Moldeo por inyección de TPU

¿Qué es el moldeo por inyección de TPU?

Moldeo por inyección de TPU Se refiere al proceso de inyección de poliuretano termoplástico (TPU) en un molde para producir un producto terminado. El TPU es un tipo de material que exhibe las propiedades tanto de los termoplásticos como de los elastómeros. A menudo se utiliza para producir productos que requieren flexibilidad, durabilidad y resistencia a la abrasión.

El moldeo por inyección de TPU es un proceso versátil que se puede utilizar para producir una amplia variedad de productos, como calzado, piezas industriales, dispositivos médicos y más. Ofrece muchas ventajas con respecto a los métodos de fabricación tradicionales, como menores costes, tiempos de producción más rápidos y mayor flexibilidad de diseño. Los materiales de TPU también son reciclables, lo que los convierte en una opción más sostenible para los fabricantes.

Moldeo por inyección de TPU (poliuretano termoplástico) El proceso tiene muchos métodos, incluidos el moldeo por inyección, el moldeo por soplado, el moldeo por compresión, el moldeo por extrusión, etc., entre los cuales el moldeo por inyección es el más comúnmente utilizado. Utilice el proceso de moldeo por inyección para moldear el TPU en los materiales requeridos. Moldeo por inyección de TPU Las piezas se dividen en tres etapas: preplastificación, inyección y expulsión. La máquina de inyección se divide en tipo émbolo y tipo tornillo. La máquina de inyección tipo tornillo se recomienda porque proporciona una velocidad, plastificación y fusión uniformes.

1. Diseño de la máquina de inyección.

El cañón de la máquina de inyección está revestido con aleación de cobre y aluminio, y el tornillo está cromado para evitar el desgaste. La relación de diámetro de longitud del tornillo L / D = 16 ~ 20 es mejor, al menos 15; la relación de compresión es de 2,5/1 ~ 3,0/1. La longitud de la sección de alimentación es de 0,5 L, la sección de compresión es de 0,3 L y la sección de dosificación es de 0,2 L. El anillo de retención se instalará cerca de la parte superior del tornillo para evitar el reflujo y mantener la presión máxima.

El TPU debe procesarse con una boquilla de flujo automático, la salida es un cono invertido, el diámetro de la boquilla es más de 4 mm, menos de 0,68 mm de la entrada del collar del canal principal y la boquilla debe estar equipada con una correa de calentamiento controlable para evitar la solidificación del material.

Desde un punto de vista económico, el volumen de inyección debe ser de 40% – 80% de la cantidad cuantitativa. La velocidad del tornillo es de 20-50 R/min.

2. Diseño de moldes para moldeo por inyección de TPU

El diseño del molde debe prestar atención a los siguientes puntos al moldear con Moldeo por inyección de material de TPU:

(1) contracción de las piezas moldeadas de TPU

La contracción se ve afectada por la dureza de las materias primas, el espesor, la forma, la temperatura de moldeo, la temperatura del molde y otras condiciones de moldeo. Generalmente, el rango de contracción es de 0,005-0,020 cm/cm. Por ejemplo, una pieza de prueba rectangular de 100 x 10 × 2 mm se encoge en la dirección de la longitud de la compuerta y la dirección del flujo, y la dureza de 75A es 2-3 veces mayor que la de 60 grados Shore. El efecto de la dureza y el espesor del TPU en la contracción se muestra en la Figura 1. Se puede ver que cuando la dureza del TPU está entre 78a y 90a, la contracción disminuye con el aumento del espesor; cuando la dureza está entre 95A y 74d, la contracción aumenta ligeramente con el aumento del espesor.

(2) Corredor y pozo de ranura fría

El canal principal es una sección del canal que conecta la boquilla del inyector al canal de derivación o cavidad en el molde. El diámetro debe expandirse hacia adentro, con un ángulo de más de 2 grados, para facilitar la eliminación de las vegetaciones del canal de flujo. El canal de derivación es el canal que conecta el canal principal y cada cavidad en el molde de ranuras múltiples, y su disposición en el molde debe ser simétrica y equidistante. El canal de flujo puede ser circular, semicircular y rectangular, con un diámetro de 6-9 mm. La superficie del canal debe pulirse como la cavidad para reducir la resistencia al flujo y proporcionar una velocidad de llenado más rápida.

