聚醚基TPU的加工成型

聚醚基 TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的加工成型具有灵活性高、适应多种工艺的特点，其性能对加工条件敏感，需根据原料牌号（如硬度、熔体粘度）和产品需求选择合适工艺。以下是主要加工方法、关键参数及注意事项的详细说明：

一、注塑成型

应用场景：适用于生产结构复杂、尺寸精度高的零部件，如汽车配件（密封件、齿轮）、电子外壳、鞋材部件等。
设备要求：

• 注塑机：螺杆长径比（L/D）建议 18:1-24:1，压缩比 1.5:1-2.5:1，采用渐变型螺杆减少剪切降解。

• 模具：表面需抛光（Ra≤0.8μm）以提高制品光泽度，流道设计避免死角（推荐扇形或圆形流道）。
  关键工艺参数：
  | 参数 | 范围 | 影响与控制要点 |
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  | 料筒温度 | 180-220℃（硬段含量越高，温度越高） | 温度过低导致塑化不良（制品表面粗糙），过高易引起热降解（泛黄、力学性能下降）。 |
  | 模具温度 | 20-60℃ | 低温（20-30℃）可加快冷却，提高生产效率，但可能导致内应力；高温（50-60℃）改善熔接痕，提升表面光洁度。 |
  | 注射压力 | 50-120MPa | 低压（50-80MPa）适用于厚壁件，高压（100-120MPa）用于薄壁或复杂结构件，避免飞边。 |
  | 冷却时间 | 10-30s | 冷却不足导致制品变形（如翘曲），过长影响效率，建议通过模温机控制冷却速率。 |
  注意事项：

• 原料干燥：加工前需在 80-100℃下干燥 4-6 小时（含水率≤0.05%），避免气泡和降解。

• 停机处理：停机前用聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）清洗料筒，防止 TPU 滞留碳化。

二、挤出成型

应用场景：生产连续型材，如软管（医疗导管、汽车油管）、薄膜（防水透湿膜）、电缆护套、异型材（密封条）等。
设备要求：

• 挤出机：采用屏障型螺杆（压缩比 2:1-3:1），机筒需配备精密温控模块（±1℃）。

• 辅机：牵引速度需与挤出速率匹配（通常 1-5m/min），冷却定型装置需控温（如冷水槽温度 15-25℃）。
  关键工艺参数：
  | 参数 | 范围 | 影响与控制要点 |
  |------------------|---------------------------|-------------------------------------------------|
  | 挤出温度 | 170-210℃（从加料段到机头递增） | 加料段温度低（170-180℃）防止原料打滑，机头温度高（200-210℃）确保熔体均匀挤出。 |
  | 螺杆转速 | 10-30r/min | 低速（10-20r/min）适合高粘度 TPU，高速（25-30r/min）需注意剪切生热导致降解。 |
  | 牵引速度 | 1-5 倍挤出线速度 | 牵引比过大会导致拉伸取向过度（制品变脆），过小易出现壁厚不均。 |
  典型应用案例：

• 医疗软管：采用多层共挤工艺（如聚醚 TPU 内层 + 尼龙外层），通过真空定径模控制管径精度（公差 ±0.1mm）。

• 防水薄膜：吹膜法生产时，吹胀比控制在 1.5-2.0，获得均匀的薄膜厚度（0.05-0.3mm）和力学性能。

三、吹塑成型

应用场景：生产中空制品，如柔性容器、汽车储液罐、玩具气囊等。
工艺类型：

• 挤出吹塑：适合生产中小型制品（如容量≤5L 的储液瓶）。

• 注射吹塑：用于高精度制品（如医用输液袋），需定制型坯模具。
  关键工艺参数：
  | 参数 | 范围 | 影响与控制要点 |
  |------------------|---------------------------|-------------------------------------------------|
  | 型坯温度 | 190-220℃ | 温度过低导致型坯下垂，过高易使吹塑时壁厚分布不均。 |
  | 吹胀压力 | 0.2-0.8MPa | 低压（0.2-0.4MPa）适用于软质 TPU，高压（0.6-0.8MPa）用于硬质制品，确保贴模。 |
  | 冷却时间 | 15-40s | 厚壁制品需延长冷却时间（如＞30s），避免内部缩水。 |
  注意事项：

