بلاستيك TPU

عند الاختيار بين أنواع المواد لاستخدام معين، من المهم التمييز بين الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية (TPE) والبولي يوريثين الحراري البلاستيكي (TPU). كلاهما عبارة عن بوليمرات متعددة الاستخدامات ولها بعض الخصائص الخاصة. وهذا يسمح بتطبيقها في العديد من المجالات. تشتهر TPEs بمرونتها وجاهزيتها للمعالجة وتكلفتها المنخفضة. لذا، فإن هذا يجعل TPEs مناسبة لتلك التطبيقات التي لا تحتاج إلا إلى أداء معتدل. على عكس TPUs، توفر صلابة وتآكلًا وخصائص كيميائية محسنة لخدمة التطبيقات الصعبة بالإضافة إلى متطلبات الأداء الأعلى. لذلك، في هذه المقالة، سوف نستكشف TPE مقابل TPU، واختلافاتهما وتشابهاتهما وخصائصهما.

ما هو TPE؟

TPEs هي الشكل المختصر لـ Thermoplastic Elastomers. إنه نوع من البوليمرات التي تتمتع بخصائص المطاط مع مادة ترموبلاستيكية قابلة لإعادة التدوير. إنها مرنة مثل المطاط ولكن في نفس الوقت سهلة الإدارة مثل المواد البلاستيكية الحرارية. تُستخدم TPEs في الغالب في تلك المجالات التي تعتبر فيها المرونة والقوة وسهولة الصياغة حيوية. انتقل إلى هل TPE آمن؟ لمعرفة المزيد عن TPE.

ما هو TPU؟

يُوصف البولي يوريثين الحراري البلاستيكي بأنه إلاستومر حراري بلاستيكي يتمتع بمرونة عالية جدًا وقوة ومقاومة للتآكل والمواد الكيميائية والزيت. يتميز البولي يوريثين الحراري بخصائص كل من المواد البلاستيكية والمرنة ويُظهر أداءً رائعًا في العديد من التطبيقات الشديدة. هل TPU آمن؟ لمعرفة المزيد عن TPU.

مادة بلاستيكية TPU

عملية كاملة لتصنيع TPE و TPU؟

دعونا نناقش العملية الكاملة لتصنيع كل من TPE و TPU.

1. عملية تصنيع TPE

فيما يلي عملية تصنيع الإيلاستومرات الحرارية خطوة بخطوة.

1. المزج

في حالة TPEs مثل Styrenic Block Copolymers (SBCs)، تتم عملية التصنيع عن طريق خلط البوليسترين مع البوليمرات المرنة، أي البولي بوتادين. يتم تسخين التركيبة لإذابتها ثم يتم إجراء عملية التصلب للحصول على المنتج النهائي.

2. البلمرة

في تكوين TPEs، يجب أن يتفاعل البروبيلين مع مونومرات أخرى بطريقة محكومة. وبالتالي، يمكن أن ينتج إلاستومر ترموبلاستيكي. يمكن إجراء هذه العملية من خلال بعض التقنيات بما في ذلك البلمرة السائبة أو المحلولية.

3. عملية الفلكنة

فيما يتعلق بإنتاج البوليمرات الحرارية البلاستيكية (TPVs)، فإن الطريقة المستخدمة أثناء التشكيل تسمى الفلكنة الديناميكية. أثناء معالجة ذوبان هذا البوليمر الحراري البلاستيكي، يتم إضافة عامل ربط متقاطع، أي الكبريت في هذه العملية. المنتج النهائي عبارة عن مزيج حيث يتم ربط الجزء المطاطي جزئيًا على الأقل. ثم يساعد ذلك في تحسين مرونة المادة وخصائصها الميكانيكية.

4. البثق والقولبة

بعد عملية المزج أو البلمرة، يجب معالجة TPEs من خلال البثق أو القولبة بالحقن. من ناحية أخرى، تتضمن عملية البثق استخدام قالب لبثق أشكال مستمرة من TPE المنصهر. بينما تتم عملية القولبة بالحقن عن طريق حقن المادة المنصهرة في قوالب لصنع الأشكال والمنتجات المرغوبة.

2. عملية تصنيع TPU

فيما يلي عملية تصنيع مادة البولي يوريثين الحرارية (TPU) خطوة بخطوة.

TPE مقابل TPU

1. البلمرة

نقوم بتصنيع TPU باستخدام ثنائيات الأيزوسيانات (على سبيل المثال ثنائي إيزوسيانات الميثيلين ثنائي الفينيل أو ثنائي إيزوسيانات التولوين) والديولات (على سبيل المثال ثنائيات البولي إيثر أو البوليستر). لذا، يتم تنفيذ هذا التفاعل بطريقة خاضعة للرقابة لإنتاج بوليمر البولي يوريثين.

