弹性好的 TPU(热塑性聚氨酯弹性体)因分子结构中软段比例较高(通常软段占比 60%~80%),加工时需兼顾其 “高弹性、易粘模、对温度敏感” 的特性,同时保证成品的弹性稳定性。以下是其主要加工成型方法及关键技术要点:
一、注塑成型:适用于复杂结构件(如鞋中底、密封件)
工艺原理:将 TPU 颗粒加热熔融后,通过注塑机螺杆高压注入模具型腔,冷却固化后脱模得到制品。
关键参数控制:
温度:料筒温度需根据 TPU 硬度调整(邵氏 A 70~90 的高弹 TPU,料筒温度通常为 180~220℃),温度过高易导致焦烧或分子链断裂(影响弹性),过低则熔融不充分,制品易出现缺料、纹痕;模具温度保持 30~50℃,避免冷却过快导致内应力过大(脱模后易变形)。
压力:注射压力需适中(80~120MPa),过高会使分子链过度取向(导致弹性下降),过低则难以充满型腔(尤其复杂结构件);保压压力通常为注射压力的 50%~70%,防止制品收缩。
螺杆转速:控制在 30~60r/min,转速过高易因剪切热过大导致材料降解,转速过低则混合不均(影响弹性一致性)。
适配场景:运动鞋中底、密封垫圈、电子设备保护壳等,可一次成型复杂形状,且制品弹性均匀(回弹率波动≤3%)。
二、挤出成型:适用于管材、板材、线缆护套
工艺原理:TPU 颗粒经挤出机加热熔融后,通过特定形状的模具(如圆模、扁平模)挤出,经冷却定型得到连续长度的制品。
关键技术要点:
温度梯度:料筒从进料段到机头需设置梯度温度(如 160℃→180℃→200℃),确保高弹 TPU(软段含量高,熔融粘度较低)均匀塑化,避免局部过热;机头温度略低于料筒末端(190~200℃),防止出料时因压力骤降导致制品表面粗糙。
牵引与冷却:挤出后的制品需立即进入冷却水槽(水温 20~30℃),冷却速度需与牵引速度匹配(牵引速度略高于挤出速度 1%~3%),避免因冷却不均导致制品弯曲或弹性下降(如管材内壁起皱)。
模具设计:对于高弹 TPU 管材,模具压缩比(进料段截面积 / 出料口截面积)建议为 3:1~5:1,确保材料充分压实,减少内部气泡(气泡会导致拉伸时弹性断裂)。
适配场景:输液管、运动手环表带、电缆护套等,制品弹性沿长度方向一致性高(伸长率偏差<5%)。
三、吹塑成型:适用于中空制品(如充气玩具、容器)
工艺原理:将熔融的 TPU 坯料放入模具,通入压缩空气使坯料膨胀并贴合模具内壁,冷却后得到中空制品。
核心控制要点:
坯料温度:高弹 TPU 坯料温度需严格控制在 190~210℃,温度过高会导致坯料强度不足(吹塑时易破裂),过低则流动性差(难以吹胀至模具角落)。
吹塑压力:根据制品大小调整压力(0.3~0.8MPa),对于薄壁充气玩具(厚度 0.1~0.3mm),压力宜低(0.3~0.5MPa),避免过度拉伸导致局部厚度不均(薄处弹性易衰减);厚壁容器则需较高压力(0.6~0.8MPa),确保贴合模具。
冷却时间:因高弹 TPU 导热性较差,冷却时间需比普通 TPU 延长 20%~30%(如 5~10 秒),确保制品完全固化(未充分冷却的制品脱模后会因内应力收缩,导致尺寸偏差和弹性下降)。
适配场景:充气游泳圈、水上玩具、柔性储液袋等,制品可承受反复充放气(弹性回复率>95%,经 1000 次充放气后无破裂)。
四、压延成型:适用于薄膜、片材(如瑜伽垫表层、防水膜)
工艺原理:熔融的 TPU 通过多组平行辊筒(压延辊)的挤压、延展,形成厚度均匀的薄膜或片材。
关键工艺参数:
辊筒温度:前辊(进料辊)温度 170~180℃,中辊 180~190℃,后辊(出料辊)170~180℃,温度差控制在 ±5℃内,防止材料因温度波动产生拉伸不均(导致薄膜局部弹性差异)。
辊筒转速与间距:转速控制在 10~30m/min,转速过快易导致薄膜边缘厚度偏薄(弹性下降);辊间距根据目标厚度调整,且需预留 5%~10% 的回弹量(高弹 TPU 压延后会轻微回弹,需通过辊间距补偿)。
牵引与收卷:收卷张力需恒定(张力值为材料断裂强度的 5%~10%),张力过大易使薄膜拉伸过度(导致弹性永久变形),过小则收卷松散(影响后续加工)。
适配场景:潜水服薄膜、瑜伽垫表层膜、充气床面料等,薄膜厚度均匀(偏差≤0.02mm),弹性在拉伸方向一致(双向伸长率差异<10%)。
五、二次加工:提升制品性能或拓展形态
焊接 / 粘接:高弹 TPU 可通过热风焊接(温度 200~230℃)或专用 TPU 胶水(如聚氨酯类粘合剂)拼接,焊接强度可达母材的 80% 以上(焊接处回弹率与本体差异<5%),适用于大型制品(如充气艇)。
涂层 / 复合:将高弹 TPU 熔融后涂覆在织物表面(如尼龙布),形成弹性复合材料(如运动服面料),涂层厚度 0.05~0.1mm,需控制涂覆温度(190~210℃)避免织物受热损坏,复合后材料既保持 TPU 的弹性(伸长率>400%),又增强耐磨性。
切割 / 冲压:对于片材类制品(如密封垫片),可通过激光切割(功率 50~100W)或冲压成型,切口需光滑(避免毛边导致拉伸时应力集中断裂),冲压模具间隙需为材料厚度的 10%~15%(确保切断彻底)。
加工核心注意事项
材料干燥:高弹 TPU 吸湿性强(平衡吸水率 0.3%~0.5%),加工前需在 80~90℃下干燥 3~4 小时(含水率≤0.05%),否则易产生气泡、银纹,导致弹性下降。
避免过度加工:高弹 TPU 分子链对剪切和高温敏感,同一批料重复加工次数建议≤3 次(每次加工会导致部分分子链断裂,弹性回复率下降 5%~10%)。
模具脱模:因高弹 TPU 粘性大,模具需涂覆脱模剂(如硅系脱模剂)或做抛光处理(表面粗糙度 Ra≤0.8μm),防止脱模时拉伤制品表面(影响外观和弹性均匀性)。
综上,弹性好的 TPU 加工成型的核心是 **“精准控制温度、压力和冷却速度,减少分子链损伤,确保弹性性能稳定”**,不同工艺需根据制品形态和性能要求调整参数,最终实现 “高弹性 + 尺寸稳定 + 耐用性” 的平衡。