Шприцването на TPU не е твърдо пластмасово формоване с по-мека смола. Термопластичният полиуретан се топи и тече като термопласт, но е чувствителен на срязване, абсорбира влага от въздуха и се отделя от инструмент с еластичност, която променя начина, по който трябва да се изгради матрицата. Набор от параметри, копиран от ABS или полипропиленов проект, обикновено ще доведе до производството на части - и след това ще доведе до разпръскване, потъване, залепване или компресионна деформация, която никога не достига стойността от информационния лист.
Това ръководство следва решенията в реда, в който проектът ги взема: какъв е материалът и защо се държи по начина, по който се държи, етап по етап на процеса, параметрите, които определят качеството на детайлите, дизайна на детайлите и матриците, избора на клас, приложенията, сравненията с други материали и процеси и диагностиката на дефекти. Написано е за разработчици на продукти, инженери-конструктори и екипи по снабдяване, които трябва да преминат от чертеж към валидиран детайл.
Фигурите по-долу са извлечени от публикувани препоръки за обработка на TPU и са отправни точки, а не настройки. Информационните листове за класове, състоянието на машината и геометрията на инструмента променят диапазона, така че всяко число трябва да бъде потвърдено в пробно формоване на действителната машина, инструмент и клас, преди да бъде записано в технологичен лист. Това ръководство се поддържа и обновява с развитието на насоките за обработка.
Какво е ТПУ Инжекционно формоване и защо се държи различно
Термопластичният полиуретан е блоков съполимер, изграден от твърди и меки сегменти. Твърдите сегменти се опаковат заедно и действат като физически омрежвания; меките сегменти придават на материала гуменоподобно възстановяване. Топлината разтопява физическите омрежвания, а охлаждането ги опакова отново. Това е цялата причина, поради която TPU може да се шприцова на стандартно термопластично оборудване: нищо в инструмента не трябва да се втвърдява и фазовата структура се преформира, докато детайлът се охлажда.
Същата структура обяснява и диапазона на материала. TPU се предлага от приблизително 60 Shore A до около 74–75 Shore D, а наборът от свойства се променя непрекъснато в този диапазон – меките видове се държат като гума, твърдите видове – като здрава инженерна пластмаса. За един проект това означава, че едно семейство материали може да замени няколко, но това не означава, че една стратегия за инструментална екипировка покрива диапазона. Свиването, силата на разглобяване при отливане от формата, времето за охлаждане и склонността на стопилката към разграждане при срязване се променят с твърдостта, така че промяната на твърдостта в края на програмата е събитие, свързано с инструментална екипировка и валидиране, а не заместване.
Термопластичен срещу термореактивен: Разликата в преработката
Вулканизираният каучук е химически омрежен. След като омрежените връзки се образуват, детайлът не може да се разтопи повторно; мрежата е постоянна. Омрежените връзки на TPU са физически и термично обратими, така че материалът се разтопява отново, може да се смила повторно и не се нуждае от етап на втвърдяване във формата.
Практическите последици са по-кратки цикли, липса на контрол на химията на омрежването в инструмента и скрап, който може да бъде възстановен, вместо да бъде изхвърлен. Компромисът е, че прясно формована TPU част все още не е достигнала заявените си свойства. Тя продължава да ги развива при стайна температура, а стойностите от информационния лист се измерват върху отгряти, кондиционирани образци. Отгряването в пещ с циркулиращ въздух скъсява това уравновесяване до приблизително 15-20 часа и е единственият начин за достигане на оптимална компресионна деформация. Термореактивният каучук изобщо не може да се претопява, поради което TPU се конкурира навсякъде, където времето за цикъл на каучука и икономиката на скрапа са неблагоприятни - и защо собствената стъпка на отгряване на TPU трябва да бъде планирана в производството, а не третирана като незадължителна.
Защо чувствителността към срязване и поглъщането на влага управляват всичко
Две материални ограничения оформят почти всяко решение в останалата част от това ръководство.
Първата е чувствителността на срязване. Стопилките на TPU са чувствителни на срязване и прекомерната скорост на шнека може да намали свойствата на готовия детайл. Това не е незначителен ефект: това е причината, поради която обратното налягане се поддържа ниско, поради която скоростта на инжектиране се задава толкова ниска, колкото позволяват дебелината на отвора и стената, и поради която скоростта на шнека е ограничена от максимална периферна скорост, а не от фиксирани обороти. Процесор, който работи с TPU като бързоциклираща се масова смола, ще получи части, които изглеждат приемливо и тестват под спецификацията.
