挤出TPU的加工成型

挤出 TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的加工成型是通过挤出机将 TPU 颗粒熔融塑化，再经模具成型为连续型制品（如管材、薄膜、异型材等）的过程。其核心是通过控制原料预处理、设备参数、工艺条件，实现 TPU 熔体的稳定流动与精确成型。以下是具体加工成型要点：

一、原料预处理：干燥是关键

TPU 分子中含极性基团（如氨基甲酸酯键），极易吸潮（吸湿率可达 0.3~1%），潮湿原料在高温下会发生水解，导致分子量下降、熔体强度降低，最终制品出现气泡、银丝、表面粗糙等缺陷。因此，加工前必须严格干燥：

• 干燥设备：热风循环干燥机或除湿干燥机（优先选后者，适合高湿度环境）。

• 干燥参数：温度 80~120℃（聚醚型 TPU 耐水解性稍好，可设 80~100℃；聚酯型 TPU 易水解，需 100~120℃），时间 4~8 小时，干燥后原料含水率需控制在 0.05% 以下（即 500ppm 以内）。

• 注意：干燥后的 TPU 需密封保存，避免二次吸湿（可在挤出机料斗上方加小型干燥料斗保温）。

二、挤出设备选型与设计

挤出 TPU 的设备核心是挤出机 + 模具 + 定型冷却系统，需适配 TPU 的熔体特性（高粘度、对剪切和温度敏感）。

1. 挤出机类型

• 优先选用单螺杆挤出机（结构简单、成本低，适合多数 TPU 制品），少数高填充或改性 TPU（如加玻纤、阻燃剂）可用双螺杆挤出机（混合更均匀）。

• 螺杆参数设计：

• 长径比（L/D）：推荐 20~30:1（TPU 熔融需要充分塑化，长径比过小易塑化不均，过大则停留时间过长导致降解）。

• 压缩比：1.5~3:1（TPU 颗粒较软，压缩比过大会导致过度剪切生热，过小则塑化不足）。

• 螺杆结构：需带屏障型或混炼型螺棱（如 BM 螺块），增强熔融与混合效果，避免局部过热；加料段螺槽较深（减少剪切），均化段螺槽较浅（提高熔体压力）。

2. 机头与模具

模具是决定制品形状的核心，需根据制品类型设计：

• 管材模具：采用 “直通式” 或 “直角式” 机头，内模与外模间隙均匀（保证壁厚一致），模口需光滑无死角（避免熔体滞留降解）。

• 薄膜 / 片材模具：采用 “T 型模头”（适合平膜）或 “环形模头”（适合吹膜），模唇间隙可调节（控制厚度），需做镜面抛光（保证制品表面光滑）。

• 异型材模具：根据截面形状定制，流道设计需均匀（避免局部流速差异导致变形），出口处需与定型装置匹配。

3. 定型与冷却系统

TPU 熔体冷却速度影响制品结晶度与尺寸稳定性，需根据制品类型设计：

• 管材 / 异型材：采用 “真空定径套 + 喷淋冷却”，通过真空吸附使制品紧贴定径套内壁（保证尺寸精度），冷却水温 20~40℃（冷却过快易导致内应力，过慢则定型差）。

• 薄膜 / 片材：采用 “冷却辊 + 空气冷却”，冷却辊温度 50~80℃（略高于室温，减少内应力），通过辊压定型保证平整度。

三、核心工艺参数控制

TPU 熔体粘度对温度和剪切速率敏感，参数波动易导致制品缺陷，需精确控制：

1. 挤出温度

温度是决定 TPU 熔融状态的关键，需按 “梯度升温” 设置（从加料段到机头逐步升高），具体范围：

• 加料段：140~170℃（预热原料，避免冷料进入压缩段）；

• 压缩段：170~190℃（主要熔融区，使颗粒塑化为熔体）；

• 均化段：180~200℃（使熔体均匀，调节粘度）；

• 机头 / 模具：190~210℃（保证熔体流动性，顺利充模，温度过高易降解发黄）。
  注：硬度高的 TPU（如邵氏 D 80 以上）需稍高温度（+10~20℃），软质 TPU（邵氏 A 60 以下）温度可降低 5~10℃。

2. 螺杆转速

转速影响剪切强度和产量：

• 转速范围：20~60 rpm（低速可减少剪切生热，避免降解；高速可提高产量，但需匹配温度，防止熔体粘度骤降导致尺寸不稳定）。

• 原则：硬度高的 TPU 可稍高转速（利用剪切辅助塑化）；软质 TPU 需低转速（避免过度剪切导致分子链断裂）。

3. 熔体压力

模口处压力需稳定（一般 5~15 MPa），压力波动会导致制品尺寸（如壁厚、宽度）偏差：

• 压力过高：可能因模具阻力大或转速过快，导致制品内应力增加，易开裂；

• 压力过低：熔体流动性不足，制品表面易出现波纹、缺料。
  控制方式：通过调节转速或模口间隙稳定压力。

4. 牵引速度

牵引速度需与挤出速度匹配（同步），否则会导致制品拉伸或收缩：

• 牵引过快：制品被拉伸，厚度变薄、强度下降（过度取向）；

• 牵引过慢：制品堆积、尺寸变厚，甚至出现褶皱。

四、关键控制要点

1. 避免熔体降解：TPU 长期处于 220℃以上或停留时间过长（如螺杆卡料），会发生热氧降解，导致制品发黄、力学性能下降（如拉伸强度降低）。需定期清理螺杆和模具（每 8~12 小时），避免死角积料。

2. 减少内应力：冷却速度过快或牵引拉伸过度会产生内应力，导致制品存放后翘曲、开裂。可通过降低冷却水温（缓慢冷却）或后处理（60~80℃退火 1~2 小时）消除应力。

3. 原料纯度：TPU 中混入杂质（如金属颗粒、其他塑料）会导致模口堵塞或制品划伤，需在料斗处加磁选装置和滤网（80~120 目）过滤。

五、常见问题与解决方法

综上，挤出 TPU 的加工成型需围绕 “稳定塑化、精确控温、减少降解” 三大核心，通过原料预处理、设备适配、参数优化，实现制品的性能与尺寸稳定性。