2. التركيب

بعد عملية البلمرة، يتم خلط بوليمر TPU مع مواد مالئة مثل الملدنات والمثبتات والمواد الملونة، لتسهيل تطوير الخصائص المطلوبة. في هذه العملية، يتم إجراء عملية الخلط المنصهر باستخدام آلة البثق. على الرغم من أنه قد يتم استخدام طرق أخرى في هذه المرحلة.

3. البثق والقولبة بالحقن

يتم معالجة TPU مثل أي مادة مطاطية حرارية أخرى عن طريق البثق أو القولبة بالحقن. على الرغم من استخدام طرق أكثر تقدمًا في معالجة TPU مقارنة بـ TPEs. البثق هو العملية التي يتم فيها دفع TPU عبر قالب وتشكيله في مقاطع طويلة. في حين أن القولبة بالحقن هي عملية حقن TPU في قالب لصنع أجزاء معينة.

4. التقويم والصب

بالنسبة لبعض التطبيقات، يمكن أيضًا معالجة TPU من خلال عملية الصقل حيث يتم تحويل TPU إلى صفائح رقيقة جدًا من خلال الدرفلة أو الصب. هنا يتم سكب TPU مباشرة في الأفلام أو الصفائح.

خصائص TPU

  • المرونة: توفر مادة TPU مرونة كبيرة للتحليلات.
  • متانة: يتميز بميزات الجودة مثل مقاومة التآكل والتلف.
  • المقاومة الكيميائية: يتحمل الزيوت والشحوم والمواد الكيميائية بشكل جيد إلى حد ما.
  • نطاق درجة الحرارة: نظرًا لقدرتها على العمل بسرعات عالية، يمكن استخدام تصميم مصابيح LED فوق البنفسجية هذا في نطاق واسع من درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية.
  • الشفافية: من الممكن جعل مادة TPU شفافة مما قد يكون مفيدًا في بعض الاستخدامات.

 خصائص TPE

  • مرونة: يظهر مرونة تشبه المطاط.
  • قابلية المعالجة: إنها سهلة المعالجة وكذلك القوالب مع خصائص تدفق جيدة.
  • المرونة: عادةً ما يكون له قابلية تشغيل معتدلة ولكن يمكن تحضيره بشكل خاص لإعطائه صلابة منخفضة أو عالية.
  • قابلية إعادة التدوير: يمكن إعادة تدويرها مما يجعلها مرتبة صديقة للبيئة.
  • فعالية التكلفة: عادة ما تكون أرخص مقارنة ببعض الإيلاستومرات الأخرى.

خصائص مادة TPE و TPU

  1. مواد TPE: تعتمد مواد TPE على العديد من البوليمرات، مثل البوليمرات الكتلية المصنوعة من ستيرين، والبولي أوليفينات، والمبركنات الحرارية البلاستيكية. يتم خلطها بانتظام مع إضافات مثل الملدنات، والمثبتات، والحشوات، والأصباغ للحصول على الخصائص المطلوبة. أما المضافات الأخرى فهي مساعدة المعالجة والمضافات المتخصصة والتي يمكن استخدامها أيضًا لتحسين الأداء وقابلية التشغيل.
  2. مواد TPU: يتم إنتاج TPU إما من ثنائيات الأثير البوليستر أو بولي إيثر مع ثنائيات الأيزوسيانات. وهي تحتوي على مواد ملينة ومثبتات وحشوات وألوان. في حين تحتوي المواد الأخرى على عوامل ربط متقاطعة لتحسين الأداء. المواد المضافة الوظيفية التي يشار إليها أيضًا باسم موارد المعالجة والمواد المضافة المتخصصة مخصصة لتغيير الخصائص الفيزيائية والأداء.

ما هو الفرق بين TPE و TPU؟

دعونا نناقش الاختلافات الرئيسية بين TPE و TPU بعمق

1. التركيب الكيميائي

  • مادة TPE: هذا تصنيف عام يحتوي على مجموعة من البوليمرات التي تندرج تحت هذه الفئة بما في ذلك SBCs وTPOs وTPVs. وهي بوليمرات تتميز بخصائص المرونة واللدائن الحرارية. لذا، قد تكون إما مخاليط أو بوليمرات مشتركة.
  • TPU: وبشكل أكثر دقة، يتم إنتاجها من البولي يوريثين، والتي تتشكل من خلال عمل ثنائيات الأيزوسيانات والديولات. تعتبر TPU أمثلة على الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية، ومع ذلك، فهي تختلف كيميائيًا عن الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فهي مصنوعة من البولي يوريثين.

