵头、真空定 型等定型系统才能使用。低摩擦 真空定型装置如图18所示。

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2.6挤出制品

2.6.1管材

杰嘉友TPU管材挤 出可以采用水平挤出或垂直挤出。水平挤 出通常适合于那些由于材料硬度和制品尺寸等因素,在拐角 处不能弯曲的管材成型。垂直挤 出主要用于可折扁的薄壁软管成型。因此,挤出管 坯离开口模时不能破裂和出现尺寸波动,然后经 芯棒吹出的稳定定型气流吹涨管坯并保持其形状。管材挤出生产线如图19所示。在挤出薄壁软管时,使用大 量空气对管坯进行预先冷却很有好处。空气的 流动将固化软管表面,所以后 续的水冷却不会在管材表面留下任何痕迹(图20.)牵引装 置最好采用传送带或橡胶包覆的履带式牵引装置。

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2.6.2电缆、绳索与连接管的套塑

机头外 的模头延伸部分也同样需要加热。套塑产 品通过的芯棒应当可以在轴向方向上进行调整,以调整 护套的表面质量。实际套 塑成型可采用压力法货挤管法(图21)。压力法 套塑模头将非圆形的电缆变成圆形截面。相反,挤管套 塑法能获得规定截面的均匀壁厚套塑。

杰嘉友TPU套塑料 与底材之间的粘接性主要取决于所采用的套塑工艺方法。采用压 力法一般可以获得良好的粘接强度。相反挤 管法便于将套塑料剥离基材。在芯棒 中通以真空可以将套塑料与基材间的粘接性调整到所需的水平。非常重 要的是被套塑的底材必须足够干燥,否则否 则可能出现气泡货粘接问题。电缆电 缆套塑机头如图22所示。

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2.6.3型材

杰嘉友TPU可以用 于挤出具有各种集合截面形状的型材。重要的 是型材壁厚应当尽可能设计成均匀一致。对于壁 厚差别较大的型材,必须对 模头的截面形状进行精心的设计从而确保一致的熔体流动前锋。

2.6.4平挤薄膜

薄膜厚度大于0.5毫米时,一般采用平膜挤出。聚冷辊 法和牵引压延法都适合平膜成型。采用平膜挤出。聚冷辊 法和牵引压延法都适合于平膜成型。采用压延法,第一道 辊隙必须可以调节,以确保 薄膜两面都能被抛光。如需要 获得消光表面的平膜,可选择PTFE涂覆或 包有硅胶的辊筒。辊筒温度通常设定在5℃至40℃。

2.6.5吹塑薄膜

采用吹 塑膜工艺生产的薄膜厚度大约在0.02mm到1mm。功能母粒的添加(例如防粘连剂)可以使 所有操作过程更加容易。吹塑膜生产线如图23所示。

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2.6.6挤出涂覆

各种纤维坯料,例如针织品和无纺布,以及其它材料,例如纸张、箔片与塑料片,都可以使用杰嘉友TPU进行涂覆。采用平膜摸头挤出的TPU薄膜可 以直接涂覆到基材上。压延机 对仍处于对胶状的薄膜进行抛光,同时将 薄膜与基材紧密粘接。TPU在不同 基件上的粘接力取决于材料或表面设计。对基件 进行预处理可以改进粘接性。如果没 上有充分的粘附力,则采用 共挤挤出增粘剂涂覆在需要涂覆的坯料上。挤出涂覆设备如图24所示。

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2.6.7共挤挤出

杰嘉友TPU可以和 硬质热塑性塑料进行共挤成型,例如PC/ABS或ABS,这种复 合产品扩展了产品性能范围和应用领域。杰嘉友TPU改善了 底层塑料的抗刮擦性,同时具 有舒适的触感和静音效果。暴露在紫外线下时,脂肪族的杰嘉友TPU不会变黄。因此,也可以 使用浅色色素对它们进行染色,进一步 扩大了设计可能性。TPU热熔胶粘剂,例如杰嘉友TPU,可以采 用共挤挤出也适用于制造纤维加强型软管(例如消防软管)的内衬。共挤挤 出可以用于在形成主层的TPU上直接涂覆杰嘉友TPU。这就避 免了超长的粘接过程,也无需使用溶剂。

