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0.68mm3d打印机制作，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）模塑网络流量测试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黄桃去皮机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。
（移通智能手机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至米的制件。
（1） 温度
实验室用实验台模塑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。螺杆后退时，其顶部熔料所受到的压力即为背压，通过溢流阀来调节。增加背压会提高熔体温度，减低塑化速度，使熔体温度均匀，料混合均匀，并排出熔体气体，但会延长成型周期。TPU的背压通常在0。3～4MPa。
注射压力是螺杆顶部对TPU所施的压力，它的作用是克服TPU从料筒流向型腔的流动阻力，给熔料充模的速率，并对熔料压实。TPU流动阻力和充模速率与熔料粘度密切相关，而熔料粘度又与TPU硬度和熔料温度直接相关，即熔料粘度不仅决定于温度和压力，还决定于TPU硬度和形变速率。剪切速率越高粘度越低；剪切速率不变，TPU硬度越高粘度越大。
在剪切速率不变的条件下，粘度随温度增加而下降，但在高剪切速率下，粘度受温度的影响不像低剪切速率那样大。TPU的注射压力一般为20~110MPa。保压压力大约为注射压力的一半，背压应在1。4MPa以下，以使TPU塑化均匀。
c．时间
完成一次注射过程所需的时间称为成型周期。成型周期包括充模时间、保压时间、冷却时间和其他时间（开模、脱模、闭模等），直接影响劳动生产率和设备利用率。TPU的成型周期通常决定于硬度、制件厚度和构型，TPU硬度高周期短，塑件厚周期长，塑件构型复杂周期长，成型周期还与模具温度有关。TPU成型周期一般在20~60s之间。
d．注射速度
注射速度主要决定于TPU制品的构型。端面厚的制品需要较低的注射速度，端面薄则注射速度较快。
e．螺杆转速
加工TPU制品通常需要低剪切速率，因而以较低的螺杆转速为宜。TPU的螺杆转速一般为20~80r/min，则优选20~40r/min。
（4）停机处理
由于TPU高温下延长时间可能发生降解，故在关机后，应该用PS、PE、丙烯酸酯类塑料或ABS清洗；停机超过1小时，应该关闭加热。
（5）制品后处理
TPU由于在料筒内塑化不均匀或在模腔内冷却速率不同，常会产生不均匀的结晶、取向和收缩，因此致使制品存在内应力，这在厚壁制品或带有金属嵌件的制品中更为突出。存在内应力的制品在贮存和使用中常会发生力学性能下降，表面有银纹甚至变形开裂。生产中解决这些问题的方法是对制品进行退火处理。退火温度视TPU制品的硬度而定，硬度高的制品退火温度亦较高，硬度低温度亦低；温度过高可能使制品发生翘曲或变形，过低达不到消除内应力的目的。TPU的退火宜用低温长时间，硬度较低的制品室温放置数周即可达到最佳性能。硬度在邵尔A85以下退火80℃×20h，A85以上者100℃×20h即可。退火可在热风烘箱中进行，注意放置位置不要局部过热而使制品变形。
退火不仅可以消除内应力，还可提高力学性能。由于TPU是两相形态，TPU热加工期间发生相的混合，在迅速冷却时，由于TPU粘度高，相分离很慢，必须有足够的时间使其分离，形成微区，从而获得最佳性能。
（6）镶嵌注塑
为了满足装配和使用强度的需要，TPU制件内需嵌入金属嵌件。金属嵌件先放入模具内的预定位置，然后注射成一个整体的制品。有嵌件的TPU制品由于金属嵌件与TPU热性能和收缩率差别较大，导致嵌件与TPU粘接不牢。解决的办法是对金属嵌件进行预热处理，因为预热后嵌件减少了熔料的温度差，从而在注射过程中可使嵌件周围的熔料冷却较慢，收缩比较均匀，发生一定的热料补缩作用，防止嵌件周围产生过大的内应力。TPU镶嵌成型比较容易，嵌物形状不受限制，只要在嵌件脱脂后，将其在200～230℃加热处理1。5～2min，剥离强度可达6～9kg/25mm。欲获得更牢的粘接，可在嵌件上涂粘合剂，然后于120℃加热，再行注射。此外，应该注意所用的TPU不能含润滑剂。
（7）回收料的再利用
在TPU加工过程中，主流道、分流道、不合格的制品等废料，可以回收再利用。从实验结果看，100%回收料不掺合新料，力学性能下降也不太严重，完全可以利用，但为保持物理力学性能和注射条件在最佳水平，推荐回收料比例在25%~30%为好。应该注意的是回收料与新料的品种规格最好相同，已污染的或已退火的回收料避免使用，回收料不要贮存太久，
最好马上造粒，干燥使用。回收料的熔融粘度一般要下降，成型条件要进行调整。室外高增益天线
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议