TPU 사출 성형이란?

TPU 사출 성형 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 금형에 주입하여 완제품을 생산하는 공정을 말합니다. TPU는 열가소성 플라스틱과 엘라스토머의 특성을 모두 나타내는 소재의 일종입니다. 유연성, 내구성, 내마모성이 요구되는 제품을 생산하는 데 자주 사용됩니다.

TPU 사출 성형은 신발, 산업용 부품, 의료 기기 등 다양한 제품을 생산하는 데 사용할 수 있는 다용도 공정입니다. 비용 절감, 생산 시간 단축, 디자인 유연성 향상 등 기존 제조 방식에 비해 많은 이점을 제공합니다. 또한 TPU 소재는 재활용이 가능하기 때문에 제조업체에게 더욱 지속 가능한 옵션이 될 수 있습니다.

TPU(열가소성 폴리우레탄) 사출 성형 공정에는 사출 성형, 블로우 성형, 압축 성형, 압출 성형 등 다양한 방법이 있으며 그중 사출 성형이 가장 일반적으로 사용됩니다. 사출 성형 공정을 사용하여 TPU를 필요한 모양으로 성형합니다. TPU 사출 성형 부품은 가소화 전 단계, 사출 단계, 배출 단계의 3단계로 나뉩니다. 사출기는 플런저 타입과 스크류 타입으로 나뉩니다. 스크류 타입 사출기는 균일한 속도와 가소화, 용융이 가능하기 때문에 추천합니다.

1. 사출기 설계

사출기의 배럴은 다음과 같이 정렬되어 있습니다. 구리-알루미늄 합금나사는 마모를 방지하기 위해 크롬 도금되어 있습니다. 나사 L / D = 16 ~ 20의 길이 직경 비율은 15 이상, 압축 비율은 2.5/1 ~ 3.0/1입니다. 공급 섹션의 길이는 0.5L, 압축 섹션은 0.3L, 계량 섹션은 0.2L입니다. 체크 링은 역류를 방지하고 최대 압력을 유지하기 위해 나사 상단 근처에 설치해야 합니다.

TPU는 자체 흐름 노즐로 처리해야하며 배출구는 역 원뿔이고 노즐 직경은 4mm 이상, 메인 채널 칼라 입구의 0.68mm 미만이며 노즐에는 재료 응고를 방지하기 위해 제어 가능한 가열 벨트가 장착되어 있어야합니다.

경제적 관점에서 볼 때 주입량은 40% - 80%의 정량적 양이어야합니다. 나사 속도는 20-50 R / 분입니다.

2. TPU 사출 성형을 위한 금형 설계

금형 설계는 다음을 사용하여 성형할 때 다음 사항에 주의해야 합니다. TPU 소재 사출 성형:

(1) 성형된 TPU 성형 부품의 수축

수축은 원재료의 경도, 두께, 모양, 성형 온도, 금형 온도 및 기타 성형 조건의 영향을 받습니다. 일반적으로 수축 범위는 0.005-0.020cm/cm입니다. 예를 들어, 100 x 10 × 2mm 직사각형 시험편은 게이트의 길이 방향과 흐름 방향으로 수축하며 75A의 경도는 60 쇼어도보다 2-3 배 더 큽니다. TPU의 경도와 두께가 수축에 미치는 영향은 그림 1에 나와 있습니다. TPU의 경도가 78A에서 90A 사이인 경우 두께가 증가함에 따라 수축이 감소하고, 경도가 95A에서 74d 사이인 경우 두께가 증가함에 따라 수축이 약간 증가하는 것을 볼 수 있습니다.

(2) 러너 및 콜드 슬롯 웰

메인 러너는 인젝터 노즐을 금형의 션트 채널 또는 캐비티에 연결하는 러너의 한 부분입니다. 직경은 유동 채널 식물을 쉽게 제거할 수 있도록 2도 이상의 각도로 안쪽으로 확장되어야 합니다. 션트 채널은 다중 홈 몰드의 메인 채널과 각 캐비티를 연결하는 채널이며, 몰드에서의 배열은 대칭적이고 등거리에 있어야 합니다. 유동 채널은 원형, 반원형 및 직사각형이 될 수 있으며 직경은 6-9mm입니다. 러너 표면은 유동 저항을 줄이고 더 빠른 충전 속도를 제공하기 위해 캐비티와 같이 연마되어야 합니다.