• 型坯挤出时需控制垂伸（通过增加熔体粘度或降低挤出速度），避免制品底部过薄。

• 医疗级产品需使用镜面抛光模具，确保内壁光滑（Ra≤0.4μm），减少流体滞留风险。

四、压延成型

应用场景：生产薄膜、片材或与织物贴合的复合材料，如鞋材革、工业传送带、防水卷材等。
设备要求：

• 压延机：三辊或四辊结构，辊筒表面温度控制精度 ±1℃，辊速比 1:1.2-1:1.5（后辊速度略快）。
  关键工艺参数：
  | 参数 | 范围 | 影响与控制要点 |
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  | 辊筒温度 | 180-210℃（从供料到出料递增） | 进料辊温度低（180-190℃）防止粘辊，出料辊温度高（200-210℃）确保薄膜光滑。 |
  | 辊距 | 0.05-2.0mm | 根据制品厚度调整，需定期校准辊筒平行度（误差≤0.01mm）。 |
  | 牵引速度 | 5-20m/min | 速度过快导致薄膜拉伸过度，过慢影响生产效率，需与压延速率匹配。 |
  典型应用：

• 鞋材革：将聚醚 TPU 薄膜与无纺布通过压延贴合，革面硬度可达邵氏 A70-85，耐曲折≥10 万次。

• 防水卷材：与玻璃纤维布复合，制成厚度 1.5-3.0mm 的卷材，拉伸强度≥15MPa，适用于屋顶防水。

五、3D 打印（增材制造）

应用场景：快速成型复杂结构件、定制化产品（如医疗矫形器、柔性机器人部件）。
工艺类型：

• FDM（熔融沉积成型）：使用 TPU 线材，打印温度 220-250℃，层厚 0.1-0.3mm。

• SLA（光固化成型）：液态光固化 TPU 树脂，需紫外光波长 365nm，层厚 0.05-0.1mm。
  关键参数与挑战：
  | 参数 | 范围 | 控制要点 |
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  | 打印速度 | 30-60mm/s | 高速易导致丝材冷却不足（下垂），低速影响精度。 |
  | 填充密度 | 10%-70% | 低密度（10-30%）用于轻量化，高密度（50-70%）提升强度。 |
  | 支撑结构 | 需使用水溶性支撑（如 PVA） | 复杂曲面需添加支撑，避免打印件变形或断裂。 |
  材料要求：

• FDM 用 TPU 线材需具备高柔韧性（断裂伸长率≥500%）和低吸湿性，推荐干燥后密封保存。

• 光固化 TPU 需调节光敏引发剂含量，平衡固化速度与成型精度。

六、加工缺陷与解决方案

七、环保与可持续加工

1. 回收利用：

• 边角料可粉碎后按≤30% 比例回用于非关键制品（如工业软管外层），需注意避免杂质混入。

• 化学回收技术（如解聚为多元醇和异氰酸酯）尚在研发阶段，未来可实现闭环循环。

2. 能耗优化：

• 采用电磁加热替代传统电阻加热，节能 30%-50%，同时减少机筒热惯性。

• 余热回收系统（如冷却循环水热量用于原料干燥）降低整体能耗。

总结

聚醚基 TPU 的加工需兼顾材料热稳定性与成型效率，通过精准控制温度、压力和冷却条件，可充分发挥其柔韧性、耐水解性等优势。随着环保法规趋严，生物基聚醚 TPU（如源自可再生原料的聚四氢呋喃）和低能耗加工工艺（如超临界流体辅助挤出）将成为未来发展方向，推动行业向绿色化、智能化转型。