TPU射出成形

TPU射出成形とは

TPU射出成形 とは、熱可塑性ポリウレタン（TPU）を金型に注入して最終製品を製造するプロセスを指す。TPUは、熱可塑性プラスチックとエラストマーの両方の特性を示す材料の一種です。柔軟性、耐久性、耐摩耗性を必要とする製品の製造によく使用される。

TPU射出成形は、靴、工業部品、医療機器など、さまざまな製品の製造に使用できる汎用性の高いプロセスです。TPU射出成形は、従来の製造方法と比べて、低コスト、生産時間の短縮、設計の柔軟性向上など、多くの利点があります。また、TPU素材はリサイクル可能なため、製造業者にとってより持続可能な選択肢となります。

TPU（熱可塑性ポリウレタン）射出成形 射出成形、ブロー成形、圧縮成形、押し出し成形など、さまざまな方法があるが、中でも射出成形が最も一般的に使われている。 TPU射出成形 射出機はプランジャー式とスクリュー式に分けられる。射出機はプランジャー式とスクリュー式に分けられる。スクリュータイプの射出機は、均一な速度、可塑化、および溶融を提供するため、推奨されます。

1.射出成形機の設計

射出成形機のバレルは、以下のもので覆われている。 銅アルミ合金スクリューの長径比L / D = 16 ~ 20は、少なくとも15が良いです。スクリューの長径比L / D = 16 ~ 20が良く、少なくとも15、圧縮比は2.5/1 ~ 3.0/1である。供給部の長さは0.5L、圧縮部は0.3L、計量部は0.2Lである。逆流を防止し、最高圧力を維持するため、スクリューの上部付近にチェックリングを取り付ける。

TPUは自流ノズルで処理されるべきで、出口は逆円錐形であり、ノズルの直径は4mm以上であり、メインチャンネルのカラー入口の0.68mm未満であり、ノズルは材料の凝固を防ぐために制御可能な加熱ベルトを備えるべきである。

経済的な観点から、射出量は定量量の40%～80%とする。スクリュー回転数は20～50R/分です。

2.TPU射出成形の金型設計

で成形する場合、金型設計は以下の点に注意する必要がある。 tpu材料射出成形:

(1) TPU成形品の収縮率

収縮率は、原料の硬さ、厚さ、形状、成形温度、金型温度などの成形条件に影響される。一般に収縮率の範囲は0.005～0.020cm/cmです。例えば、100×10×2mmの長方形のテストピースは、ゲートの長さ方向と流れ方向に収縮し、75Aの硬度は60ショア度の2〜3倍になる。収縮に対するTPUの硬度と厚みの影響を図1に示す。TPUの硬度が78aから90aの場合、収縮率は厚みの増加とともに減少し、硬度が95aから74dの場合、収縮率は厚みの増加とともにわずかに増加することがわかる。

(2) ランナーとコールドスロットウェル

メインランナーとは、インジェクターノズルと金型内のシャントチャンネルやキャビティをつなぐランナーの部分である。流路の植生を除去しやすくするため、直径を内側に広げ、角度を2度以上とする。シャント流路は、多溝金型のメイン流路と各キャビティをつなぐ流路で、金型上の配置は対称で等距離であることが望ましい。流路は円形、半円形、長方形があり、直径は6～9mmである。ランナー表面はキャビティと同様に研磨し、流動抵抗を減らし、充填速度を速くする。

コールドウェルとは、メインランナーの先端にある空所（エクストラエクステンドランナー）のことで、ノズルの先端にある2つの射出の間に発生する冷間材を受け止め、分流ランナーやゲートが冷間材によって閉塞するのを防ぐために使用される。冷間材が金型キャビティに混入すると、製品の内部応力が発生しやすくなる。冷間材の穴の直径は8～10mmで、大きさは長さ6mm程度である。

(3) ゲートと通気口

ゲートは、主流路または分流路とキャビティをつなぐランナーである。ゲートの断面積は通常ランナー通路より小さく、ランナーシステムの最小部分であり、その長さは短いことが望ましい。ゲートの形状は長方形または円形で、製品の厚みに応じて大きくなる。

製品の厚さは4mm以下で直径は1mm、ゲートの厚さは4～8mmで直径は1.4mm、ゲートの厚さは8mm以上で直径は2.0～2.7mm。ゲートの位置は、一般的に製品の最も厚い部分を選び、外観と使用に影響を与えず、金型と直角になるようにし、収縮を防ぎ、渦巻き模様を避ける。