Второто е влагата. TPU гранулатът абсорбира атмосферната влага и абсорбираната вода се превръща в пара в цевта, образувайки разпръсквания, сребърни ивици и вътрешни мехурчета. Материалът трябва да бъде изсушен до нивото на остатъчна влажност, необходимо за вида, преди да влезе в бункера, и трябва да остане сух там. Сушенето и кондиционирането на материала са разгледани в раздела за процеса; последствията от параметрите са разгледани в раздела за обработка. Нито едно от двете не може да се третира като детайл от домакинството.
Процесът на шприцване на TPU, етап по етап
Проектът за шприцване на TPU е верига от етапи, всеки от които ограничава следващия. Избраният клас на етап 1 определя температурата на сушене и профила на цилиндъра; качеството на сушене определя постижимата повърхност; конфигурацията на шнека и дюзата определя колко срязване ще понесе стопилката; решенията за охлаждане и изваждане от формата определят времето на цикъла и процента на дефектите. Разходите, рискът и времето за изпълнение се натрупват по тази верига, а най-евтиното място за коригиране на грешка винаги е по-рано от мястото, където обикновено се намира.
Етап 1: Изисквания за кандидатстване и кратък списък с оценки
Започнете с работния цикъл на детайла, а не с името на материала. Въпросите, които определят краткия списък, са: какво се абразивно или огъва върху детайла и колко цикъла трябва да издържи; какъв температурен диапазон ще има по време на експлоатация и за какъв период от време; с какви масла, греси, горива, почистващи препарати или телесни течности ще контактува; какъв регулаторен клас се прилага; каква твърдост изисква функцията; и дали детайлът трябва да е прозрачен, полупрозрачен или в същия цвят.
Тези отговори стесняват полето до семейство TPU — полиетер, полиестер или поликапролактон — и след това до твърдост. Изборът на твърдост не е козметичен: той определя температурите на обработка, времето на цикъла, свиването и поведението при отделяне от формата, описани по-нататък в това ръководство. Детайл, специфициран на 85 Shore A и по-късно променен на 95 Shore A, е различен проблем с формоването, а не различен цвят.
Етап 2: Сушене и кондициониране на материала
TPU е хигроскопичен, а сушенето е етапът, който най-често не е достатъчно специфициран. Публикуваните препоръки определят целевата остатъчна влага под около 0.02% в един набор от насоки за обработка и на ≤0.05% в друг, като разликата отразява по-скоро степента и източника, отколкото противоречие, което трябва да бъде разрешено тук. Сушенето обикновено се извършва при приблизително 110 °C в циркулиращ или сух въздух, като сушилните със сух въздух достигат целта по-бързо; един източник дава диапазон от 80–110 °C в зависимост от твърдостта, с време за сушене от един до три часа.
Информационният лист за класа е определящ. Процесът трябва да гарантира, че целта действително е постигната: изсушените горещи гранули не трябва да се оставят да се охлаждат на открито, те трябва да се поставят в сухи, многократно затварящи се контейнери, а бункерът на машината трябва да остане покрит. Добавките, функционалните концентрати и оцветителите също трябва да бъдат предварително изсушени — неизсушената мастербач е честа и лесно пренебрегвана причина за повърхностни дефекти.
Етап 3: Настройка на машината и винта
TPU работи на стандартни шнекови шприц машини, но не на всеки шнек. Доказаната конфигурация е еднокрилен, тризонов шнек с нормална дължина, приблизително 18–22 D, със съотношение на компресия около 2:1, което не трябва да надвишава 3:1. Късите шнекове с компресионна зона са неподходящи, тъй като налагат високо напрежение на срязване върху стопилката. Трябва да се монтира контролен пръстен, а дюзата - със свободен поток или с автоматично затваряне - трябва да има гладки канали без мъртви зони, където стопилката може да се задържи и овъгли.
TPU не е нито корозивен, нито абразивен, така че не се изисква специална сплав за винтове или брониране. Това, от което машината се нуждае, е достатъчен задвижващ въртящ момент: TPU изисква висока енергия за пластифициране, а недостатъчният въртящ момент води до колебания в скоростта на винта и неравномерна стопилка.