2. خصائص المواد

  • مادة TPE: يوفر نعومة ومرونة للمنتج. يمكن تصنيع TPEs بحيث تتمتع بمرونة متوسطة أو عالية حسب متطلبات التطبيق الذي سيتم استخدامه فيه. وهذا يجعلها أسهل في المعالجة والتشكيل بشكل عام بسبب درجات حرارة المعالجة المنخفضة واللزوجة.
  • TPU: تتمتع هذه المادة بمقاومة ممتازة للتآكل وقوة ميكانيكية عالية كما أنها مقاومة للمواد الكيميائية والزيوت. لا تفقد TPU أدائها عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة أو عالية.

3. المعالجة والتصنيع

  • مادة TPE: أسرع في التحلل، أو ذو لزوجة ذوبان أقل. من السهل معالجته وبالتالي يكون تصنيعه أرخص. تخضع المنتجات المصنوعة من TPE في الغالب للحقن والبثق وكذلك النفخ.
  • TPU: يجب معالجتها في درجات حرارة أعلى، كما أن لزوجة الذوبان العالية تجعل المعالجة أكثر صعوبة. ومع ذلك، يمكن معالجة TPU بنفس الطريقة باستخدام تكتيكات شائعة مثل حقن القالب والبثق.

4. خصائص الأداء

  • مادة TPE: يتمتع بمقاومة ضعيفة للتآكل والقوة الميكانيكية مقارنة بالبولي يوريثين الحراري. كما قد لا يتحمل المواد الكيميائية الشديدة أو درجات الحرارة العالية/المنخفضة بشكل أفضل من الأنواع الأخرى.
  • TPU: إنه يتميز بقوة شد عالية جدًا وخصائص كاشطة فائقة ونتائج مرضية في درجات الحرارة المنخفضة والعالية. كما أنه يوفر مقاومة كيميائية أفضل لأنه يمكنه التعامل مع البيئات الكيميائية الصعبة.

5. التكلفة وإمكانية إعادة التدوير

  • مادة TPE: عادةً ما تكون أرخص من TPU كما أنها أسهل في إعادة التدوير. وبالمقارنة بالمعادن، تكون تكاليف معالجتها والمواد المستخدمة فيها أقل عادةً. لذا فهي مناسبة لمعظم الاستخدامات.
  • TPU: تكلفتها أقل من تكلفة TPE لأنها توفر خصائص أداء أفضل. قد يكون إعادة تدوير TPU أكثر صعوبة. لذا، قد يتأثر تأثيرها البيئي.

6. التطبيقات

  • مادة TPE: تُستخدم في المنتجات الاستهلاكية وتطبيقات السيارات وتطبيقات الختم والحشيات والأجهزة الطبية. يتم اختيارها للتطبيقات التي تكون فيها المرونة والتكاليف من المتطلبات الأساسية بدلاً من البحث عن درجة عالية من المتانة.
  • TPU: يُستخدم بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا، مثل تصنيع أجزاء السيارات والأجزاء الصناعية ونعال الأحذية الرياضية والأجهزة الطبية وغيرها. وهو الأنسب للمنتجات التي تتطلب أو تريد تآكلًا عالي المستوى، وكيميائيًا بشكل واضح، ودرجات عالية من النطق.

 

مميزة TPE (إلاستومرات حرارية بلاستيكية) TPU (البولي يوريثين الحراري)
التركيب الكيميائي وهي مصنوعة عمومًا من بوليمرات مختلفة (على سبيل المثال، SBCs، TPOs، TPVs) وهي عبارة عن تركيبة من البولي يوريثين (ثنائي إيزوسيانات + ثنائيات الكحول)
خصائص المواد مرنة نسبيًا وناعمة ويمكن أن تكون صلبة أو مرنة يظهر مقاومة عالية للتآكل، وقوي، ومقاوم للمواد الكيميائية
يعالج أسهل كثيرًا، ويحتاج إلى درجات حرارة أقل، ويتطلب تشكيلًا أبسط قد يتطلب الأمر درجات حرارة أعلى ويكون له معالجة أكثر تعقيدًا
خصائص الأداء بشكل عام، تتمتع بمقاومة تآكل وقوة ميكانيكية أقل. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع بمقاومة كيميائية محدودة تتمتع بمقاومة فائقة للتآكل وقوة عالية وأداء في درجات الحرارة القصوى
التكلفة وإمكانية إعادة التدوير تكلفة أقل بشكل عام، وأسهل في إعادة التدوير تكلفة أعلى ويصعب إعادة تدويرها
التطبيقات تطبيقات واسعة في السلع الاستهلاكية وقطع غيار السيارات والأختام والأجهزة الطبية العديد من الاستخدامات في الأجزاء الصناعية والأحذية ومكونات السيارات والأجهزة الطبية

ما هي أوجه التشابه بين TPE و TPU؟

ينتمي كل من TPE وTPU إلى عائلة المواد البلاستيكية الحرارية. لذا، فإن لديهما العديد من الأشياء المشتركة. دعنا نناقش هذه الميزات المشتركة بالتفصيل.

