高强度TPV的加工成型

高强度 TPV 的加工成型工艺与技术要点

一、成型工艺分类与特性对比

高强度 TPV（热塑性硫化橡胶）因其硫化网络与热塑性基体的特殊结构，需结合材料特性选择适配的成型工艺。以下是主流工艺及关键参数：

工艺类型	适用产品	成型温度范围	压力要求	生产效率	典型缺陷
注塑成型	复杂结构件（密封件、齿轮）	180-230℃	50-120MPa	高（周期 10-60s）	缩水、熔接痕
挤出成型	型材、管材、密封条	170-220℃	10-30MPa	中（线速度 5-20m/min）	表面粗糙、尺寸波动
吹塑成型	中空件（波纹管、容器）	190-240℃	0.5-2MPa	低（周期 60-120s）	壁厚不均、飞边
模压成型	厚壁件、高硬度制品	160-210℃	30-80MPa	中（周期 30-90s）	气泡、脱模困难
热成型	板材二次加工（异形件）	150-190℃	0.1-0.5MPa	低（适合小批量）	拉伸变薄、应力集中

二、核心成型工艺详解及技术要点

（一）注塑成型：高精度复杂件首选

1. 设备与模具要求

螺杆设计：采用渐变式螺杆（压缩比 1.8-2.2），避免剪切过热（L/D 比 20-24:1），止逆环需耐磨（碳化钨涂层）。
模具温度：控制在 40-80℃（低温提升硬度，高温改善流动性），冷却水道需均匀分布（温差≤5℃）。

2. 工艺参数优化

注射速度：中速（30-60mm/s），高硬度 TPV（邵氏 A 90+）需提高至 80mm/s 以减少熔接痕。
保压压力：注射压力的 60-80%，保压时间 10-20s（避免缩水，如厚壁件需延长至 30s）。
案例：汽车发动机密封垫注塑时，熔体温度 210℃，模具温度 60℃，保压压力 80MPa，可实现拉伸强度 20MPa 且尺寸公差 ±0.05mm。

3. 常见问题解决

缩水：增加保压压力或延长保压时间，避免壁厚差异超过 30%。
脱模困难：模具表面镀铬（粗糙度 Ra≤0.8μm），顶出斜度≥3°，必要时添加脱模剂（硅基或氟基）。

（二）挤出成型：连续化生产型材

1. 挤出机配置

机头设计：直歧管型机头（减少熔体滞留），口模长径比（L/D）≥10:1，避免死角导致材料降解。
定型装置：真空定型箱（压力 - 0.05 至 - 0.08MPa），冷却水温 15-25℃，确保尺寸稳定（公差 ±0.1mm）。

2. 工艺控制要点

螺杆转速：15-30rpm（高硬度 TPV 需降低转速至 10-20rpm，减少剪切生热）。
牵引速度：与挤出量匹配（线速度 5-15m/min），过慢导致积料，过快引起拉伸变形（拉伸比控制在 1.2-1.5:1）。
案例：生产高压液压管外层 TPV 护套时，挤出温度 190-210℃，牵引速度 8m/min，冷却水槽长度 3m，可实现耐 30MPa 压力无开裂。

3. 缺陷处理

表面粗糙：提高口模温度 5-10℃，或在配方中添加 0.5-1% 润滑剂（如 EBS）。
尺寸波动：稳定挤出温度（波动≤±3℃），定期清理机头积料（每 8 小时停机清理一次）。

（三）吹塑成型：中空制品成型

1. 型坯制备

挤出型坯温度：200-230℃（高硬度 TPV 取上限，确保熔体延展性），型坯壁厚分布均匀（误差≤5%）。
储料缸式机头：适合大型制品（如容积＞1L），储料量需满足制品重量的 1.3-1.5 倍。

2. 吹塑参数

吹胀压力：0.8-1.5MPa（高硬度材料需提高至 1.2-1.5MPa，确保贴模）。
冷却时间：占周期的 60-70%（如总周期 60s，冷却 35-40s），避免制品变形。
案例：汽车涡轮增压波纹管吹塑时，型坯温度 220℃，吹胀压力 1.2MPa，冷却时间 30s，可实现耐 180℃高温与 0.8MPa 压力。

