TPU的特性和注塑

TPU的基本特性和特殊品级1〃基本特性：TPU是分子中含有-NH-COO-基团的材料，长链的二元醇和异氰酸酯成分构成了软段，短键的二元醇和异氰酸酯成分构成了硬段，TPU很多特性取决于长链二元醇的种类，其硬度用硬段做比例来调节，它的光老化性可加光稳定剂来加以改善，同时也取决于异氰酸酯是芳香族还是脂肪族。

它不同于其他热塑性弹性的优异性能如下：（1）优异的耐磨性能、它的Taber磨耗值为0.5-0.35mg，是塑料中最小的，若加入MoS2、硅油石墨等可降低摩擦系数，提高耐磨程度。

（2）拉伸强度和伸长率：TPU的拉伸强度是天然橡胶和合成橡胶的2-3倍，聚酯型的TPU拉伸强度近60MPa，伸长率近410%，聚醚型TPU的拉伸强度为50MPa，伸长率为>30%。

（3）耐油、耐汽油性能：TPU的耐油性能优于丁腈橡胶，具有极好的耐油寿命。

（4）耐低温性、耐候性、耐臭氧性能TPU的耐气候老化性能优于天然橡胶和其他合成橡胶。

它的耐臭氧，耐射线的特点在航天工业有特殊的用途。

（5）医疗卫生性TPU具有生物相容性和抗血凝性，医用TPU应用越来越广泛，如人造心脏、人工肾、输血管、血浆袋、输尿管、外科技术用固定材料等。

（6）硬度范围TPU硬段的为邵氏A10-邵氏D80，而普通的橡胶硬度范围一般在邵氏A60~100，TPU在邵氏硬度A15以下的所有弹性体，都有相似的压缩变形特性。

在邵氏硬度A85到85以上时TPU仍保持弹性。

这是其他弹性体所没有的特性。

所以TPU具有高负载支撑能力和良好的吸振效应。

2〃特殊品级：（1）美国BF Goodrich公司生产的TPU（商品名ESTANE®）（2）德国Bayer公司TPU品级（商品名Desmopan）（3）日本“ミラヮラソ株式会社的TPU品级（Miractran. 品级）该品级由于二元醇羟基的当量和异氰酸酯当量的比率不同，分为E型和P型两系列。

E型由于过剩的异氰酸酯形成一部分多联结构，因此具有优异机械强度、压缩永久变形、永久伸展率。

P型由于两组分比例相等，而成线型结构，它的粘度对温度的依存性小，流动性好，而有好的加工性能，且易溶剂。

最近该公司又开发了对于人体防静电的电子部件；衣料及住房的快适应性透湿材料；对医疗和食品等有安全要求的抗菌性材料；鞋底用耐磨耗材料等，尤其是消光材料；发泡材料；蓄光材料；抗血栓性导尿管用等新功能材料。

成型加工技术1、TPU代表性的成型加工方法是挤出成型和注射成型。

这些成型方法需注意以下几点：（1）由于TPU吸湿性强，加工前必须充分干燥；]（2）由于粘度对温度的依存性较慢，要提高温度控制精度；（3）要从材料的特性考虑螺杆的结构和长径比（如：压缩比、螺槽深度、L/D 等）；（4）根据材料的流动性考虑模具结构（不会引起滞留的喷咀、流道、浇口等）；（5）成型机的功率设定要稍大点（是通用树脂的1.5~2倍）；（6）成型生退火处理，恢复原有特性（尤其是未完全塑化的材料）。

2、成型加工技术及应用TPU的加工与通用塑料及其他热塑性弹性体（TPE）相比，难点并不少，然而最近由于成型机及加工技术的改进，已可采用多样的成型法以制得各类制品。