Un pozo frío es un lugar vacío (canal de extensión adicional) al final del canal principal, que se utiliza para atrapar el material frío producido entre las dos inyecciones en el extremo de la boquilla, a fin de evitar que el canal de desviación o la compuerta se bloqueen con material frío. Cuando el material frío se mezcla en la cavidad del molde, es fácil que se produzca tensión interna en el producto. El diámetro del orificio de material frío es de 8 a 10 mm y el tamaño es de aproximadamente 6 mm de largo.

(3) compuerta y ventilación

La compuerta es el canal que conecta el canal de flujo principal o el canal de derivación y la cavidad. Su área de sección transversal suele ser menor que el paso del canal, que es la parte más pequeña del sistema de canales, y su longitud debe ser corta. La forma de la compuerta es rectangular o circular y el tamaño aumenta con el espesor del producto.

El espesor del producto es inferior a 4 mm, con un diámetro de 1 mm; el espesor de la compuerta es de 4-8 mm, con un diámetro de 1,4 mm; el espesor de la compuerta es superior a 8 mm, con un diámetro de 2,0-2,7 mm. La posición de la compuerta se selecciona generalmente en la parte más gruesa del producto, lo que no afecta la apariencia y el uso, y está en ángulo recto con el molde, para evitar la contracción y evitar el patrón en espiral.

La ranura de escape o ventilación es un tipo de salida de aire tipo ranura abierta en el molde, que se utiliza para evitar que el material fundido ingrese al molde y se involucre con el gas y para descargar el gas de la cavidad del molde.

De lo contrario, los productos tendrán agujeros de aire, mala fusión, llenado insuficiente o trampa de aire e incluso se quemarán los productos debido a las altas temperaturas causadas por la compresión del aire, lo que genera tensión interna en los productos. El puerto de escape se puede colocar al final del flujo de masa fundida en la cavidad del molde o en la línea de separación de la molde de plástico, que es una ranura de vertido de 0,15 mm de profundidad y 6 mm de ancho.

Es necesario controlar la temperatura del molde de TPU de la manera más uniforme posible para evitar deformaciones y torsiones de las piezas. A continuación, se muestran algunos productos de moldeo por inyección de TPU que hemos fabricado anteriormente. Si tiene algún requisito sobre productos de moldeo por inyección de TPU o TPE, no dude en ponerse en contacto con nosotros.

3 Condiciones de moldeo

La condición de moldeo más importante de TPU (Poliuretano termoplástico) La temperatura, la presión y el tiempo son los que afectan el flujo y el enfriamiento de la plastificación. Estos parámetros afectarán la apariencia y el rendimiento de las piezas moldeadas por inyección de TPU. Unas buenas condiciones de procesamiento deberían permitir obtener piezas de un color blanco a beige uniforme.

(1) Temperatura

La temperatura que se debe controlar en el proceso de moldeo por inyección de plástico TPU incluye la temperatura del cilindro, la temperatura de la boquilla y la temperatura del molde. Las dos primeras temperaturas afectan principalmente a la plastificación y el flujo del TPU, y la segunda afecta al flujo y enfriamiento de la pieza de moldeo por inyección de TPU.

