TPU防火阻燃的加工成型

TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的防火阻燃加工成型需结合阻燃剂特性与材料熔融加工性能，同时兼顾防火等级与产品力学性能。以下是其主要加工方法、关键工艺要点及注意事项：

一、阻燃 TPU 的加工方法

1. 注塑成型

适用场景：电子元件外壳、汽车零部件（如连接器护套）、运动器材配件等中小型精密制品。
工艺要点：

温度控制：

料筒温度：通常为 180~220℃（具体需根据阻燃剂类型调整，含卤阻燃剂耐温性较低，建议 170~210℃；无卤阻燃剂可适当提高至 190~230℃）。
模具温度：30~60℃，低温可提高表面光洁度，但需避免冷却过快导致内部应力。

螺杆转速：建议 30~60 r/min，过高转速易引起阻燃剂分解或材料降解。
注塑压力：50~100 MPa，根据制品厚度调整，薄壁件需更高压力。
案例：生产 UL94 V-0 级手机充电器外壳时，采用模温 40℃、料温 200℃，确保阻燃剂均匀分散且不分解。

2. 挤出成型

适用场景：线缆护套（如新能源汽车高压线束）、管材（地暖管外层）、片材（阻燃地板革）等连续生产制品。
工艺要点：

挤出机配置：

长径比（L/D）：建议 20:1~24:1，确保阻燃剂与 TPU 充分混合。
过滤网：使用 80~120 目滤网，过滤未分散的阻燃剂颗粒。

温度控制：

三段温度设置：加料段（160~180℃）、压缩段（180~200℃）、计量段（190~210℃），机头温度比计量段低 5~10℃以防熔体滞留降解。

牵引速度：与挤出速度匹配，通常为 1~5 m/min，过快易导致制品拉伸变细、厚度不均。
案例：生产 EN 45545-2 标准的高铁电缆护套时，采用 L/D=24:1 的挤出机，温度梯度为 170/190/200℃，确保阻燃剂分散均匀且通过烟雾毒性测试。

3. 吹膜成型

适用场景：阻燃薄膜（如电子设备包装膜）、软管（工业输油管道）、汽车防尘罩等。
工艺要点：

吹胀比：1.5~3.0，根据薄膜强度需求调整，高吹胀比可提高横向拉伸性能。
冷却速度：采用风冷或水冷，快速冷却可减少阻燃剂迁移（尤其是含卤阻燃剂），建议膜泡冷却线高度控制在 30~50 cm。
温度控制：料筒温度 170~200℃，机头温度略低（160~190℃），避免熔体破裂。
案例：生产无卤阻燃 TPU 薄膜时，吹胀比 2.5、冷却线高度 40 cm，可制得表面光滑、阻燃等级 V-2 的包装材料。

4. 压延成型

适用场景：阻燃片材（如汽车内饰表皮）、地板革、传送带等大面积制品。
工艺要点：

辊筒温度：前辊 170~190℃，后辊 160~180℃，温差促使材料均匀贴附辊筒。
辊速比：1.2~1.5:1（前辊比后辊快），增强剪切力以确保阻燃剂分散。
冷却定型：压延后通过冷却辊（温度 20~40℃）快速定型，防止片材变形。
案例：生产 GB 8624 B1 级地板革时，辊速比 1.3:1、冷却辊温度 30℃，可制得厚度均匀、耐磨损的阻燃制品。

二、阻燃剂对加工的影响与应对策略

1. 阻燃剂类型的影响

阻燃剂类型	典型品种	加工难点	应对措施
含卤阻燃剂	溴系（如十溴二苯醚）	热稳定性差，高温易释放 HCl/Br₂气体，腐蚀设备	降低加工温度（≤210℃），使用耐腐蚀螺杆 / 料筒
无卤阻燃剂	磷系（如磷酸酯）、金属氢氧化物（如氢氧化铝）	添加量大时熔体粘度高，流动性下降	提高螺杆转速（50~70 r/min），添加分散剂（如硅烷偶联剂）
膨胀型阻燃剂	氮 - 磷复合体系	高温下易发泡，影响制品外观	控制加工温度（180~200℃），增加保压时间

2. 分散性与相容性问题

难点：阻燃剂（尤其是无机阻燃剂）与 TPU 相容性差，易导致制品表面粗糙、力学性能下降。
解决方案：

预处理阻燃剂：用偶联剂（如钛酸酯）表面改性，增强与 TPU 的界面结合。
共混工艺优化：采用双螺杆挤出机进行预分散造粒，确保阻燃剂均匀分布（分散度要求≥95%）。

3. 加工设备的特殊要求

螺杆设计：采用渐变型螺杆（压缩比 2.5~3.0），避免阻燃剂在螺槽内滞留降解；对于高填充无卤阻燃 TPU，可选用销钉式螺杆增强混炼效果。
设备防腐：加工含卤阻燃剂时，螺杆、料筒需镀硬铬或采用双合金材料（如碳化钨），防止 HCl 腐蚀。

三、加工过程中的关键注意事项

1. 温度敏感控制

避免高温停留：阻燃剂（尤其是含卤 / 磷系）在料筒内停留时间超过 5 分钟可能分解，需定期清理料筒，停机时用清洁料（如 PE）冲洗。
实时监控：安装热电偶监测各段温度，波动范围控制在 ±5℃以内。

2. 降解与泛黄预防

添加剂选择：添加 0.5%~1% 抗氧剂（如 1010/168 复配体系），抑制高温下 TPU 氧化降解，减少制品泛黄。
水分控制：TPU 吸湿性强，加工前需在 80~100℃ 干燥 4~6 小时，含水率≤0.05%，避免水解导致阻燃性能下降。

3. 制品缺陷解决

常见问题	可能原因	解决方法
表面气泡	阻燃剂含水分 / 挥发分高	阻燃剂预干燥（100℃/2 小时），增加排气槽
力学性能下降	阻燃剂分散不均 / 过度降解	优化共混工艺，降低加工温度
阻燃等级不达标	阻燃剂分解 / 添加量不足	调整温度曲线，检测阻燃剂有效含量
熔体破裂	剪切速率过高 / 熔体粘度不均	降低螺杆转速，增大浇口尺寸

四、环保与安全操作要求

无卤化趋势：在电子、医疗等领域优先使用无卤阻燃 TPU，加工过程中避免卤素挥发物污染（需配备局部排风系统）。
废料回收：阻燃 TPU 废料需单独收集，避免与普通 TPU 混杂，再生料需重新检测阻燃性能（通常回用比例≤30%）。
人员防护：加工含卤阻燃剂时，操作人员需佩戴防护口罩与手套，防止吸入卤化氢气体或接触皮肤刺激。

总结

阻燃 TPU 的加工需在阻燃性能、加工稳定性、制品性能间找到平衡点，核心在于：

根据阻燃剂特性精准控制温度与剪切条件；
通过设备优化（如双螺杆共混、耐腐蚀材质）提升分散效率；
结合行业标准（如 UL94、FMVSS）进行工艺验证，确保最终产品同时满足防火与使用性能要求。随着无卤阻燃技术的发展，未来加工工艺将更注重环保性与智能化监控（如在线粘度检测、阻燃剂含量实时分析）。