（四）模压成型：厚壁与高载荷制品

1. 模具与压机要求

模具结构：溢式或半溢式模具（高硬度 TPV 推荐半溢式，控制料量精度 ±2%），排气槽深度 0.03-0.05mm。
压机吨位：按制品投影面积计算（0.5-1MPa/cm²），如 100cm² 制品需 50-100 吨压机。

2. 工艺步骤

预热：原料在 80-100℃烘箱预热 30-60min（减少气泡），模温 170-190℃（保温 30min 至热平衡）。
加压流程：先低压（10-20MPa）排气 2-3 次，再升至高压（30-80MPa）保压 10-20min（厚壁件需延长至 30min）。
案例：生产悬挂衬套时，模温 180℃，保压压力 50MPa，保压时间 15min，制品压缩永久变形率＜8%@100℃×24h。

三、材料特性对成型的影响及应对策略

材料特性	对成型的影响	优化措施
高硬度（邵氏 A 90+）	流动性差、易产生熔接痕	提高熔体温度 10-20℃，增加浇口尺寸（直径≥3mm）
高弹性回复	脱模后尺寸收缩（1-3%）	模具尺寸预留收缩量，延长保压时间
耐温性（150℃以上）	高温下熔体强度下降	降低挤出 / 注塑速度，避免长时间高温滞留（料筒滞留≤15min）
填充体系（如滑石粉）	磨损设备、流动性进一步降低	螺杆 / 机头采用耐磨合金（如双合金），添加偶联剂（硅烷类）改善分散

四、后处理工艺提升性能

退火处理

目的：消除内应力，稳定尺寸（适用于精密件）。
工艺：制品在 60-80℃烘箱中处理 2-4h（高硬度 TPV 取上限），冷却速率≤5℃/min。

表面处理

涂覆：耐候件表面涂覆 UV 防护涂层（厚度 5-10μm），提升户外使用寿命。
印刷：采用移印或丝网印刷（油墨需匹配 TPV 极性，如 SEBS 基 TPV 用聚氨酯油墨）。

二次成型复合

与金属嵌件结合：注塑前金属件预热至 80-100℃，表面喷砂处理（粗糙度 Ra 1.6-3.2μm），提升结合力（剥离强度＞5N/mm）。
与工程塑料共注塑：TPV 熔体温度比塑料高 10-20℃（如与 PC 复合时，TPV 220℃，PC 210℃），确保界面熔合。

五、绿色成型技术趋势

水辅注塑（WIT）

优势：减少熔体压力（降低 30-50%），适合大型高强度 TPV 制品（如汽车保险杠骨架），减重 15-20%。

微发泡成型

工艺：注入超临界 CO₂（压力 8-12MPa），泡孔密度 10⁹-10¹⁰个 /cm³，制品密度降低 10-30%，同时保持 90% 以上强度。

回收料再利用

破碎料添加比例：新料中可添加 10-20% 清洁回收料（需粉碎至粒径＜1mm），拉伸强度下降≤10%，适合非关键部件（如普通密封件）。

六、成型质量控制关键点

原料检验：每批测试熔融指数（MI，190℃/2.16kg），波动范围≤±10%。
过程监控：实时记录温度（误差≤±5℃）、压力（误差≤±5%）、时间（误差≤±1s），每小时抽样测试硬度（邵氏 A，误差≤±2 度）。
成品检测：重点测试拉伸强度（偏差≤±5%）、撕裂强度（偏差≤±8%）、压缩永久变形（偏差≤±10%）。

高强度 TPV 的成型需兼顾材料硫化网络的热稳定性与热塑性基体的流动性，通过工艺参数与设备的精准匹配，可实现从高性能密封件到结构件的规模化生产。未来随着高效成型技术（如数字孪生模流分析）的普及，其加工精度与生产效率将进一步提升。