抗水解性TPU的加工成型

抗水解性 TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的加工成型需结合其材料特性（如熔融流动性、热稳定性、吸湿性等）选择合适的工艺。以下是其主要加工方法、关键要点及应用场景：

一、注塑成型

适用场景：中小型精密部件（如密封圈、电子配件、卫浴接头等）。
工艺要点：

原料预处理：

抗水解 TPU 多为聚醚型或改性聚酯型，吸湿性较强（吸水率 0.03%~0.1%），需在 80~100℃下干燥 2~4 小时，避免气泡或表面缺陷。
干燥后原料应密封保存，防止二次吸湿。

设备要求：

螺杆长径比（L/D）建议 18:1~24:1，压缩比 1.5:1~2.5:1，避免剪切过热导致材料降解。
料筒温度控制：根据牌号差异，熔融温度通常为 180~220℃（聚醚型略低，改性聚酯型略高），喷嘴温度比料筒末端高 5~10℃。

模具设计：

流道宜采用圆形或梯形，避免死角导致滞留降解；浇口推荐扇形或潜伏式，减少熔接痕。
模具温度控制在 20~60℃，低温可提高表面光泽度，高温利于复杂结构充模。

冷却与后处理：

冷却时间占周期的 60%~70%，厚壁制品需延长冷却防止内部缩孔。
对高精度部件（如医疗导管接头），可进行退火处理（60~80℃下保温 1~2 小时）消除内应力。
典型应用：汽车线束护套、智能手表防水圈、净水器快插接头。

二、挤出成型

适用场景：连续生产管材、薄膜、型材（如软管、防水膜、密封条等）。
工艺要点：

原料准备：

确保原料干燥（含水率＜0.05%），避免挤出时产生 “水纹” 或气泡。

设备与工艺参数：

单螺杆挤出机：L/D=20:1~25:1，压缩比 2:1~3:1；双螺杆挤出机适合共混改性（如添加抗氧剂、润滑剂）。
温度分布：加料段 160~180℃，压缩段 180~210℃，计量段 200~220℃，口模温度比计量段低 5~10℃（防熔体破裂）。

成型辅助设备：

管材挤出：通过定径套（真空或内压法）控制外径，冷却水槽温度 5~25℃，冷却速度影响结晶度和硬度。
薄膜 / 片材挤出：采用 T 型模头，冷却辊温度 15~30℃，辊速与挤出速度匹配（拉伸比 1:1.2~1:1.5），可生产防水透湿膜（如运动鞋内衬）。

共挤工艺：

可与 PE、PP、PA 等材料共挤（如 TPU/PE 复合软管），需注意界面相容性，必要时使用相容剂（如马来酸酐接枝 PE）。
典型应用：淋浴软管、农业灌溉管、户外防水电缆护套。

三、吹塑成型

适用场景：中空制品（如容器、气囊、复杂结构管件）。
工艺要点：

型坯制备：

通过挤出或注塑制备型坯，需控制熔体粘度均匀性，避免吹塑时壁厚不均。
型坯温度：190~220℃，温度过低易破裂，过高导致型坯下垂。

吹塑参数：

吹胀比：通常 2:1~3:1，过高会导致壁厚过薄；拉伸比 1:1~1:1.5，提升力学性能。
吹气压力：0.2~0.8MPa，视制品大小和复杂度调整，压力不足易导致细节模糊。

冷却与脱模：

冷却时间占周期的 50%~60%，使用冷风或水冷，避免高温下制品变形。
脱模剂选择：优先使用非硅类脱模剂（如硬脂酸锌水溶液），防止影响后续印刷或粘接。
典型应用：汽车储液罐（耐冷却液）、医疗呼吸气囊（耐消毒水）、运动护具减震气囊。

四、压延成型

适用场景：生产薄膜、片材或与织物复合（如防水面料、工业皮带）。
工艺要点：

原料塑化：

采用双辊开炼机或密炼机预塑化，辊温 170~190℃，塑化时间 5~10 分钟，确保均匀无结块。

压延过程：

三辊或四辊压延机，辊筒温度依次递增（如 180℃→190℃→200℃），辊速比 1:1.2:1.5（促进熔体延展）。
织物预处理：提前烘干（如尼龙布需 120℃烘 30 分钟），避免水分导致 TPU 与基材剥离。

复合与冷却：

压延辊与织物进料速度匹配（线速度差≤5%），确保贴合紧密；冷却辊温度 20~40℃，厚度控制通过辊间距调节（精度 ±0.01mm）。
典型应用：潜水服防水膜（TPU + 尼龙复合）、食品级输送带（表面光滑易清洁）、充气船艇面料。

五、热成型（真空 / 吸塑成型）

适用场景：板材二次加工（如定制化外壳、异形部件）。
工艺要点：

板材准备：

挤出或压延制备的 TPU 板材（厚度 0.5~5mm），需在干燥环境下存放（湿度＜50% RH）。

加热与成型：

加热温度：140~180℃（低于熔融温度），加热时间根据厚度调整（如 2mm 板材加热 30 秒 / 面）。
真空度：-0.06~-0.09MPa，确保板材贴合模具细节；凸模成型适合深腔制品，凹模成型适合浅腔或复杂纹路。

冷却与修整：

成型后立即水冷或风冷（冷却时间 10~30 秒），避免回弹；边缘通过铣削或激光切割修整。
典型应用：电子设备防水外壳（如户外音箱罩）、医疗器械定制化部件（耐消毒液擦拭）。

六、加工关键注意事项

材料兼容性：

抗水解 TPU 多含酯基或醚基，避免与强极性溶剂（如酮类、酯类）接触，加工设备需彻底清洁，防止残留其他塑料（如 PVC）导致降解。

热稳定性控制：

加工温度不宜超过 230℃，停留时间＜5 分钟（避免高温下氨酯键水解或氧化），可添加 0.3%~0.5% 的受阻酚类抗氧剂（如 Irganox 1010）提升热稳定性。

吸湿管理：

生产中断时，料筒内需用 PE 或 PP 清洗，防止 TPU 滞留碳化；未用完的原料需及时密封并重新干燥。

后处理优化：

对高负荷部件（如汽车密封条），可进行水煮处理（70℃水煮 24 小时），促进分子链结晶，提升抗水解性能（断裂伸长率保持率提升 10%~15%）。

七、常见缺陷与解决方案

缺陷	可能原因	解决措施
表面气泡	原料含水率过高	延长干燥时间（≥4 小时）或提高干燥温度（100℃）
熔接痕明显	浇口设计不合理 / 冷却过快	增大浇口尺寸、增加模具温度（至 50℃）
制品开裂	内应力过高 / 成型温度过低	退火处理（80℃×1 小时）或提高料筒温度（+10℃）
尺寸不稳定	冷却不均匀 / 牵引速度波动	优化冷却水路或安装自动张力控制系统

抗水解性 TPU 的加工需兼顾材料的耐水特性与热加工窗口，通过精准控制温度、湿度及成型参数，可充分发挥其在潮湿环境下的长期稳定性，满足汽车、医疗、户外等高端领域的严苛要求。