  • الطبيعة الحرارية البلاستيكية: يمكن إعادة استخدام كليهما وإعادة تدويرهما عدة مرات عن طريق تسخين العملية.
  • خصائص المرونة: كما أنها تتشوه، ولكن هاتين المادتين مرنتان، وتستعيدان حالتهما الأصلية بمجرد تحريرهما من قوة التشويه.
  • طرق المعالجة: يتم استخدام جميع طرق المعالجة الثلاثة، وهي القولبة بالحقن، والبثق، والقولبة بالنفخ لكليهما.
  • قابلة للتخصيص: يمكن أن يكون كلاهما بدرجات مختلفة من الصلابة والمرونة والقوة اعتمادًا على متطلبات الهندسة.
  • المنتجات الاستهلاكية: يمكن تطبيق كلاهما في مكونات السيارات والأجهزة السريرية والأجهزة المنزلية.
  • حالات الاستخدام المتداخلة: إنها جيدة للاستخدام عندما تكون هناك حاجة إلى المرونة والصلابة للمنتج المطلوب.
  • قابلية إعادة التدوير: كلاهما قابلان لإعادة التدوير في معظم الحالات على الرغم من أن عملية إعادة التدوير قد تكون مختلفة.
  • المقاومة البيئية: إنها توفر قدرًا من الحماية ضد الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية، اعتمادًا على التركيبة.
قالب حقن TPE

قالب حقن TPE

ما هي البدائل المتبادلة لـ TPE و TPU؟

 

مادة وصف المزايا العيوب
مطاط السيليكون وهو عبارة عن مادة مطاطية مرنة ذات مرونة عالية ومقاومة للحرارة. استقرار ممتاز في درجات الحرارة ومقاومة للمواد الكيميائية. عادة ما تكون أكثر تكلفة، وأصعب في المعالجة.
مطاط EPDM هو في الأساس مطاط صناعي ذو مقاومة جيدة للطقس والأوزون. يظهر متانة عالية، جيد للاستخدام في الهواء الطلق. إنها تتمتع بمرونة أقل من TPE و TPU.
النيوبرين وهو أيضًا مطاط صناعي معروف بمرونته ومقاومته للعوامل الجوية. تتمتع بمقاومة كيميائية ومرونة جيدة. إنها تتمتع بقوة شد أقل ومقاومة للتآكل.
فيتون (FKM) وهو عبارة عن مادة مطاطية فلوروإيلاستومر ذات مقاومة كيميائية عالية. تتمتع بمقاومة ممتازة للمواد الكيميائية ودرجة الحرارة. تتمتع بالتكلفة العالية والصلابة.
إلاستومرات البولي أوليفين (POE) مادة مرنة ومتعددة الاستخدامات تشبه TPE. يتميز بمرونة جيدة وكثافة منخفضة. إن مقاومته الكيميائية محدودة مقارنة بـ TPU.

 

ما هي فوائد TPE مقارنة بـ TPU؟

  1. فعالة من حيث التكلفة: عادة ما تكون تكلفة الإنتاج أعلى عند تصنيع الأطعمة الصلبة، ولكن التكلفة تكون أقل عمومًا.
  2. سهولة المعالجة: انخفاض درجات الحرارة التي يمكن معالجة المواد عندها، وتسهيل تشكيل المواد.
  3. المرونة والنعومة: تتوفر معلمة شاملة لمدى ليونة ومرونة الدباسات الجراحية.
  4. قابلية إعادة التدوير: إن قابلية إعادة التدوير أو إعادة الاستخدام من حيث الشكل والمادة هي المعيار الرابع، وينص على أن يكون الكائن سهلاً لإعادة التدوير أو إعادة المعالجة.
  5. تركيبات متعددة الاستخدامات: توجد بأشكال مختلفة لتلبية خصائص محددة للتطبيق المحدد.