• Temperatura del barril – La selección de la temperatura del barril está relacionada con la dureza del material de TPU. La temperatura de fusión del TPU con alta dureza es alta, y la temperatura más alta al final del barril también es alta. El rango de temperatura del barril utilizado para procesar TPU es de 177 ~ 232 ℃. La distribución de temperatura del barril es generalmente desde un lado (extremo trasero) de la tolva hasta la boquilla (extremo delantero), aumentando gradualmente, para hacer que la temperatura del TPU aumente de manera constante y lograr el propósito de plastificación uniforme.
• Temperatura de la boquilla – La temperatura de la boquilla suele ser ligeramente inferior a la temperatura máxima del cañón para evitar la posible salivación del material fundido en el interior de la boquilla. Si se utiliza la boquilla autoblocante para evitar la salivación, la temperatura de la boquilla también se puede controlar dentro del rango de temperatura máxima del cañón.
• Temperatura del molde – La temperatura del molde tiene una gran influencia en el rendimiento interno y la calidad aparente de los productos de TPU. Depende de la cristalinidad del TPU y del tamaño de los productos. La temperatura del molde suele controlarse mediante un medio de refrigeración a temperatura constante, como el agua de la máquina.
  El TPU tiene una alta dureza, alta cristalinidad y alta temperatura de moldeo. Por ejemplo, Texin, dureza 480A, temperatura de moldeo 20-30 ℃; dureza 591A, temperatura de moldeo 30-50 ℃; dureza 355d, temperatura de moldeo 40-65 ℃. La temperatura de moldeo de los productos de TPU es generalmente de 10-60 ℃. La temperatura de moldeo es baja, el material de fusión se congela demasiado pronto y se produce una línea aerodinámica, lo que no es propicio para el crecimiento de esferulitas, por lo que la cristalinidad de los productos es baja y se producirá un proceso de cristalización tardía, lo que provocará una contracción posterior y un cambio en el rendimiento de los productos.
• Presión – la El proceso de inyección es presión que incluye la presión de plastificación (contrapresión) y la presión de inyección. Cuando el tornillo retrocede, la presión en la parte superior de la masa fundida es la contrapresión, que se regula mediante la válvula de sobrepresión. El aumento de la contrapresión aumentará la temperatura de la masa fundida, reducirá la velocidad de plastificación, hará que la temperatura de la masa fundida y la mezcla de colores sean uniformes y descargará el gas de la masa fundida, pero extenderá el ciclo de moldeo. La contrapresión del TPU suele ser de 0,3 a 4 MPa. La presión de inyección es la presión ejercida sobre el TPU por la parte superior del tornillo. Su función es superar la resistencia al flujo del TPU desde el barril hasta la cavidad, llenar el molde con material fundido y compactar el material fundido.
  La resistencia al flujo y la tasa de llenado del TPU están estrechamente relacionadas con la viscosidad de la masa fundida, mientras que la viscosidad de la masa fundida está directamente relacionada con la dureza del TPU y la temperatura de la masa fundida, es decir, la viscosidad de la masa fundida no solo está determinada por la temperatura y la presión, sino también por la dureza del TPU y la tasa de deformación. Cuanto mayor sea la tasa de cizallamiento, menor será la viscosidad; cuanto mayor sea la dureza del TPU, mayor será la viscosidad.
  Relación entre la viscosidad y la velocidad de corte de resinas con diferente dureza (240℃). A la misma velocidad de corte, la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura, pero a una velocidad de corte alta, la viscosidad no se ve afectada tanto por la temperatura como a una velocidad de corte baja. La presión de inyección de TPU es generalmente de 20 ~ 110MPa. La presión de retención es aproximadamente la mitad de la presión de inyección y la contrapresión debe ser 1. Por debajo de 4MPa para que el TPU se plastifique de manera uniforme.
• Tiempo de ciclo – el tiempo de ciclo necesario para completar un proceso de inyección se denomina tiempo de ciclo de moldeo. El tiempo de ciclo incluye el tiempo de llenado, el tiempo de retención, el tiempo de enfriamiento y otros tiempos (apertura, desmoldeo, cierre, etc.), que afectan directamente a la productividad laboral y a la utilización del equipo. El ciclo de formación del TPU suele estar determinado por la dureza, el espesor y la configuración. El ciclo de alta dureza del TPU es corto, el ciclo grueso de la pieza de plástico es largo, el ciclo complejo de la configuración de la pieza de plástico es largo y el ciclo de formación también está relacionado con la temperatura del molde. El ciclo de moldeo del TPU suele estar entre 20 y 60 s.
• Velocidad de inyección – La velocidad de inyección depende principalmente de la configuración de los productos de moldeo por inyección de TPU. Los productos con una cara final gruesa necesitan una velocidad de inyección menor, mientras que los productos con una cara final delgada necesitan una velocidad de inyección mayor.
• Velocidad del tornillo – El procesamiento de productos de moldeo por inyección de TPU generalmente requiere una velocidad de corte baja, por lo que es adecuada una velocidad de tornillo más baja. La velocidad del tornillo de TPU generalmente es de 20 a 80 r/min, por lo que se prefiere que sea de 20 a 40 r/min.