콜드 웰은 메인 러너의 끝에 있는 빈 공간(엑스트라 익스텐드 러너)으로, 노즐 끝의 두 사출 사이에서 발생하는 냉재를 잡아서 전환 러너나 게이트가 냉재로 인해 막히는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 차가운 재료가 금형 캐비티에 혼합되면 제품의 내부 응력이 발생하기 쉽습니다. 차가운 재료 구멍의 직경은 8-10mm이고 크기는 약 6mm입니다.

(3) 게이트 및 통풍구

게이트는 주 흐름 채널 또는 션트 채널과 캐비티를 연결하는 러너입니다. 단면적은 일반적으로 러너 시스템에서 가장 작은 부분인 러너 통로보다 작으며 길이가 짧아야 합니다. 게이트 모양은 직사각형 또는 원형이며 제품의 두께에 따라 크기가 증가합니다.

제품의 두께는 4mm 미만, 직경 1mm; 게이트의 두께는 4-8mm, 직경 1.4mm; 게이트의 두께는 8mm 이상, 직경 2.0-2.7mm입니다. 게이트 위치는 일반적으로 제품의 가장 두꺼운 부분에서 선택되며, 이는 외관과 사용에 영향을 미치지 않으며 수축을 방지하고 나선형 패턴을 피하기 위해 금형과 직각입니다.

배기 또는 환기 슬롯은 금형에 열린 일종의 슬롯형 공기 배출구로, 금형에 유입된 용융 재료가 가스에 섞이는 것을 방지하고 금형 캐비티에서 가스를 배출하는 데 사용됩니다.

그렇지 않으면 제품에 공기 구멍, 융착 불량, 충전 부족 또는 에어 트랩이 발생하고 공기 압축으로 인한 고온으로 인해 제품이 연소되어 제품의 내부 응력이 발생할 수 있습니다. 배기 포트는 금형 캐비티의 용융 흐름이 끝날 때 또는 금형 캐비티의 파팅 라인에 설정할 수 있습니다. 플라스틱 몰드는 깊이 0.15mm, 너비 6mm의 붓는 슬롯입니다.

부품의 뒤틀림과 비틀림을 방지하기 위해 TPU 금형 온도를 가능한 한 균일하게 제어해야하며, 다음은 이전에 만든 일부 TPU 사출 성형 제품입니다. TPU 또는 TPE 사출 성형 제품에 대한 요구 사항이 있으시면 언제든지 저희에게 연락하십시오.

3 성형 조건

가장 중요한 성형 조건은 TPU(열가소성 폴리우레탄) 는 가소화의 흐름과 냉각에 영향을 미치는 온도, 압력 및 시간입니다. 이러한 매개 변수는 TPU 사출 성형 부품의 외관과 성능에 영향을 미칩니다. 좋은 가공 조건은 흰색에서 베이지 색 부품까지 얻을 수 있어야합니다.

(1) 온도

TPU 플라스틱 사출 성형 공정에서 제어해야 할 온도에는 배럴 온도, 노즐 온도 및 금형 온도가 포함됩니다. 처음 두 온도는 주로 TPU의 가소화 및 흐름에 영향을 미치고 두 번째 온도는 TPU 사출 성형 부품의 흐름 및 냉각에 영향을 미칩니다.

