高回弹性TPU的加工成型

高回弹性 TPU 的加工成型需结合材料分子链特性（如软段与硬段的配比）与设备工艺，以确保弹性性能的保留与优化。以下从主流成型工艺、关键参数控制、常见问题解决方案及新兴技术展开解析：

一、主流加工成型工艺及技术要点

1. 注塑成型（Injection Molding）

适用场景：运动鞋中底、电子保护套、汽车减震件等复杂结构制品。
工艺特点：

材料预处理：

聚醚型 TPU 需在 80~100℃干燥 4~6 小时（含水率＜0.05%），聚酯型因更易吸湿，干燥温度可升至 105~120℃，时间延长至 6~8 小时（避免水解导致弹性下降）。

温度控制：

料筒温度：邵氏硬度 A 70~90 的高回弹 TPU，前段 180~200℃，中段 200~220℃，后段 170~190℃（温度过高会导致氨酯键断裂，回弹性衰减）。
模具温度：40~60℃（低温可加快冷却定型，减少分子链松弛，提升回弹效率）。

压力与速度：

注射压力 80~120 MPa，保压压力 50~80 MPa（高压力确保熔体填充充分，避免气泡影响弹性均匀性）；注射速度中等（约 50~80 mm/s），防止剪切生热。

后处理：
成型后在 60~80℃烘箱中退火 2~4 小时，消除内应力，稳定回弹性能（尤其适用于高负载部件）。

典型案例：某品牌运动鞋中底采用注塑成型，通过模内冷却系统控制 TPU 结晶度，使回弹率提升至 85% 以上。

2. 挤出成型（Extrusion）

适用场景：传送带、管材、薄膜、型材等连续生产制品。
工艺特点：

设备配置：

螺杆长径比（L/D）建议 20~24:1，压缩比 2~3:1（渐变型螺杆减少熔体剪切）；口模设计需光滑过渡，避免熔体滞留导致降解。

温度参数：

聚醚型 TPU 挤出温度：加料段 160~180℃，压缩段 180~200℃，计量段 200~220℃，口模 210~230℃（根据硬度调整，硬度越高温度越高）。

牵引与冷却：

牵引速度与挤出速度匹配（误差＜5%），避免拉伸导致分子链取向不均；冷却水槽温度 15~25℃，快速冷却可保留更多无定形结构，提升回弹性。

应用优化：
生产高回弹 TPU 拉力带时，可在挤出后进行定向拉伸（拉伸比 2~3 倍），诱导分子链取向，进一步增强回弹性能。

3. 吹塑成型（Blow Molding）

适用场景：中空制品（如运动护具缓冲气囊、医疗导管）、玩具球等。
工艺特点：

型坯制备：
挤出型坯温度需精确控制（比注塑高 10~20℃），确保熔体流动性；型坯壁厚均匀性影响吹塑后制品的回弹一致性。
吹塑参数：

吹塑压力 0.5~1.0 MPa，吹气速率适中（过快易导致型坯破裂）；吹胀比 2~3:1（过大可能使材料过度拉伸，降低弹性）。

冷却设计：
模具采用循环水冷却，温度 30~50℃，冷却时间占成型周期的 60% 以上（确保制品充分定型，避免回弹后变形）。

4. 压延成型（Calendering）

适用场景：薄膜、片材（如运动鞋垫基材、电子设备缓冲片）。
工艺特点：

辊筒温度：
前辊 180~200℃，中辊 200~220℃，后辊 170~190℃，辊筒温差≤5℃（温度均匀性影响薄膜厚度与弹性一致性）。
压延速度：
20~40 m/min，速度过快易导致熔体塑化不良；辊筒间隙根据制品厚度调整（如 0.5 mm 厚薄膜，间隙设为 0.55 mm，预留回弹量）。

5. 热压成型（Thermoforming）

适用场景：鞋垫、护具内衬、汽车内饰缓冲件等平板或浅拉伸制品。
工艺特点：

片材预热：
高回弹 TPU 片材在烘箱中预热至 150~180℃（根据硬度调整），预热时间按厚度计算（1 mm 厚约 1~2 分钟），确保内外温度均匀。
成型压力与保压：
成型压力 5~10 MPa，保压时间 10~30 秒（压力不足会导致制品密度低，回弹性能下降）；冷却至 50℃以下再脱模，防止回弹变形。