ما هي عيوب TPE مقارنة بـ TPU؟

 

  • مقاومة أقل للتآكل: يترك الكثير مما يفضل في التطبيقات عالية التآكل.
  • المقاومة الكيميائية: بشكل عام، أكثر عرضة للهجمات الكيميائية والزيتية والمذيبات.
  • تحمل درجة الحرارة: انخفاض الأداء عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة أو منخفضة.
  • القوة الميكانيكية: بشكل عام، فإنه يظهر قوة شد وقوة تمزق أقل.

ما هي فوائد TPU مقارنة بـ TPE؟

  1. مقاومة فائقة للتآكل: توفر طبيعة التآكل الشديد أداءً جيدًا للغاية في التطبيقات التي من المرجح أن تتآكل بسرعة.
  2. مقاومة المواد الكيميائية والزيت: لا تتحلل بسهولة بواسطة المذيبات الكيميائية والمواد الكيميائية الأخرى.
  3. أداء عالي في الظروف القاسية: مقاوم لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة للثلج المحيط والجاف.
  4. خصائص ميكانيكية قوية: قوة تحمل متفوقة وخصائص تأثير متزايدة.
  5. قابلة للتخصيص: جمال الصلابة والمرونة، خيارات.

ما هي عيوب TPU مقارنة بـ TPE؟

  • التكلفة الأعلى: وباعتباره منتجًا محلي الصنع، فإن إنتاجه سيكون أكثر تكلفة من المنتجات الاستهلاكية التقليدية.
  • تعقيد المعالجة: يحتاج إلى درجات حرارة عالية وأجهزة أو أدوات خاصة.
  • تحديات إعادة التدوير: عندما يتعلق الأمر بإعادة التدوير، يكون القيام بذلك أكثر صعوبة مقارنةً بـ TPE.
  • تركيبات محدودة: هناك أنواع أقل مقارنة بـ TPE نتيجة للتطوير.

متى يجب اختيار TPE؟

  • فعالية التكلفة: عندما تكون الميزانية مشكلة، كما هو الحال مع TPE، فإن استخدام هذا النموذج يمكن أن يكون أقل تكلفة.
  • المعالجة البسيطة: للتطبيقات التي تتطلب عملية صب سهلة ودرجة حرارة الصب منخفضة نسبيًا.
  • المرونة: عندما يتضمن تطبيق المنتجات المطاطية عناصر تتطلب النعومة والمرونة مثل المقابض أو الأختام.
  • قابلية إعادة التدوير: بينما بالنسبة للإنتاج الذي يكون صديقًا للبيئة فيما يتعلق بتأثيره وسهل إعادة التدوير.
  • الاستخدام العام: هذه هي التطبيقات التي لا تتطلب أداءً عالي المستوى من الفرش.

متى تختار TPU؟

  • متانة: حيث سيكون هناك تآكل واحتكاك عاليين ويتطلب كشطًا عاليًا.
  • المقاومة الكيميائية:عند العمل مع المواد الكيميائية أو الزيوت أو المذيبات، يتعين على الأفراد ارتداء القفازات عند العمل مع.
  • درجات الحرارة القصوى: عندما يتعلق الأمر بدرجات الحرارة العالية وحتى بالنسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة، يمكن أيضًا تحقيق ذلك.
  • القوة الميكانيكية: إذا كانت هناك حاجة إلى تطبيقات ذات قوة شد وتأثير عالية.
  • احتياجات الأداء الخاصة:لتلبية مثل هذه الاحتياجات المحددة من خلال البيئات المبنية المختلفة، يمكن للمرء الرجوع إلى خصائص مخصصة مثل
قالب حقن TPU

قالب حقن TPU

خاتمة

في الختام، على الرغم من أوجه التشابه بين TPE و TPU، فإن TPE و TPU عبارة عن مواد مختلفة لها ميزاتها وعيوبها الملحوظة في جوانب الاستخدام. تعتبر TPE أرخص نسبيًا، كما أن معالجتها أسهل مقارنة بغيرها من الإيلاستومر. وهذا يجعلها متعددة الاستخدامات. في الوقت نفسه، تم تصميم TPU لتحمل أعلى الأحمال والمتطلبات من حيث مقاومة التآكل والحرارة والمواد الكيميائية. أما بالنسبة للاختلافات في خصائص TPE و TPU، فمن الممكن ذكر ما يلي: تعتمد تفوق أو نقص TPE مقارنة بـ TPU على المتطلبات الخاصة للمادة واعتبارات التكلفة والقدرات التكنولوجية لمزيد من معالجة المنتج.

الأسئلة الشائعة

 

س1. ما هو الفرق الأساسي بين TPE و TPU؟

إن أهم ما يميز TPU هو أنه نوع خاص من TPE. ومع ذلك، فإنه يتمتع بإمكانات أعلى فيما يتعلق بقوته ومقاومته للمواد الكيميائية أو المذيبات ودرجات الحرارة الملائمة.

