一、成型方式分类(高硬度 TPU‑D40~D75 包覆成型分 2 种工艺)
方式 1:2‑K 双色注塑(转盘式一体成型,大批量生产)
先注塑基材(ABS、PC‑ABS、PA66),模具转盘旋转,再注塑高硬度 TPU,全程模具内完成,粘接效果优于镶件包胶。
工艺顺序:硬胶基材先成型→模具旋转→二次注射高硬度 TPU。适合:电动工具手柄、卡扣、滚轮骨架、电子配件。
方式 2:镶件包覆成型(Insert‑Molding,单射嘴机)
提前把注塑件、金属件加工完成,人工或者机械手放入模具型腔,再注塑 D 级 TPU。适合:五金包胶、治具垫块、金属转轴护套,中小批量生产;缺点:D60 以上 TPU 附着力会明显下降。
核心难点:硬度越高 TPU 分子链刚性越强,熔体浸润性变差,单纯化学粘接力下降,必须配合机械倒扣 + 工艺优化来提升剥离强度。
二、完整工艺流程分步详解
步骤 1:基材前处理(决定包胶成败,D 级 TPU 包胶比 A 软 TPU 要求严苛)
(1)塑胶基材(ABS / PC‑ABS / PA66)
基材充分干燥:PC‑ABS:85‑95℃干燥 2‑3h,含水率<0.05%;基材有水汽会造成界面气泡、脱胶。
去除脱模剂:ABS 成型时脱模剂一定要控制,含硅油脱模剂会直接造成 D‑TPU 完全粘不住;必要时用酒精擦拭或等离子 / 电晕处理,提升表面能至 38mN/m 以上。
结构设计:包胶区域开设通孔、凹槽、锯齿倒扣,靠机械咬合弥补化学粘接不足;D55‑D70 产品机械倒扣必不可少。
基材预热:放入模具前,把硬胶件预热 65‑85℃,防止 TPU 熔体接触基材瞬间急速冷却,熔体浸润不足出现分层。
(2)金属基材(钢、铝、锌合金)
脱脂除油:超声波清洗去除切削油、防锈油;
表面处理:喷砂(Ra2‑4μm),增大微观粗糙度;如果粘接要求极高,喷涂 TPU 专用底涂剂;
金属预热:70‑90℃,提高界面贴合效果。
相容性排序:ABS>PC‑ABS>PA66>PP;PP 和 D‑TPU 天然不相容,不建议直接包胶。
步骤 2:高硬度 TPU 原料烘干(重中之重)
聚酯 D‑TPU:80‑85℃干燥 3h,含水率≤0.04%;
聚醚 D‑TPU:75‑80℃干燥 3h;烘干之后 2 小时内用完;D 级 TPU 粘度很高,水分超标会产生内部气泡,界面脱层、材料发脆。
步骤 3:注塑成型参数(D45‑D65 聚酯 TPU 标准参数,2‑K 双色注塑)
1)料筒分段温度(聚酯型)
下料段:185‑190℃;中段:200‑210℃;喷嘴:210‑220℃;
D70 超高硬度 TPU 喷嘴最高不超过 225℃,超过 230℃TPU 热降解,成品发脆;聚醚 TPU 整体调低 5‑8℃。
2)模具温度(D 级 TPU 和软 TPU 最大区别)
软 TPU(A80‑A90)模温 30‑40℃;
D45‑D65 高硬度 TPU 模具温度:65‑75℃(非常关键);模具温度偏低,TPU 表层瞬间凝固,熔体无法渗入基材微观孔隙,包胶极易脱落;但模温>80℃容易粘模、周期变长。
3)压力、射速、背压(D‑TPU 熔体流动性差,压力高于普通软 TPU)
射胶压力:100‑130bar;薄壁包胶部位可提高至 140bar;
保压压力:60‑80bar,保压时间 8‑15s;D‑TPU 收缩 0.6‑0.9%,保压不足后期收缩拉扯出现脱开;
射速:中低速 30‑50mm/s,禁止高速注射;射速过高剪切热过大 TPU 降解,界面结合力变差;
背压:0.8‑1.2bar,螺杆转速 400‑500rpm,降低剪切热;
冷却时间:25‑40s,包胶壁厚每增加 1mm 冷却时间增加 8‑10s;
双色模式:硬胶成型之后,间隔 15‑25s 再进行 TPU 注射;基材不能完全冷却至室温,保留余热,粘接效果最好。
步骤 4:开模取出与后处理(D‑TPU 必须做退火去应力)
脱模:脱模斜度≥2‑3°,排气槽深度控制 0.015‑0.02mm,排气不良困气会造成包胶区域空隙;
退火去应力(D55 以上强烈建议):成品放入烘箱 60‑70℃保温 2‑4h,缓慢自然冷却;
作用:消除 TPU 内部残余应力,防止后期 TPU 收缩把界面拉开开裂,提升耐水解和剥离强度;软 TPU 一般不需要退火,但 D 级 TPU 退火是稳定良品率的关键。
三、不同基材包胶要点
包 ABS(最成熟)不用底涂剂,只要做好除油 + 模温 65‑70℃,D55 以内可以达到本体撕裂效果;D60‑D70 一定要做机械倒扣。
包 PC‑ABS优先选用 PC 含量低于 30% 牌号;PC 占比越高极性越低,D‑TPU 附着力下降,必要时电晕处理。
包 PA66尼龙吸水率高,基材烘干到位;选用尼龙适配型 TPU 牌号,否则容易脱胶。
包金属件喷砂 + 预热;D60 以上必须上底涂剂,否则剥离强度不足。
四、高频不良问题和对应对策
包胶轻易撕掉(最常见)
原因:基材脱模剂残留、模温过低、TPU 温度偏低、基材冷却过度;
改善:酒精清洗基材、模具温度提高至 70℃、基材预热、增加机械倒扣。
TPU 内部气泡、界面空隙TPU 烘干不到位、排气槽不够、射速太快困气;延长烘干时间,加深排气槽。
TPU 后期开裂D‑TPU 内应力过大,冷却太快;退火处理,降低射速,延长冷却时间。
出现飞边射压过高,模温偏高,适当降低保压压力。
五、设备和螺杆选型
螺杆选用 TPU 专用螺杆,压缩比 2.5‑3.0,长径比 L/D=20‑24;禁止 PVC 螺杆;
2‑K 双色机适合大批量;小批量选用普通立式注塑机做镶件包胶。
