柔韧性能TPU的加工成型

柔韧性能 TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的加工成型需结合其热塑性和弹性特性，通过温度、压力和工艺参数的精准控制实现高效生产。以下是其核心加工方法、适用场景及关键要点的详细解析：

一、注塑成型：复杂结构件的高效生产

适用场景

• 典型产品：运动鞋底、电子设备保护壳、医疗导管接头、汽车防尘罩。

• 优势：成型周期短（5~30 分钟 / 件），可实现多腔体模具批量生产，适合高精度、复杂几何形状的零件（如带扣、齿轮结构）。

工艺要点

1. 原料准备

• 干燥处理：聚醚型 TPU 需在 80~100℃干燥 4~6 小时，聚酯型 TPU 需 100~120℃干燥 6~8 小时，含水率控制＜0.05%，避免气泡和降解。

• 色母粒添加：通过色母粒或色粉调色，支持潘通色卡全色系，遮光牌号需添加≥2% 钛白粉。

2. 设备参数

• 邵氏硬度 Shore A 50~70（软质）：180~200℃

• 邵氏硬度 Shore A 80~95（硬质）：200~220℃

• 料筒温度：

• 模具温度：20~40℃（低温可提升表面光泽度，高温增加材料流动性）。

• 注射压力：50~100 MPa（软质 TPU 需较低压力，避免溢料；硬质需较高压力保证填充）。

3. 常见问题与解决

• 熔接痕：提高模具温度至 50℃或增加浇口数量，改善熔料汇合处强度。

• 缩水凹陷：延长保压时间（10~20 秒）或增大保压压力（比注射压力低 20~30%）。

二、挤出成型：连续化生产长条形产品

适用场景

• 典型产品：医用软管、汽车线束套管、鞋材中底片材、瑜伽垫卷材。

• 优势：生产线速度可达 5~20 米 / 分钟，适合大批量、等截面形状的连续生产。

工艺要点

1. 设备配置

• 管材挤出：采用直角机头，芯模与口模间隙需比成品外径大 10~20%，通过真空定径套冷却定型。

• 片材 / 薄膜挤出：使用衣架式模具，模唇间隙 0.5~3mm，配合三辊压光机控制厚度（公差 ±3%）。

• 挤出机类型：优选单螺杆挤出机（长径比 L/D=20~25:1），螺杆压缩比 2.5~3:1，便于均匀塑化。

• 模具类型：

2. 工艺参数

• 水冷却（软管）：水温 15~25℃，冷却长度 3~5 米，避免骤冷导致内应力。

• 空气冷却（片材）：距模头 200~300mm 处设置风扇，控制冷却速度防止卷曲。

• 软质 TPU（如 Shore A 60）：170~190℃

• 硬质 TPU（如 Shore D 45）：190~210℃

• 料筒温度：

• 冷却速率：

3. 功能化改性

• 抗菌挤出：添加 0.5~1% 银离子抗菌剂，生产医用级抗菌软管，抑菌率＞99%。

• 发泡工艺：注入氮气或化学发泡剂（如 AC 发泡剂），生产密度 0.6~0.9g/cm³ 的微孔发泡中底，减重 30% 同时保持回弹率＞75%。

三、吹塑成型：中空制品的柔性制造

适用场景

• 典型产品：儿童玩具气囊、汽车减震气囊、医疗储液囊、柔性容器。

• 优势：可成型复杂中空结构，壁厚均匀性控制在 ±5% 以内，适合需要高弹性的薄壁制品（壁厚 0.2~2mm）。

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，适合小批量定制（如异形储液囊）。

• 注射吹塑：先注塑成型型坯，再转移至吹塑模具，尺寸精度更高（如医用输液袋接口）。

2. 关键参数

• 吹胀比：通常为 2:1~3:1，过大易导致壁厚不均，过小影响成型效率。

• 吹气压力：0.2~0.5 MPa（软质 TPU 需较低压力，避免过度拉伸破裂）。

• 冷却时间：占整个周期的 60~70%，可采用循环水冷却模具，缩短至 10~20 秒 / 件。

3. 应用拓展

• 多层吹塑：结合 PE/PP 内层，生产耐化学腐蚀的复合软管（如工业用耐油输油管）。

• 拉伸吹塑：双向拉伸型坯，提升制品抗冲击强度（如运动水壶内胆，抗跌落高度从 1m 提升至 2m）。

四、压延成型：薄膜与片材的规模化生产

适用场景

• 典型产品：服装革面料（如仿皮革外套）、瑜伽垫表皮、汽车内饰隔音膜。

• 优势：幅宽可达 1~3 米，厚度控制在 0.1~2mm，生产效率高达 100~300 米 / 小时。

工艺要点

1. 设备组成

• 三辊 / 四辊压延机：辊筒温度依次递增 5~10℃（如首辊 160℃，末辊 180℃），便于材料均匀延展。

• 贴合工艺：与织物（如尼龙、涤纶）同步压延贴合，剥离强度＞50N/5cm，用于生产鞋材革基布。

2. 配方调整

• 增塑剂添加：软质 TPU 可添加 5~15% 柠檬酸酯类环保增塑剂，降低硬度至 Shore A 50 以下，提升柔软触感。

• 爽滑剂处理：表面涂布 0.1~0.3% 硅酮爽滑剂，摩擦系数从 0.6 降至 0.3，适合需要滑动性能的场景（如抽屉内衬）。

五、热成型：定制化壳体与防护件

适用场景

• 典型产品：手机防震内衬、电子元件缓冲盒、医疗设备柔性防护罩。

• 优势：利用片材 / 薄膜加热软化后模压成型，模具成本低，适合小批量快速打样（样品交付周期＜48 小时）。

工艺要点

1. 加热参数

• 温度控制：片材加热至 90~110℃（低于熔点），保持 10~30 秒至软化下垂度达 20~30mm。

• 加热方式：红外辐射加热效率更高（升温速度 5~8℃/ 秒），优于传统热风加热。

2. 成型方式

• 真空成型：负压 0.06~0.08MPa，适合深度＜50mm 的浅拉伸件（如平板保护壳）。

• 气压成型：正压 0.1~0.3MPa，可成型深度＞100mm 的复杂结构（如耳机收纳盒内腔）。

六、加工难点与解决方案

七、环保与效率升级趋势

1. 绿色工艺

• 水基脱模剂：替代传统溶剂型脱模剂，VOC 排放降低 90%，符合欧盟 REACH 法规。

• 废料回收：边角料经粉碎后可直接回用于挤出工艺（掺混比例≤30%），减少材料浪费。

2. 智能化生产

• 在线监测：安装熔体压力传感器和红外测温仪，实时调整温度 / 压力参数，废品率从 5% 降至 1% 以下。

• 3D 打印适配：开发颗粒级 TPU 原料（粒径 1~3mm），兼容 FDM（熔融沉积成型）工艺，用于快速制造个性化矫形器。

总结

柔韧性能 TPU 的加工需根据硬度（Shore A 50~95）、产品形状和功能需求选择适配工艺：注塑适合高精度小件，挤出适合连续化生产，吹塑擅长中空结构，压延和热成型则聚焦薄膜与片材应用。未来，随着生物基 TPU（如蓖麻油基原料）和闭环回收技术的普及，加工工艺将更趋绿色化与智能化，推动其在医疗可降解器件、新能源柔性部件等领域的深度应用。