س2. هل يمكن إعادة تدوير TPU وTPE؟

من الممكن إعادة تدوير TPE و TPU على الرغم من أن الخيارات المتاحة لإعادة التدوير محدودة مقارنة بغيرها من الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية.

نعم، TPE قابلة لإعادة التدوير؛ وينطبق نفس الأمر على مواد TPU أيضًا.

س3. أيهما أرخص، TPE أم TPU؟ 

تتمتع مادة TPE بتكلفة أقل قليلاً مقارنةً بـ TPU.

س4. كيف يختلف TPU عن TPE فيما يتعلق بتطبيقاتهما؟

يعد TPU مناسبًا في الأماكن التي يكون فيها التعزيز ضروريًا، ويتعرض التطبيق للمواد الكيميائية أو البيئات القاسية، ويحتاج التطبيق أيضًا إلى تحمل الحرارة العالية.

س5. هل يمكن استخدام TPE في المناطق ذات الظروف المناخية غير العادية؟

هناك بعض العيوب المتعلقة بـ TPE. ونتيجة لهذا، قد لا تكون بنفس فعالية تي بي يو وخاصة في الظروف القاسية.

غطاء كمبيوتر محمول من مادة TPU

What is TPU Injection Molding

صب حقن TPU refers to the process of injecting Thermoplastic Polyurethane (TPU) into a mold to produce a finished product. TPU is a type of material that exhibits the properties of both thermoplastics and elastomers. It is often used to produce products that require flexibility, durability, and resistance to abrasion.

TPU injection molding is a versatile process that can be used to produce a wide variety of products, including footwear, industrial parts, medical devices, and more. It offers many benefits over traditional manufacturing methods, including lower costs, faster production times, and greater design flexibility. TPU materials are also recyclable, making them a more sustainable option for manufacturers.

TPU (Thermoplastic polyurethane) injection molding process has many methods, including injection molding, blow molding, compression molding, extrusion molding, etc., among which injection molding is most commonly used. use the injection molding process to mold TPU into required صب حقن TPU parts, which are divided into three stages: pre plasticizing, injection, and ejecting out. The injection machine is divided into plunger type and screw type. Screw type injection machine is recommended because it provides uniform speed, plasticization, and melting.

TPU phone cover molding

TPU phone cover molding

1. Design of injection machine

The barrel of the injection machine is lined with copper-aluminum alloy, and the screw is chrome plated to prevent wear. The length diameter ratio of screw L / D = 16 ~ 20 is better, at least 15; the compression ratio is 2.5/1 ~ 3.0/1. The length of the feeding section is 0.5L, the compression section is 0.3L, and the metering section is 0.2L. The check ring shall be installed near the top of the screw to prevent backflow and maintain the maximum pressure.

The TPU should be processed with a self flow nozzle, the outlet is an inverted cone, the nozzle diameter is more than 4mm, less than 0.68mm of the main channel collar inlet, and the nozzle should be equipped with a controllable heating belt to prevent material solidification.

From an economic point of view, the injection volume should be 40% – 80% of the quantitative amount. The screw speed is 20-50 R / min.

2. Mold design for TPU injection molding

Mold design should pay attention to the following points when molding with tpu material injection molding:

(1) shrinkage of molded TPU molding parts

Shrinkage is affected by the hardness of raw materials, thickness, shape, molding temperature, mold temperature, and other molding conditions. Generally, the shrinkage range is 0.005-0.020cm/cm. For example, a 100 x 10 × 2mm rectangular test piece shrinks in the length direction of the gate and the flow direction, and the hardness of 75A is 2-3 times larger than that of 60 shore degree. The effect of hardness and thickness of TPU on shrinkage is shown in Figure 1. It can be seen that when the hardness of TPU is between 78a and 90a, the shrinkage decreases with the increase of thickness; when the hardness is between 95A and 74d, the shrinkage slightly increases with the increase of thickness.

(2) Runner and cold slot well

The main runner is a section of the runner connecting the injector nozzle to the shunt channel or cavity in the mold. The diameter should be expanded inward, with an angle of more than 2 degree, so as to facilitate the removal of flow channel vegetations. The shunt channel is the channel connecting the main channel and each cavity in the multi-groove mold, and its arrangement on the mold should be symmetrical and equidistant. The flow channel can be circular, semi-circular and rectangular, with a diameter of 6-9mm. The runner surface must be polished like the cavity to reduce flow resistance and provide a faster filling speed.

