高弹性TPU的加工成型

高弹性 TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的加工成型需结合其热塑性特性与弹性分子结构，选择适配的工艺参数和设备。以下是核心加工方法、关键工艺要点及应用场景解析：

一、注塑成型：复杂结构件的主流工艺

适用场景

• 鞋材（鞋底、鞋扣）、电子配件（手机壳、齿轮）、汽车零部件（密封件、减震块）。

工艺要点

1. 原料预处理

• 干燥：TPU 易吸潮（吸水率 0.2%~0.5%），需在 80~100℃下干燥 4~6 小时（含水率＜0.05%），否则成型件易出现气泡、表面粗糙。

• 温度控制：料筒温度分三段设定（前段 180~200℃，中段 200~220℃，后段 220~240℃），具体根据硬度调整（硬度越高，加工温度越高）。

2. 模具设计

• 流道与浇口：采用短流道、大直径浇口（如扇形或潜伏式浇口），减少熔体压力损失，避免充模不足。

• 冷却系统：模具温度控制在 20~60℃（硬段含量高的 TPU 需更高模温），冷却时间占总周期 50% 以上，确保内部结晶均匀。

3. 工艺参数

• 注射压力：50~120 MPa，薄壁件需更高压力（如手机壳用 100~150 MPa）。

• 保压压力：注射压力的 60%~80%，保压时间 5~15 秒，防止制品收缩（收缩率 0.5%~1.5%）。

典型问题与解决

• 表面缩水：提高保压压力、延长保压时间，或增加模具冷却效率。

• 熔接痕明显：加大浇口尺寸、提高料温或模具温度，改善熔体流动性。

二、挤出成型：连续化生产长条形制品

适用场景

• 管材（医用导管、工业软管）、型材（密封条、异型材）、薄膜（防水透湿膜）。

工艺要点

1. 设备配置

• 挤出机：优选渐变型螺杆（长径比 L/D=20~25:1），压缩比 2.5~3.0，避免剪切过热导致降解。

• 口模设计：根据制品截面设计流道，如圆形管材需芯模与口模同心，间隙比制品外径大 10%~20%（补偿熔体离模膨胀）。

2. 工艺参数

• 温度控制：料筒温度 180~220℃，机头温度比料筒高 5~10℃，确保熔体均匀挤出。

• 牵引速度：与挤出速度匹配（牵引比 1.5~3.0），速度过快易导致拉伸取向过度，制品变脆；过慢则尺寸偏大。

3. 后处理

• 冷却定型：管材通过真空定径套（冷却水温 10~25℃），定型长度≥管径的 5 倍，确保尺寸精度（公差 ±0.1 mm）。

• 牵引张力：控制在 0.1~0.3 MPa，避免拉伸应力残留导致制品翘曲。

典型应用

• 医用导管：采用精密挤出机（螺杆直径 30~60 mm），配合内径在线检测装置，生产公差 ±0.02 mm 的薄壁导管。

• 防水透湿膜：通过多层共挤（如 TPU/PE 复合），制备厚度 20~100 μm、透气量＞5000 g/(m²・24h) 的功能性薄膜。

三、吹塑成型：中空制品的高效生产

适用场景

• 中空软管（化妆品包装、工业胶管）、气囊（汽车安全气囊部件、医疗充气装置）。

工艺要点

1. 型坯制备

• 挤出吹塑：通过挤出机生产管状型坯，趁热移入模具吹胀（型坯温度 190~220℃）。

• 注射吹塑：先注塑成型型坯（精度更高），再转移至吹塑模具（适合小口径、高精度制品）。

2. 吹塑参数

• 吹胀压力：0.2~0.8 MPa，根据制品厚度调整（薄壁件需更高压力，如医用气囊用 0.5~1.0 MPa）。

• 吹胀比：2:1~4:1，过大易导致壁厚不均，过小则浪费材料（推荐 3:1 平衡性能与成本）。

3. 模具设计

• 排气槽：在模具分型面开设 0.02~0.05 mm 深的排气槽，避免吹胀时空气滞留导致气泡。