• 배럴 온도 - 배럴 온도의 선택은 TPU 소재의 경도와 관련이 있습니다. 경도가 높은 TPU의 용융 온도가 높고 배럴 끝의 최고 온도도 높습니다. TPU 가공에 사용되는 배럴의 온도 범위는 177 ~ 232 ℃입니다. 배럴의 온도 분포는 일반적으로 호퍼의 한쪽 (후면)에서 노즐 (전면)까지 점차적으로 증가하여 TPU 온도가 꾸준히 상승하고 균일 한 가소 화 목적을 달성하기 위해 점차적으로 증가합니다.
• 노즐 온도 - 노즐 온도는 일반적으로 배럴의 최대 온도보다 약간 낮게 설정하여 노즐을 통해 용융된 재료가 스트레이트 스루로 흘러나오는 것을 방지합니다. 자동 잠금 노즐을 사용하여 침출을 방지하는 경우 노즐 온도도 배럴의 최대 온도 범위 내에서 제어할 수 있습니다.
• 금형 온도 - 금형 온도는 TPU 제품의 내부 성능과 외관 품질에 큰 영향을 미칩니다. 이는 TPU의 결정성과 제품의 크기에 따라 달라집니다. 금형 온도는 일반적으로 기계 물과 같은 항온 냉각 매체에 의해 제어됩니다.
  TPU는 경도가 높고 결정성이 높으며 금형 온도가 높습니다. 예를 들어, 텍신, 경도 480A, 금형 온도 20-30 ℃; 경도 591A, 금형 온도 30-50 ℃; 경도 355d, 금형 온도 40-65 ℃. TPU 제품의 금형 온도는 일반적으로 10-60 ℃입니다. 금형 온도가 낮고 용융 재료가 너무 일찍 동결되고 유선형이 생성되어 구상체의 성장에 도움이되지 않아 제품의 결정화가 낮고 결정화 과정이 늦어져 제품의 사후 수축 및 성능 변화가 발생합니다.
• 압력 사출 공정은 가소화 압력(배압)과 사출 압력을 포함한 압력입니다. 스크류가 후퇴할 때 용융물 상단의 압력은 배압이며, 이는 오버플로 밸브에 의해 조절됩니다. 배압을 높이면 용융 온도가 상승하고 가소 화 속도가 감소하며 용융 온도와 색상 혼합물이 균일 해지고 용융 가스가 배출되지만 성형주기가 연장됩니다. TPU의 배압은 일반적으로 0. 3 ~ 4MPa입니다. 사출 압력은 나사 상단에 의해 TPU에 가해지는 압력입니다. 그 기능은 배럴에서 캐비티까지 TPU의 흐름 저항을 극복하고 용융 된 재료로 금형을 채우고 용융 된 재료를 압축하는 것입니다.
  TPU의 유동 저항과 충전 속도는 용융 점도와 밀접한 관련이 있으며 용융 점도는 TPU 경도 및 용융 온도, 즉 용융 점도는 온도와 압력뿐만 아니라 TPU 경도와 변형률에 의해서도 결정됩니다. 전단 속도가 높을수록 점도가 낮아지고, TPU의 경도가 높을수록 점도가 높아집니다.
  경도가 다른 수지(240℃)의 점도와 전단 속도와의 관계. 동일한 전단 속도에서는 온도가 증가함에 따라 점도가 감소하지만, 높은 전단 속도에서는 점도가 낮은 전단 속도만큼 온도에 영향을 받지 않습니다. TPU의 사출 압력은 일반적으로 20 ~ 110MPa입니다. 보압은 사출 압력의 약 절반이며 배압은 1이어야 합니다. 4MPa 미만이어야 TPU가 고르게 가소화됩니다.
• 주기 시간 - 사출 공정을 완료하는 데 필요한 사이클 시간을 성형 사이클 시간이라고 합니다. 사이클 시간에는 충진 시간, 유지 시간, 냉각 시간 및 기타 시간(개방, 탈성형, 폐쇄 등)이 포함되며 이는 노동 생산성 및 장비 활용도에 직접적인 영향을 미칩니다. TPU의 성형 주기는 일반적으로 경도, 두께 및 구성에 따라 결정됩니다. TPU의 고경도 사이클은 짧고 플라스틱 부품의 두꺼운 사이클이 길고 플라스틱 부품 구성의 복잡한 사이클이 길며 성형 사이클은 금형 온도와도 관련이 있습니다. TPU 성형 주기는 일반적으로 20-60초 사이입니다.
• 사출 속도 - 사출 속도는 주로 TPU 사출 성형 제품의 구성에 따라 달라집니다. 끝면이 두꺼운 제품은 사출 속도가 낮아야 하고, 끝면이 얇은 제품은 사출 속도가 빨라야 합니다.
• 나사 속도 - TPU 사출 성형 제품의 가공에는 일반적으로 낮은 전단 속도가 필요하므로 더 낮은 나사 속도가 적절합니다. TPU의 스크류 속도는 일반적으로 20-80r / 분이므로 20-40r / 분이 바람직합니다.

(2) 종료 처리

As TPU(열가소성 폴리우레탄) 고온에서 장시간 사용하면 성능이 저하될 수 있으므로 종료 후 청소할 때는 PS, PE, 아크릴레이트 플라스틱 또는 ABS를 사용해야 하며, 종료가 1시간 이상 지속되면 난방을 꺼야 합니다.