排気口とは、金型に開けられたスロット状の空気排出口のことで、金型内に入った溶融材料がガスに巻き込まれるのを防ぎ、金型キャビティからガスを排出するために使用されます。

そうしないと、製品に空気穴ができたり、融着不良や充填不足、エアトラップが発生したり、さらには空気圧縮による高温で製品が焦げて内部応力が発生したりする。排気口は、金型キャビティ内の溶融流の終端、または金型キャビティのパーティングライン上に設定することができます。 プラスチック金型これは深さ0.15mm、幅6mmの注湯口である。

TPU金型の温度をできるだけ均一に制御して、部品の反りやねじれを避ける必要があります。もしTPUやTPE射出成形製品の要求があれば、ご連絡ください。

3 成形条件

の最も重要な成形条件である。 TPU（熱可塑性ポリウレタン） は、可塑化の流れと冷却に影響する温度、圧力、時間である。これらのパラメータは、TPU射出成形部品の外観と性能に影響する。良好な加工条件は、白からベージュの均一な部品を得ることができるはずである。

(1) 温度

TPUプラスチック射出成形工程で制御すべき温度には、バレル温度、ノズル温度、金型温度がある。最初の2つの温度は主にTPUの可塑化と流動に影響し、2番目の温度はTPU射出成形部品の流動と冷却に影響する。

• バレル温度 - バレル温度の選択は、TPU素材の硬度に関係している。硬度の高いTPUの溶融温度は高く、バレル末端の最高温度も高い。TPUの加工に使用されるバレルの温度範囲は177～232℃です。バレルの温度分布は、一般的にホッパーの片側（後端）からノズル（前端）に向かって徐々に上昇し、TPUの温度を安定的に上昇させ、均一な可塑化の目的を達成する。
• ノズル温度 - ノズル温度は、通常、バレルの最高温度よりわずかに低く設定され、ノズル直通部での溶融材料の唾液化を防止している。唾液分泌を防止するためにセルフロッキングノズルを使用する場合は、ノズル温度もバレルの最高温度範囲内に制御することができる。
• 金型温度 - 金型温度は、TPU製品の内部性能と見かけの品質に大きな影響を与える。金型温度はTPUの結晶化度や製品の大きさによって異なります。金型温度は通常、機械水などの恒温冷却媒体によって制御されます。
  TPUは硬度が高く、結晶化度が高く、金型温度も高い。例えば、Texinは硬度480A、金型温度20～30℃、硬度591A、金型温度30～50℃、硬度355d、金型温度40～65℃である。TPU製品の金型温度は、一般的に10〜60℃である。金型温度が低いと、溶融材料が早く凍結し、流線が発生し、球晶の成長が助長されないため、製品の結晶性が低く、結晶化プロセスが遅くなり、製品の後収縮や性能変化が発生する。
• プレッシャー 射出工程は、可塑化圧力（背圧）と射出圧力を含む圧力である。スクリューが後退するとき、溶融物の上部の圧力は背圧であり、これはオーバーフローバルブによって調整される。背圧を高めると、溶融温度が上昇し、可塑化速度が低下し、溶融温度が均一になり、混合色が均一になり、溶融ガスが排出されるが、成形サイクルが長くなる。TPUの背圧は通常0.3～4MPaである。射出圧力は、スクリューの上部からTPUにかかる圧力です。その機能は、バレルからキャビティへのTPUの流動抵抗を克服し、金型に溶融材料を充填し、溶融材料を圧縮することです。
  TPUの流動抵抗と充填率は溶融粘度と密接な関係があり、溶融粘度はTPUの硬度と溶融温度に直接関係している。つまり、溶融粘度は温度と圧力だけでなく、TPUの硬度と変形率によっても決まる。せん断速度が高いほど粘度は低くなり、TPUの硬度が高いほど粘度は高くなる。
  硬さ（240℃）の異なる樹脂の粘度とせん断速度の関係。同じせん断速度であれば、温度が高くなるにつれて粘度は低下しますが、せん断速度が高くなると、せん断速度が低いときほど粘度は温度の影響を受けなくなります。TPUの射出圧力は一般的に20～110MPaである。保持圧力は射出圧力の約半分であり、背圧は1.4MPa以下であれば、TPUを均一に可塑化できる。
• サイクルタイム - 射出工程を完了するのに必要なサイクルタイムを成形サイクルタイムと呼ぶ。サイクルタイムには、充填時間、保持時間、冷却時間、その他の時間（開型、脱型、閉型など）が含まれ、労働生産性と設備稼働率に直接影響する。TPUの成形サイクルは通常、硬度、厚さ、構成によって決まる。TPUの高硬度サイクルは短く、プラスチック部品の厚みサイクルは長く、プラスチック部品の複雑な構成サイクルは長く、成形サイクルも金型温度に関係する。TPUの成形サイクルは一般的に20～60秒である。
• 射出速度 - 射出速度は主にTPU射出成形製品の構成に依存する。端面が厚い製品は低い射出速度を必要とし、端面が薄い製品は速い射出速度を必要とする。
• スクリュー速度 - TPU射出成形品の加工は、通常、低いせん断速度を必要とするので、スクリュー速度は低い方が適当である。TPUのスクリュー速度は一般的に20-80r / minであるため、20-40r / minであることが好ましい。