（1）管材，薄膜，片材领域：TPU管材，由于具有柔软，良好的抗拉伸强度，冲击强度，耐高低温性，管内充1.5MPa而不膨胀。

爆破压力可“达2-5MPa及良好的耐油性，为此是气管和油管的理想材料，广泛用作飞机、坦克、汽车、摩托车、机床等的输气、输油软管。

TPU管材主要用挤出成型加工。

但由于TPU易吸水而降低制品的强度，因此在加工前原料应于100~120℃下干燥4小时、使TPU中水份含量在0.05%以下，挤出时要注意温度的调整，在纯TPU中添加1-4PHR的润滑剂有助于料流的稳定挤出，有利于管材表面光洁度的提高。

Desmopan的786、385、392品级，ESTANE的58311、58092、58409等品级均可用于挤出管材。

本所有99年开始开展了TPU软管性能如表5。

注：①采用鞋底的耐久性试验法、原理是以DIN磨耗试验为标准本所研制的φ2/4mm、φ4/6mmTPU软管、已成功地用于自动电梯输油管，φ3.5/4.5mmTPU软管已用于飞机另部件，φ3.5/4.5mm、φ3.5/6.2mmTPU软管已用于汽车另部件、目前本所已能生产不同规格的TPU软管，将替代进口产品进一步，拓展应用领域。

TPU薄膜和片材由于具有强韧、薄壁化、独特的手感及良好的环保性等而有较大的应用领域。

该制品采用T型挤出法，吹塑成型法及压延成型等方法、成型时必须选择适合于各成型法的合适品级。

Miractran品级中的标准品级如E100、E300 ESTANE的58206、58887、58315品级都能使用T型挤出成型，能生产出几十um的薄膜。

吹塑成型法可用Miractran品级中的E885PFAA和E390PFAA品级，ESTANE 的58277、58409、58630、58315能生产出不粘的、柔软的、非常薄且润幅的薄膜。

压延成型法可用Miractran品级中的E585MSOH、E660MSOH、E380MSNT 品级、硬度从60A到95A都能加工。

（2）热熔薄膜、涂层领域：该领域的用途是利用TUP的粘接性、伸缩性及良好的表观特性，它不仅简单地作为粘接材料，而且还广泛应用作为T恤衫等服装图案热转印拷贝用薄膜，这些薄膜可用T型挤压法和吹塑成型法生产。

厚度为10μm左右可用Miractran 品级中的不变黄型和热熔型品级。

近来用同样原料制成“无纺布”，控制在25~100g/m2，此“无纺布”除了有上述特性外还因具有空隙结构而有透湿机能，作为新颖的衣料而引人注目。

另外球状的粉末热熔材料，还可用于汽车部件的涂装领域。

（3）低压缩永久变形，耐热变形性领域：表3的Miractran低压缩永久变形/耐热型H品级是在原来的基础上进行了大的改造。

这主要是通过材料的配备技术、加工技术、适当的退火处理而成。

主要应用于工业受压受热部件。

（4）电子束交联领域：在有耐热性、耐药品性、耐摩擦性等较高要求的领域，标准品级的TPU不能满足其性能要求，改进的方法是用电子来进行交联，在表面形成交联层这样可满足上述要求，可制成垫圈、膜片、护套、软管等。