Етап 4: Инжектиране, задържане и охлаждане
Самият цикъл е описан числено в раздела за параметрите на обработката. Последователността е: инжектиране със скорост, поддържана възможно най-ниска, доколкото позволяват дебелината на литника и стената; преминаване към налягане на задържане, което определя размерната стабилност и потъването; поддържане на ниско обратно налягане поради чувствителността на срязване; и охлаждане за време, определено от сечението на стената, твърдостта и температурата на формата.
Налягането на впръскване и налягането на задържане са в диапазона 100–1000 бара, а обратното налягане обикновено е 5–20 бара. Видовете повреди са насочени: твърде ниското налягане на задържане води до потъвания, докато прекомерното налягане на впръскване затруднява изваждането от формата. Охлаждането е мястото, където се печели или губи времето за цикъл, и то се мащабира в зависимост от дебелината и твърдостта на стената, вместо да следва универсална величина.
Етап 5: Деформиране, отгряване и След лечение
TPU частите достигат оптималното си ниво на физични свойства само след време, прекарано на стайна температура. Отгряването в пещ с циркулиращ въздух съкращава това време до приблизително 15–20 часа. Публикуваните температурни интервали са около 80–90 °C за твърдост до 92 Shore A и 100–110 °C за 93 Shore A и по-висока; друг набор от препоръки цитира 20 часа при 100 °C. По-специално, компресионната деформация може да бъде оптимизирана само чрез отгряване, поради което стойностите в информационния лист я приемат.
Частите с ниска размерна стабилност може да се нуждаят от опора по време на отгряване, за да се избегне деформация. Отгряването е технологична стъпка със свои собствени изисквания за обработка, а не пасивно изчакване.
Етап 6: Инспекция и контрол на качеството
Проверката на TPU детайл обхваща размерите спрямо чертежите с коригирано свиване, твърдостта, външния вид — линии на потока, разпръскване, протриване — целостта на свързването, когато детайлът е отлят чрез формоване, както и функционални проверки, като например дълготрайност на огъване и характеристики на уплътнението. Тъй като свиването продължава след формоването, проверката на размерите трябва да се извършва във времето, съответстващо на отгряването и стабилизирането.
Проверката на първия артикул трябва да се повтори след всяка промяна на класа, оцветителя или съотношението на повторно смилане. Всяка от тези промени променя свиването, течливостта или цвета, а детайл, който е преминал теста при оригиналната конфигурация, не е квалифициран при новата.
Параметри на обработка, които определят качеството на детайлите
Числата по-долу са настройките, които обработващият машина действително настройва. Те са публикувани начални диапазони; водещи са информационният лист за класа и пробното формоване на производствения инструмент. Когато източниците се различават, разликата обикновено отразява класа и твърдостта, а не показва грешка.
Температурни профили по твърдост
Температурите на цевта и стопилката се повишават с твърдостта. Публикуваните диапазони са:
| Твърдост на шора | Температура на бъчвата (зоната на нагряване) | Температура на топене | Температура на дюзата |
| 60A – 80A | 170-210 ° C | 190-205 ° C | 200-210 ° C |
| 85A – 95A | 190-220 ° C | 205-220 ° C | 210-225 ° C |
| 98A–74D | 210-230 ° C | 215-235 ° C | 220-240 ° C |
Температурата трябва да се повиши с приблизително 10–20 °C от зоната на подаване до зоната на дозиране, а дюзата трябва да бъде настроена близо до температурата на стопилка. Един източник отбелязва, че някои твърди марки може да се нуждаят от температури на стопилка до около 260 °C; това е специфично за марката изискване, а не противоречие на горните диапазони, и трябва да се потвърди спрямо информационния лист за марката. Малките машини обикновено се нуждаят от по-високи настройки от големите. Температурата на стопилката трябва да се измерва, а не да се извежда от зададените стойности на контролера, а контролерите да се регулират съответно.
Налягане, скорост и въртене на винта
Налягането на инжектиране и налягането на задържане са в диапазона от 100 до 1000 бара. Налягането на задържане влияе върху размерната стабилност и възможността за разглобяване: твърде ниското налягане води до появата на следи от потъване, твърде високото - до затруднено разглобяване. Налягане на задържане около половината от налягането на инжектиране е често срещана отправна точка за ниско вътрешно напрежение. Обратното налягане осигурява хомогенизация, но трябва да остане ниско - 5-20 бара - защото стопилката е чувствителна на срязване.