A cold well is an empty place (extra extend runner) at the end of the main runner, which is used to catch the cold material produced between the two injections at the end of the nozzle, so as to prevent the diversion runner or gate from blocking by cold material. When the cold material is mixed into the mold cavity, the internal stress of the product is easy to occur. The diameter of the cold material hole is 8-10 mm, and the size is about 6 mm long.

(3) gate and vent

The gate is the runner connecting the main flow channel or the shunt channel and the cavity. Its cross-sectional area is usually smaller than the runner passage, which is the smallest part of the runner system, and its length should be short. The gate shape is rectangular or circular, and the size increases with the thickness of the product.

The thickness of the product is less than 4mm, with a diameter of 1mm; the thickness of the gate is 4-8mm, with a diameter of 1.4mm; the thickness of the gate is more than 8mm, with a diameter of 2.0-2.7mm. The gate position is generally selected at the thickest part of the product, which does not affect the appearance and use, and is at right angles to the mold, so as to prevent shrinkage and avoid spiral pattern.

Exhaust or venting slot is a kind of slot type air outlet opened in the mold, which is used to prevent the molten material from entering the mold from getting involved in the gas and to discharge the gas from the mold cavity.

Otherwise, the products will have air holes, poor fusion, insufficient filling or air trap, and even burn the products due to high temperatures caused by air compression, resulting in internal stress of the products. The exhaust port can be set at the end of the melt flow in the mold cavity or on the parting line of the قالب بلاستيكي, which is a 0.15mm deep and 6mm wide pouring slot.

It is necessary to control the TPU mold temperature as evenly as possible to avoid warping and twisting of the parts, below are some TPU injection molding products we made before. If you have any requirement for TPU or TPE injection molding  products, welcome to contact us.

صب حقن TPU

صب حقن TPU

3 Molding conditions

The most important molding condition of TPU (Thermoplastic polyurethane) is the temperature, pressure and time that affect the flow and cooling of plasticization. These parameters will affect the appearance and performance of TPU injection molding parts. Good processing conditions should be able to obtain even white to beige parts.

(1) Temperature

The temperature to be controlled in the TPU plastic injection molding process includes barrel temperature, nozzle temperature, and mold temperature. The first two temperatures mainly affect the plasticization and flow of TPU, and the second one affects the flow and cooling of the TPU injection molding part.

  • Barrel temperature – the selection of barrel temperature is related to the hardness of TPU material. The melting temperature of TPU with high hardness is high, and the highest temperature at the end of the barrel is also high. The temperature range of the barrel used for processing TPU is 177 ~ 232 ℃. The temperature distribution of the barrel is generally from one side (rear end) of the hopper to the nozzle (front end), gradually increasing, so as to make the TPU temperature rise steadily and achieve the purpose of uniform plasticization.
  • Nozzle temperature – the nozzle temperature is usually slightly lower than the maximum temperature of the barrel to prevent the possible salivation of molten material in the straight-through the nozzle. If the self-locking nozzle is used to prevent salivation, the nozzle temperature can also be controlled within the maximum temperature range of the barrel.
  • Mold temperature – mold temperature has a great influence on the internal performance and apparent quality of TPU products. It depends on the crystallinity of TPU and the size of products. Mold temperature is usually controlled by constant temperature cooling medium such as machine water.
    TPU has high hardness, high crystallinity, and high mold temperature. For example, Texin, hardness 480A, mold temperature 20-30 ℃; hardness 591A, mold temperature 30-50 ℃; hardness 355d, mold temperature 40-65 ℃. The mold temperature of TPU products is generally 10-60 ℃. Mold temperature is low, melting material is frozen too early and streamline is produced, which is not conducive to the growth of spherulites, so that the crystalline of products is low, and late crystallization process will occur, which will cause post shrinkage and performance change of products.
  • Pressure – the injection process is pressure including plasticizing pressure (back pressure) and injection pressure. When the screw retreats, the pressure on the top of the melt is the backpressure, which is regulated by the overflow valve. Increasing the back pressure will increase the melt temperature, reduce the plasticizing speed, make the melt temperature uniform and the color mixture uniform, and discharge the melt gas, but will extend the molding cycle. The backpressure of TPU is usually 0. 3 ~ 4MPa. Injection pressure is the pressure exerted on TPU by the top of the screw. Its function is to overcome the flow resistance of TPU from the barrel to the cavity, to fill the mold with molten material, and to compact the molten material.
    The flow resistance and filling rate of TPU are closely related to the melt viscosity, while the melt viscosity is directly related to TPU hardness and melt temperature, that is, the melt viscosity is not only determined by temperature and pressure, but also by TPU hardness and deformation rate. The higher the shear rate is, the lower the viscosity is; the higher the hardness of TPU is, the higher the viscosity is.
    Relationship between viscosity and shear rate of resin with different hardness (240℃). At the same shear rate, the viscosity decreases with the increase of temperature, but at the high shear rate, the viscosity is not affected as much by temperature as at a low shear rate. The injection pressure of TPU is generally 20 ~ 110MPa. The holding pressure is about half of the injection pressure, and the backpressure should be 1. Below 4MPa to make TPU plasticized evenly.
  • Cycle time – the cycle time required to complete an injection process is called the molding cycle time. Cycle time includes filling time, holding time, cooling time and other times (opening, demoulding, closing, etc.), which directly affects labor productivity and equipment utilization. The forming cycle of TPU is usually determined by hardness, thickness, and configuration. The high hardness cycle of TPU is short, the thick cycle of the plastic part is long, the complex cycle of plastic part configuration is long, and the forming cycle is also related to mold temperature. The TPU molding cycle is generally between 20-60s.
  • سرعة الحقن – the injection speed mainly depends on the configuration of TPU injection molding products. Products with thick end face need lower injection speed, while products with thin end face need faster injection speed.
  • Screw speed – The processing of TPU injection molding products usually requires a low shear rate, so a lower screw speed is appropriate. The screw speed of TPU is generally 20-80r / min, so it is preferred to be 20-40r / min.