• 冷却时间：占总周期 60% 以上，采用循环水冷却（水温 15~25℃），确保制品快速定型。

典型问题

• 颈部褶皱：型坯挤出速度与吹胀速度不匹配，需调整牵引速度或增加颈部定型装置。

• 壁厚不均：优化口模间隙（如采用可调节芯模），或在吹胀阶段增加预吹程序。

四、压延成型：薄膜与片材的大规模生产

适用场景

• 运动鞋材革、汽车内饰薄膜、工业防护片材（厚度 0.1~3 mm）。

工艺要点

1. 设备组成

• 压延机：三辊或四辊结构（辊筒直径 300~600 mm），辊温控制在 160~190℃，辊速比 1:1.2~1:1.5（促进熔体延展）。

• 贴合装置：与织物（如尼龙布）同步贴合，辊间压力 5~10 MPa，确保附着力≥3 N/cm（剥离测试标准）。

2. 工艺参数

• 辊距调整：根据制品厚度设定（如 0.5 mm 薄膜，末道辊距 0.55 mm，补偿回弹）。

• 冷却速率：通过冷却辊（温度 15~30℃）快速降温，避免 TPU 过度结晶导致硬度上升。

典型应用

• 鞋用革材：通过四辊压延机生产表面带有荔枝纹的 TPU 革，厚度 0.8~1.2 mm，拉伸强度≥20 MPa，用于高端鞋面皮料。

五、热成型：复杂曲面制品的二次加工

适用场景

• 汽车仪表盘表皮、VR 头显面罩、运动护具贴合部件。

工艺要点

1. 片材预处理

• 加热：将 TPU 片材（厚度 1~5 mm）加热至玻璃化转变温度以上（约 80~100℃），使其软化具备可塑性。

• 夹持力：夹具压力 0.1~0.3 MPa，防止片材滑落或拉伸变形。

2. 成型方式

• 真空成型：负压 0.06~0.08 MPa，适合浅拉伸制品（拉伸深度≤片材宽度的 1/3）。

• 气压成型：正压 0.1~0.5 MPa，可成型深腔结构（如头盔内衬曲面）。

1. 冷却定型

• 采用风冷或水冷模具（温度 20~40℃），冷却时间 5~15 秒，确保制品尺寸稳定（回弹率＜5%）。

六、加工关键影响因素

1. 材料特性匹配

• 硬度（邵氏 A/D）：

• 软质 TPU（邵氏 A 80~95）适合吹塑、压延（如薄膜）；

• 硬质 TPU（邵氏 D 40~60）适合注塑、挤出（如齿轮、管材）。

• 软段类型：

• 聚醚型 TPU（耐水解）优先用于潮湿环境制品（如医用导管）；

• 聚酯型 TPU（耐油耐磨）适合工业领域（如传送带滚轮）。

2. 环境控制

• 湿度：加工车间湿度需＜60% RH，避免原料吸潮影响制品性能。

• 温度：冬季需提高料筒温度 5~10℃，夏季可适当降低，确保熔体粘度稳定。

3. 再生料利用

• 边角料可粉碎后再生（添加比例≤30%），但需重新干燥并控制剪切历史，避免分子量下降导致弹性劣化。

七、前沿加工技术

1. 3D 打印（FDM/FFF）

• 使用 TPU 线材（直径 1.75 mm），打印温度 220~240℃，层厚 0.1~0.3 mm，用于定制化弹性部件（如运动护具垫片）。

• 优势：快速成型复杂拓扑结构（如蜂窝状减震件），拉伸强度可达 15 MPa。

2. 微注塑成型

• 针对尺寸＜10 mm 的微型部件（如精密齿轮、传感器弹性件），采用小型化注塑机（锁模力＜50 kN），模具精度达 μm 级。

3. 在线检测技术

• 集成激光测厚（精度 ±0.001 mm）、红外测温（精度 ±1℃），实时监控挤出或压延过程，提升良品率至 98% 以上。

总结：工艺选择逻辑

高弹性 TPU 的加工需在 “温度 - 剪切 - 冷却” 三角关系中找到平衡，通过精准控制分子取向与结晶度，最大化保留材料的弹性性能，同时满足不同行业的功能性需求（如医疗级洁净度、汽车级耐候性）。