2.6.8挤出吹塑

采用成 熟技术专门开发的拍好杰嘉友TPU,可以用 于吹塑制品的生产。吹塑薄 膜模头和贮料式模头都可用于中空成型,例如波纹管(图25)。

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3.特殊工艺

3.1压延

压延涂覆(图26)是一种 广泛应用于涂覆基件的方法,并且根 据机器配置与材料结构,也可应用于挤出涂覆。压延机 通常用于中等厚度的涂覆。特别适 用于这种技术的低熔点杰嘉友TPU几乎可 以再所有标准配置的压延机上进行加工。应当采用挤出机,以预塑熔体的形式,将TPU输送到辊子夹持点上。

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3.2粉末涂覆

涂覆工 业纤维坯料的另一种方法是粉末涂覆(图27)。这种加 工过程适用于相对较大的壁厚。使用刮片将低熔点、正常染色的TPU粉末涂覆到基件上,在加热炉中进行烧结,并采用 辊子对最终形成的表面进行平整或进行压花。

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3.3搪塑

旋转烧结,也被称为搪塑,这是生 产模制表皮的理想方法(图28)。主要应 用于汽车工业中。在搪塑过程中,封闭的 模具围绕着一条或多条轴进行旋转。粉末在 高温的模具表面上融合并烧结在一起,在冷却后,称为三维表皮,具有非常均匀的壁厚,无论零 件的设计复杂性如何。这就是 搪塑的特别优势。

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4.机械加工与制造

4.1粘接

粘接剂 行业可以供应各种品牌的聚氨酯基或氰丙烯酸酯基系统,用于粘接杰嘉友TPU,氰丙烯 酸酯粘接剂固化极为迅速,但较脆。粘合的 连接点受到压力时会断裂,因此他 们在一定程度上仅仅适用于弹性。柔韧性材料,例如TPU。他们也 只能用于暂时的粘接或不会受到弯曲的粘接。

聚氨酯 粘接剂固化需要的时间较长,但与杰嘉友的TPU一样具 有柔韧性与弹性。因此,它们是 长期粘接的理想选择。仅有少数溶剂(包括NMP、DMF、MEK)可以使杰嘉友TPU溶化至 可能产生粘接点的程度。这些溶 剂对于人体健康有害,因此一 定要遵循物信安全数据表的相关注意事项。

4.2与金属粘接

杰嘉友TPU可以用 于与金属进行高强度粘接。首先,必须使 用增粘剂对金属的表面进行处理。它们通常作为溶液,采用喷射、涂覆或 浸没的方式进行应用,然后,经过预 处理的金属增粘剂的处理说明。我们的 专家可以就适用于杰嘉友的TPU的增粘 剂提供相关建议。

4.3印刷

杰嘉友TPU可以采 用所以的常规技术进行印刷:热模压花、喷墨印刷、移印、激光印刷。

4.3.1热模压花/烫印

在这种印刷技术中,采用高温印模,将薄膜 或箔片压印在杰嘉友TPU零件上。许多供 应商都可提供热模压花用的薄膜,其对零 件具有极佳的粘附性。

4.3.2喷墨印刷

喷墨印刷是印刷 杰嘉友TPU极有效的方法。我们建 议调整油墨的溶剂,以便适应TPU。

4.3.3移印

移印是 另一种印刷杰嘉友TPU极有效的方式。而且油 墨中的溶剂成分也应进行调整,以便适应TPU。

4.3.4激光印刷

杰嘉友TPU无法在 未经过修改的情况下进行激光印刷,这是因 为他们的能量吸收能力极低。他们必 须先与激光添加剂或激光添加剂批料混合。

4.4涂覆

杰嘉友TPU极其适用于涂覆,并可实现高强度涂覆,由于杰嘉友TPU具有极好的弹性,一般情 况下可以采用双组份聚氨酯涂料(DD涂料)。在涂覆前,必须在清洁、无油脂 的零件上涂抹底层涂料。底层涂料应根据TPU进行配置,并且在表面溶解TPU以确保 与顶层涂料牢固粘结。