(2) Shutdown treatment

As TPU (Thermoplastic polyurethane) may degrade in extended time under high temperature, PS, PE, acrylate plastic or ABS should be used for cleaning after shutdown; if the shutdown lasts for more than 1 hour, heating should be turned off.

TPU plastic Injection molding

TPU plastic molding

(3) Post-treatment of products

Due to the uneven plasticization of TPU in the barrel or the different cooling rates in the die cavity, it often produces uneven crystallization, orientation, and contraction, which leads to the existence of internal stress in products, which is more prominent in thick-walled products or products with metal inserts. The mechanical properties of products with internal stress are often reduced, and the surface of products is craze or even deformed and cracked. The way to solve these problems in production is to anneal the products.

The annealing temperature depends on the hardness of TPU injection molding products. Products with high hardness have higher annealing temperatures and lower hardness temperatures. Too high temperatures may cause warpage or deformation of products, and too low temperatures cannot eliminate internal stress. TPU should be annealed at low temperature for a long time, and the products with lower hardness can be placed at room temperature for several weeks to achieve the best performance. The hardness can be annealed 80 ℃× 20h under shore A85, and 100 ℃× 20h above A85. Annealing can be carried out in the hot air oven, pay attention to the position not to locally overheat and deform the products.

Annealing can not only eliminate internal stress but also improve the mechanical properties. Because TPU is a two-phase form, phase mixing occurs during TPU hot working. When the TPU injection molding product is cooled rapidly, due to its high viscosity and slow phase separation, it must have enough time to separate and form a micro area, so as to obtain the best performance.

(4) Inlaid injection molding

In order to meet the needs of assembly and service strength, TPU injection molding parts need to be embedded with metal inserts. The metal insert is first placed in a predetermined position in the mold and then injected into a whole product. Because of the great difference of thermal properties and shrinkage between the metal insert and TPU, the TPU products with insert are not firmly bonded.

The solution is to preheat the metal insert because the temperature difference of the melt is reduced after preheating so that the melt around the insert can be cooled slowly and the shrinkage is relatively uniform during the injection process, and a certain amount of hot material feeding effect can occur to prevent excessive internal stress around the insert.

TPU is easy to inlay and the shape of inlay is not limited. Only after the inlay is degreased, it is heated at 200-230 ℃ for 1. The peel strength can reach 6-9kg / 25mm in 5-2min. In order to obtain a stronger bonding, the insert can be coated with adhesive, then heated at 120 ℃, and then injected. In addition, it should be noted that the TPU used should not contain lubricants.

(5) Recycling of recycled materials

In the process of TPU injection molding processing, wastes such as the main flow channel, shunt channel and unqualified products can be recycled. According to the experimental results, 100% recycled material can be fully utilized without adding new material, and the mechanical properties are not seriously reduced.

However, in order to keep the physical and mechanical properties and injection conditions at the best level, it is recommended that the proportion of recycled material be 25% ~ 30%. It should be noted that the type and specification of recycled materials and new materials should be the same.

The polluted or annealed recycled materials should not be used. The recycled materials should not be stored for too long. It is better to granulate and dry them immediately. Generally, the melt viscosity of recycled materials should be reduced and the forming conditions should be adjusted.

Check more صب حقن TPU information or to contact us.