总之TPU汽车、工业部件、软管、垫圈、密封件、电线电缆、医用等方面得到了广泛的应用。

TPU模塑成型工艺有多种方法：包括有注塑、吹塑、压缩成型、挤出成型等，其中以注塑最为常用。

注塑的功能是将TPU加工成所要求的制件，分成预塑、注射和机出三个阶段的不连续过程。

注射击机分柱塞式和螺杆式两种，推荐使用螺杆式注射机，因为它有提供均匀的速度、塑化和熔融。

1、注射机的设计注射机料筒衬以铜铝合金，螺杆镀铬防止磨损。

螺杆长径比L/D=16~20为好，至少15；压缩比2.5/1~3.0/1。

给料段长度0.5L，压缩段0.3L，计量段0.2L。

应将止逆环装在靠近螺杆顶端的地方，防止反流并保持最大压力。

加工TPU宜用自流喷嘴，出口为倒锥形，喷嘴口径4mm以上，小于主流道套环入口0.68mm，喷嘴应装有可控加热带以防止材料凝固。

从经济角度考虑，注射量应为额定量的40%~80%。

螺杆转速20~50r/min。

2、模具设计模具设计就注意以下几点：（1）模塑TPU制件的收缩率收缩受原料的硬度、制件的厚度、形状、成型温度和模具温度等模塑条件的影响。

通常收缩率范围为0.005~0.020cm/cm。

例如，100×10×2mm的长方形试片，在长度方向浇口，流动方向上收缩，硬度75A比60D大2～3倍。

TPU硬度、制作厚度对收缩率的影响见图1。

可见TPU硬度在78A～90A之间时，制件收缩率随厚度增加而下降；硬度在95A～74D时制件收缩率随厚度增加而略有增加。

（2）流道和冷料穴主流道是模具中连接注射机喷嘴至分流道或型腔的一段通道，直径应向内扩大，呈2o以上的角度，以便于流道赘物脱模。

分流道是多槽模中连接主流道和各个型腔的通道，在塑模上的排列应呈对称和等距分布。

流道可为圆形、半圆形、长方形，直径以6~9mm为宜。

流道表面必须像模腔一样抛光，以减少流动阻力，并提供较快的充模速度。

冷料穴是设在主流道末端的一个空穴，用以捕集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料，从而防止分流道或浇口堵塞。

冷料混入型腔，制品容易产生内应力。

冷料穴直径8~10mm，深度约6mm。

（3）浇口和排气口浇口是接通主流道或分流道与型腔的通道。

其截面积通常小于流道，是流道系统中最小的部分，长度宜短。

浇口形状为矩形或圆形，尺寸随制品厚度增中，制品厚度4mm以下，直径1mm；厚度4~8mm，直径1.4mm；厚度8mm以上，直径为2.0~2.7mm。

浇口位置一般选在制品最厚的而又不影响外观和使用的地方，与模具壁成直角，以防止缩孔，避免旋纹。

排气品是在模具中开设的一种槽形出气口，用以防止进入模具的熔料卷入气体，将型腔的气体排出模具。

否则将会使制品带有气孔、熔接不良、充模不满，甚至因空气受压缩产生高温而将制品烧伤，制件产生内应力等。

排气口可设在型腔内熔料流动的尽头或在塑模分型面上，为0.15mm深、6mm宽的浇槽。

必须注意模具温度尽量控制均匀，以免制件翘曲和扭变3 模塑条件TPU最重要的模塑条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力和时间。

这些参数将影响TPU制件的外观和性能。

良好的加工条件应能获得均匀的白色至米色的制件。

（1）温度模塑TPU过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。

前两种温度主要影响TPU的塑化和流动，后一种温度影响TPU的流动和冷却。

a〃料筒温度料筒温度的选择与TPU的硬度有关。

硬度高的TPU熔融温度高，料筒末端的最高温度亦高。

加工TPU所用料筒温度范围是177~232℃。

料筒温度的分布一般是从料斗一侧（后端）至喷嘴（前端）止，逐渐升高，以使TPU温度平稳地上升达到均匀塑化的目的。

b．喷嘴温度喷嘴温度通常略低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴可能发生的流涎现象。

如果为杜绝流涎而采用自锁式的喷嘴，则喷嘴温度亦可控制在料筒的最高温度范围内。

c．模具温度模具温度对TPU制品内在性能和表观质量影响很大。

它的高低决定于TPU的结晶性和制品的尺寸等许多因素。

模具温度通常通过恒温的冷却介质如水来控制，TPU硬度高，结晶度高，模具温度亦高。

例如Texin，硬度480A，模具温度20～30℃；硬度591A，模具温度30～50℃；硬度355D，模具温度40～65℃。

TPU制品模具温度一般在10～60℃。

模具温度低，熔料过早冻结而产生流线，并且不利于球晶的增长，使制品结晶度低，会出现后期结晶过程，从而引起制品的后收缩和性能的变化。

b．压力注塑过程是压力包括塑化压力（背压）和注射压力。