4.5喷镀金属

目前我 们已经引入了新技术,使得杰嘉友TPU的表面 可以实现金属喷镀。金属涂 料薄膜层应当具有弹性,使TPU零件可 以承受达到一定角度的弯曲而不破裂。

4.6焊接

杰嘉友TPU制品可 以通过焊接连接在一起。适用方法包括:热空气与氮气焊接、热板焊、热工具与热脉冲焊接、高频焊接、摩擦焊接、振动焊接。在所有情况下,操作间 必须安装碳化气体的排烟设备。

4.6.1热空气与氮气焊接

在采用 热风或是热氮气进行焊接时,气流(在喷嘴前段1cm出进行测量)的温度应为290℃至330℃。建议采 用冷压辊混凝焊缝,提高焊接温度。

4.6.3热板焊

热板焊 热别适用于型材的对接焊。需要接的部件两端在290℃至330℃的热板上熔化,并在压 力作用下焊接在一起,因此会产生焊蚕。焊蚕可 以在焊缝冷却后用机械方法去除。

4.6.4高频焊接

通过高频焊接,可以对杰嘉友TPU制品进行高效焊接。在2千瓦的装置上,可以极好的焊接1mm后的薄膜,焊接强 度可以达到材料自身强度的70%至95%。即使对于2mm厚度的薄膜,焊接强度也可以达到40至60%。低硬度的杰嘉友TPU可以获 得较高的焊缝强度,而高强 度规格的焊缝强度相对较低。

4.6.5摩擦焊接

轴对称的杰嘉友TPU制品可 以采用摩擦焊接,采用适当设备,还可将 该工艺运用于生产流水线上。根据制 品类型与夹具设计的不同,不见旋 转部分的平均线速度通常为300至500m/min,在焊接过程中,两焊接面应充分熔化,加压在 一起后能看到焊点。另外,必须进 行试验或充分考虑到焊接后制品长度的缩短。

4.6.6振动焊接

由于制 品的形状二无法采用摩擦焊接时,可以采用振动焊接。它对不 同形状的大型制品进行可靠的焊接。振动焊 接可以采用制品以一定角度或正对结合在一起。

4.6.7超声波焊接

由于TPU的内在阻尼性太高,因此不 适合采用这种焊接技术。焊缝强 度明显低于其它焊接方法形成的焊缝强度。

4.7机械加工

杰嘉友TPU需要使 用锋利的切削工具,高硬度 牌号可以像尼龙一样进行机械加工。对于低硬度牌号(<邵氏90A),必须考 虑加工中材料的柔韧性与回弹性。杰嘉友TPU可以在 一般用于金属与木器加工的机器上进行机械加工。。应避免 产生过多的热量,并确保有效清除废屑。高速钢 制成的刀具适用于加工杰嘉友TPU但必须与锋利的刀刃,并且可 以进行无压力切削,在切割 深度较大的情况下,可能需 要采用压缩空气或钻孔油冷却切削部位。以下是 各种机械加工建议。

4.7.1锯削

可以采用普通锯,但采用 手动锯削是木材用锯条比金属用锯条更适合,一般只 能使用带有交错锯齿的锯条。

4.7.2钻孔

建议采 用带有绥动区的切削刃(后角=12°至16°)与小螺旋角(约30°)的麻花钻。钻头角度=150°,切削速度V=40至50m/min,进给量S=0.001至0.003mm/min。必须注 意的是钻头应不是退回以排出切屑,对深孔 钻销还需进行冷却。

4.7.3车削

主后角=5至15°,前角=25至30°,工作角=40至60°。切削速度,高硬度牌号速度=100至150m/min,低硬度牌号速度=300至500m/min,进给速度,S=0.1至0.2mm/roll,中心半径-约0,3至0,5mm。

4.7.4铣削与刨削

可以采 用用于木器加工的机器。主后角=5至15°,前角=15°,切割速度=约1000m/min,最大进给量0.5mm/roll。

4.7.5冲孔

硬度越高的杰嘉友TPU冲切越容易,而且冲切尺寸越精确。平均冲切速度为50-100m/s。

4.7.6螺纹切削

硬度越高的杰嘉友TPU可进行螺纹加工,但要求 丝锥的切削刀刃非常锋利。而且预 钻孔通常比钢材攻丝孔大0.1mm左右。

4.7.7磨削

实践证明,采用细 砂纸磨粒的软质陶瓷烧结金刚砂砂轮非常适合杰嘉友TPU产品磨削加工,但必须 考虑到磨削过程中的磨屑有效排除。

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