(2) Tratamiento de parada

Como TPU (Poliuretano termoplástico) puede degradarse con el tiempo bajo altas temperaturas, se debe utilizar PS, PE, plástico de acrilato o ABS para limpiar después del apagado; si el apagado dura más de 1 hora, se debe apagar la calefacción.

(3) Postratamiento de productos

Debido a la plastificación desigual del TPU en el cilindro o a las diferentes velocidades de enfriamiento en la cavidad del molde, a menudo se produce una cristalización, orientación y contracción desiguales, lo que conduce a la existencia de tensión interna en los productos, que es más prominente en productos de paredes gruesas o productos con insertos metálicos. Las propiedades mecánicas de los productos con tensión interna a menudo se reducen y la superficie de los productos se agrieta o incluso se deforma y agrieta. La forma de resolver estos problemas en la producción es recocer los productos.

La temperatura de recocido depende de la dureza de los productos de moldeo por inyección de TPU. Los productos con alta dureza tienen temperaturas de recocido más altas y temperaturas de dureza más bajas. Las temperaturas demasiado altas pueden causar deformaciones o alabeos en los productos, y las temperaturas demasiado bajas no pueden eliminar la tensión interna. El TPU debe recocerse a baja temperatura durante mucho tiempo, y los productos con menor dureza pueden colocarse a temperatura ambiente durante varias semanas para lograr el mejor rendimiento. La dureza se puede recocer a 80 ℃ × 20 h bajo la norma Shore A85 y a 100 ℃ × 20 h por encima de la norma A85. El recocido se puede realizar en el horno de aire caliente, prestando atención a la posición para no sobrecalentar localmente y deformar los productos.

El recocido no solo puede eliminar la tensión interna, sino que también mejora las propiedades mecánicas. Debido a que el TPU es una forma de dos fases, la mezcla de fases se produce durante el trabajo en caliente del TPU. Producto de moldeo por inyección de TPU Se enfría rápidamente, debido a su alta viscosidad y lenta separación de fases, debe tener suficiente tiempo para separarse y formar una microárea, a fin de obtener el mejor rendimiento.

(4) Moldeo por inyección con incrustaciones

Para satisfacer las necesidades de resistencia de montaje y servicio, Piezas moldeadas por inyección de TPU Es necesario incorporar insertos metálicos. El inserto metálico se coloca primero en una posición predeterminada en el molde y luego se inyecta en un producto completo. Debido a la gran diferencia de propiedades térmicas y contracción entre el inserto metálico y el TPU, los productos de TPU con inserto no están firmemente unidos.

La solución es precalentar el inserto de metal porque la diferencia de temperatura de la masa fundida se reduce después del precalentamiento, de modo que la masa fundida alrededor del inserto se puede enfriar lentamente y la contracción es relativamente uniforme durante el proceso de inyección, y puede ocurrir una cierta cantidad de efecto de alimentación de material caliente para evitar una tensión interna excesiva alrededor del inserto.

El TPU es fácil de incrustar y la forma de la incrustación no está limitada. Solo después de desengrasar la incrustación, se calienta a 200-230 ℃ durante 1 minuto. La resistencia al desprendimiento puede alcanzar los 6-9 kg / 25 mm en 5-2 minutos. Para obtener una unión más fuerte, el inserto se puede recubrir con adhesivo, luego calentar a 120 ℃ y luego inyectar. Además, se debe tener en cuenta que el TPU utilizado no debe contener lubricantes.

(5) Reciclaje de materiales reciclados

En el proceso de procesamiento de moldeo por inyección de TPU, se pueden reciclar desechos como el canal de flujo principal, el canal de derivación y los productos no calificados. Según los resultados experimentales, el material reciclado 100% se puede utilizar por completo sin agregar material nuevo y las propiedades mecánicas no se reducen gravemente.

Sin embargo, para mantener las propiedades físicas y mecánicas y las condiciones de inyección en el mejor nivel, se recomienda que la proporción de material reciclado sea de 25% ~ 30%. Cabe señalar que el tipo y la especificación de los materiales reciclados y los materiales nuevos deben ser los mismos.

No se deben utilizar materiales reciclados contaminados o recocidos. Los materiales reciclados no se deben almacenar durante demasiado tiempo. Es mejor granularlos y secarlos inmediatamente. En general, se debe reducir la viscosidad de fusión de los materiales reciclados y ajustar las condiciones de conformado.

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