(3) 제품 사후 처리

배럴에서 TPU의 가소화가 고르지 않거나 다이 캐비티의 냉각 속도가 다르기 때문에 종종 고르지 않은 결정화, 방향 및 수축이 발생하여 제품에 내부 응력이 존재하며, 이는 벽이 두꺼운 제품이나 금속 인서트가있는 제품에서 더 두드러집니다. 내부 응력이 있는 제품의 기계적 특성은 종종 감소하고 제품 표면은 열풍 또는 심지어 변형 및 균열이 발생합니다. 생산 과정에서 이러한 문제를 해결하는 방법은 제품을 어닐링하는 것입니다.

어닐링 온도는 TPU 사출 성형 제품의 경도에 따라 달라집니다. 경도가 높은 제품은 어닐링 온도가 높고 경도가 낮은 제품은 어닐링 온도가 낮습니다. 온도가 너무 높으면 제품의 뒤틀림이나 변형이 발생할 수 있으며, 온도가 너무 낮으면 내부 응력을 제거할 수 없습니다. TPU는 저온에서 장시간 어닐링해야하며 경도가 낮은 제품은 최상의 성능을 얻기 위해 몇 주 동안 실온에 보관할 수 있습니다. 경도는 해안 A85에서 80 ℃ × 20 시간, A85 이상에서 100 ℃ × 20 시간 어닐링 할 수 있습니다. 어닐링은 열풍 오븐에서 수행 할 수 있으며 제품이 국부적으로 과열되고 변형되지 않도록 위치에주의하십시오.

어닐링은 내부 응력을 제거할 뿐만 아니라 기계적 특성도 개선할 수 있습니다. TPU는 2상 형태이기 때문에 TPU 열간 가공 시 상 혼합이 발생합니다. 이때 TPU 사출 성형 제품 는 점도가 높고 상 분리가 느리기 때문에 빠르게 냉각되므로 최상의 성능을 얻으려면 분리 및 미세 영역을 형성하는 데 충분한 시간이 있어야 합니다.

(4) 상감 사출 성형

조립 및 서비스 강도에 대한 요구를 충족하기 위해, TPU 사출 성형 부품 금속 인서트를 삽입해야 합니다. 금속 인서트는 먼저 금형의 미리 정해진 위치에 배치한 다음 전체 제품에 주입합니다. 금속 인서트와 TPU 사이의 열적 특성과 수축률의 큰 차이로 인해 인서트가 있는 TPU 제품은 단단히 접착되지 않습니다.

금속 인서트를 예열하는 이유는 예열 후 용융물의 온도차가 줄어들어 인서트 주변의 용융물이 천천히 냉각되고 사출 공정 중 수축이 비교적 균일하며 일정량의 고온 재료 공급 효과가 발생하여 인서트 주변의 과도한 내부 응력을 방지할 수 있기 때문입니다.

TPU는 인레이가 쉽고 인레이의 모양이 제한되지 않습니다. 인레이가 탈지 된 후에야 200-230 ℃에서 1 시간 동안 가열됩니다. 박리 강도는 5-2 분 안에 6-9kg / 25mm에 도달 할 수 있습니다. 더 강한 접착력을 얻기 위해 인서트를 접착제로 코팅 한 다음 120 ℃에서 가열 한 다음 주입 할 수 있습니다. 또한 사용되는 TPU에는 윤활제가 포함되어서는 안된다는 점에 유의해야합니다.

(5) 재활용 재료의 재활용

TPU 사출 성형 공정 과정에서 주 흐름 채널, 션트 채널 및 자격이없는 제품과 같은 폐기물을 재활용 할 수 있습니다. 실험 결과에 따르면 100% 재활용 소재는 새로운 소재를 추가하지 않고도 충분히 활용할 수 있으며 기계적 특성이 심각하게 감소하지 않습니다.

그러나 물리적, 기계적 특성과 사출 조건을 최상의 수준으로 유지하기 위해 재활용 재료의 비율은 25% ~ 30%를 권장합니다. 재활용 재료와 신소재의 종류와 사양은 동일해야 한다는 점에 유의해야 합니다.

오염되었거나 어닐링된 재활용 재료는 사용해서는 안 됩니다. 재활용 재료는 너무 오래 보관해서는 안 됩니다. 즉시 과립화하여 건조하는 것이 좋습니다. 일반적으로 재활용 재료의 용융 점도를 낮추고 성형 조건을 조정해야 합니다.

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