二、关键工艺参数与材料性能关联

参数类型	影响机制	优化目标
加工温度	温度过高导致硬段分解，弹性下降；温度过低则熔体流动性差，成型缺陷多	控制在材料热分解温度（约 250℃）以下，兼顾流动性与弹性保留
冷却速率	快速冷却保留更多无定形结构，提升初始回弹；缓慢冷却促进结晶，增强耐疲劳性	根据应用场景选择：运动鞋中底需快速冷却（回弹优先），工业减震件可适度慢冷（耐疲劳优先）
剪切应力	高剪切导致分子链断裂，回弹性衰减；低剪切则熔体混合不均	螺杆转速控制在 100~200 rpm，避免过度剪切
成型压力	压力不足导致制品孔隙率高，弹性不一致；压力过高增加设备负荷	注塑压力 80~120 MPa，确保熔体密实填充

三、高回弹性 TPU 加工常见问题及解决方案

1. 制品回弹性能不稳定

原因：

材料干燥不充分，水解导致分子链断裂；
加工温度波动大，硬段熔融不均匀。

解决方案：

严格执行干燥工艺，增加露点检测（干燥空气露点＜-40℃）；
采用伺服电机控温系统，温度波动≤±2℃。

2. 成型后制品变形

原因：

冷却不均导致内应力集中；
脱模温度过高（＞60℃），材料仍处于高弹态。

解决方案：

模具设计对称冷却水道，温差≤5℃；
延长保压时间，待制品温度降至 Tg 以下（约 40℃）再脱模。

3. 表面气泡或熔接痕

原因：

熔体中残留气体未排出；
浇口设计不合理，熔体汇合处温度过低。

解决方案：

注塑时增加排气槽（深度 0.02~0.05 mm）；
优化浇口位置，采用扇形或膜状浇口，减少熔接痕。

四、新兴加工技术与趋势

1. 3D 打印（FDM/FFF）

技术突破：

开发高回弹 TPU 专用线材（直径 1.75 mm），打印温度 220~240℃，喷头移动速度 40~60 mm/s；
通过分层打印路径设计（如蜂窝结构），定制化调控回弹方向与强度（如骨科护具的个性化缓冲件）。

2. 微发泡成型（Micro-foaming）

优势：

注入超临界 CO₂或 N₂，形成均匀微泡（直径 50~100 μm），减重 15%~30% 的同时保持 80% 以上回弹率（如运动鞋中底轻量化）；
泡孔结构可吸收高频振动，提升耐疲劳性（工业减震件应用）。

3. 模内装饰（IMD）与复合成型

应用案例：

高回弹 TPU 与 PC/ABS 复合注塑，制作手机壳（外层 PC 耐磨，内层 TPU 高回弹防摔）；
模内印刷图案，避免后处理对弹性的影响（如运动器材表面防滑纹）。

五、不同类型高回弹 TPU 的加工适应性

TPU 类型	加工难点	工艺优化建议
聚醚型高回弹 TPU	耐温性较差（长期使用≤80℃），加工中易水解	缩短成型周期，避免熔体在料筒中滞留；添加水解稳定剂
聚酯型高回弹 TPU	熔体粘度高，流动性差，易粘附模具	提高加工温度 10~20℃，模具表面镀铬处理；使用内润滑剂（如硬脂酸锌）
芳香族 TPU（高硬度）	熔体弹性大，挤出时易出现 “鲨鱼皮” 现象	降低挤出速度，口模前增加筛网（60~80 目）改善熔体均匀性
脂肪族 TPU（耐候型）	成本高，加工温度范围窄（±10℃）	采用精密温控设备，避免高温下黄变；用于户外制品时添加抗 UV 助剂

总结

高回弹性 TPU 的加工成型核心在于 “温度 - 应力 - 冷却” 的协同控制 —— 通过精准调控分子链的取向与结晶行为，在成型过程中保留材料的弹性网络结构。未来随着材料配方（如动态硫化 TPU、热塑性弹性体合金）与加工技术（如数字孪生辅助成型）的进步，高回弹 TPU 将在更复杂结构、更高性能要求的场景中实现规模化应用（如航空航天轻量化减震件、智能穿戴的动态响应部件）。实际生产中需结合材料牌号特性（如硬度、耐候等级）与制品用途，优化工艺参数并建立完整的质量控制体系（如回弹率测试、耐疲劳循环试验）。