(2)シャットダウン処理

として TPU（熱可塑性ポリウレタン） PS、PE、アクリレート樹脂またはABSは、シャットダウン後の洗浄に使用すること。シャットダウンが1時間以上続く場合は、加熱をオフにすること。

(3) 製品の後処理

バレル内でのTPUの不均一な可塑化、あるいはダイキャビティ内での異なる冷却速度のために、しばしば不均一な結晶化、配向、収縮が生じ、製品に内部応力が存在するようになり、これは肉厚の製品や金属インサートがある製品で顕著になる。内部応力が存在する製品の機械的特性はしばしば低下し、製品表面にはクレーズが発生したり、変形やクラックが発生することさえある。このような生産上の問題を解決する方法は、製品をアニールすることである。

アニール温度はTPU射出成形品の硬度に依存する。硬度の高い製品はアニール温度が高く、硬度の低い製品はアニール温度が低い。温度が高すぎると製品の反りや変形の原因となり、低すぎると内部応力を除去できない。TPUは低温で長時間アニールする必要があり、硬度の低い製品は室温で数週間置くことで最高の性能を発揮できる。硬度はショアーA85以下では80℃×20h、A85以上では100℃×20hのアニールが可能です。アニールは熱風オーブンで行うことができますが、局部的に過熱して製品を変形させない位置に注意してください。

アニーリングは内部応力を除去するだけでなく、機械的特性も向上させることができる。TPUは二相であるため、TPUの熱間加工中に相混合が起こる。そのため TPU射出成形品 が急冷されると、粘度が高く相分離が遅いため、最高の性能を得るためには、相分離し微小領域を形成するのに十分な時間が必要である。

(4) インレイ射出成形

組み立てとサービスの強さのニーズに応えるために、 TPU射出成形部品 を金属インサートで埋め込む必要がある。金属インサートはまず金型の所定の位置に配置され、次に製品全体に注入される。金属インサートとTPUの熱特性や収縮率が大きく異なるため、インサート入りのTPU製品はしっかりと接着されない。

その解決策は、金属インサートを予熱することである。予熱後、溶融物の温度差が小さくなるため、インサート周囲の溶融物をゆっくりと冷却することができ、射出プロセス中の収縮が比較的均一になり、インサート周囲の過度の内部応力を防止するために、ある程度の高温材料供給効果を発生させることができるからである。

TPUはインレイ加工が容易で、インレイの形状も限定されない。インレイを脱脂した後、200～230℃で1.剥離強度は5-2分で6-9kg/25mmに達する。より強固な接着を得るために、インサートに接着剤を塗布し、120℃で加熱した後、注入することもできる。さらに、使用されるTPUは潤滑剤を含んでいないことに注意すべきである。

(5) 再生材料のリサイクル

TPU射出成形加工の過程で、主流路、分流路、不適格品などの廃棄物をリサイクルすることができる。実験結果によると、100%リサイクル材料は、新しい材料を追加することなく完全に利用することができ、機械的特性は深刻に低下していない。

しかし、物理的、機械的特性と射出条件を最良のレベルに保つためには、再生材の割合を25%～30%にすることを推奨する。リサイクル材料と新材料の種類と仕様は同じであるべきであることに留意すべきである。

汚染されたリサイクル材やアニールされたリサイクル材は使用しないこと。リサイクル材はあまり長期間保存しないこと。すぐに造粒・乾燥した方がよい。一般的に、リサイクル材料の溶融粘度を下げ、成形条件を調整する必要がある。

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