Скоростта на впръскване трябва да се поддържа възможно най-ниска, в зависимост от литника, дебелината на стената и разстоянието на потока. Скоростта на шнека е ограничена от максимална периферна скорост от около 0.2 m/s, което означава, че допустимите обороти намаляват с увеличаване на диаметъра на шнека. Нарушаването на тези ограничения има предвидими последици: прекомерното срязване намалява свойствата на крайния детайл, прекомерното налягане на впръскване затруднява разформването, а недостатъчното налягане на задържане оставя следи от вдлъбнатини.
Температура на матрицата и време на цикъла
Температурата на формата обикновено пада между 15 и 70 °C в зависимост от класа и детайла и има решаващо влияние върху качеството на повърхността, свиването и деформацията. Модифицираните и стъклените влакна може да се нуждаят от температура на формата до около 80 °C, за да се постигне оптимална повърхностна обработка, а дебелостенните части понякога могат да се охлаждат допълнително, за да се съкрати цикълът.
Времето на цикъла се определя от поведението на втвърдяване и изваждане от формата и зависи от твърдостта, дебелината на стената и температурата на формата. Няма универсално време на цикъла, което да се посочи. Когато съществува риск от деформация, работата на двете половини на формата при различни температури е призната контрамярка.
Прочистване, спирания и време на престой
Продължителното престой прегрява материала в цилиндъра, а публикуваните насоки изискват продухване на цилиндъра преди възобновяване на производството след прекъсвания, надвишаващи приблизително 10 минути. Същата логика важи и за времето на престой: обем на впръскване, който е много малък спрямо капацитета на цилиндъра, оставя стопилката да престои в пластифициращия агрегат за дълго време, което рискува термично увреждане. Практическите насоки предлагат цилиндърът да работи с приблизително 30–75% използване на капацитета и да поддържа дозиращия ход между около 1D и 3D, като максимумът е 4D.
Дългото време на престой и прегряването се проявяват надолу по веригата като разпръскване, обезцветяване и черни петънца, така че дисциплината на прочистване е мярка за предотвратяване на дефекти, както и за поддържане на чистота.
Проектиране на TPU части за шприцване
Правилата за проектиране на TPU произтичат от това как еластична, свиваема, чувствителна на срязване стопилка запълва кухина и се освобождава от нея. Те не са общ контролен списък за дебелината на стената с различно име на материала в началото.
Дебелина на стената, преходи и допустимо свиване
TPU толерира някои вариации на стените по-добре от твърдите пластмаси, защото неговата еластичност абсорбира малки разлики в размерите. Внезапните промени в сечението все още са проблем: те причиняват потъвания, кухини и следи от течение, и създават резки промени в твърдостта, които произвеждат линии на извиване. Постепенните преходи остават правило.
Свиването е по-трудното число за определяне. Свиване от приблизително 1% е разумен ориентир за проектиране на матрици, но общото свиване варира в зависимост от дебелината и твърдостта на стената, а публикуваните криви обхващат приблизително 0.5–2.5%. Общото свиване е сумата от свиването след формоване и свиването след това, като свиването след това се случва не само по време на отгряване, но и по време на по-дългосрочно съхранение – ето защо свиването е трудно да се предвиди с голяма точност. Свиването след формоване е по-голямо за меки марки и тънки стени, отколкото за твърди марки и дебели стени. Марките, подсилени със стъклени влакна, се свиват много по-малко: около 0.05–0.20% в посока на потока и 0.1–0.5% напречно на потока.
Наклон, радиуси и подрязвания
Гъвкавостта на TPU позволява доста големи подрязвания, а краткосрочното преразтягане под около 5% не води до трайна деформация. Това може да елиминира страничните действия и значително да опрости инструмента. Не извинява недостатъчното наклонение: публикуваните насоки изискват наклони от поне около 5°, особено за меки марки, тъй като недостатъчното наклонение все още причинява надраскване и залепване. Щедрите радиуси в ъглите подобряват течливостта и намаляват напрежението от замръзване.
Ребра, издатини и съотношения стена-ребро
Ребрата втвърдяват детайла, но също така създават промяна в сечението, която произвежда вдлъбване на противоположната, видима повърхност. Пропорционирайте ребрата така, че сечението на реброто да не подава дебела маса в тънка стена, и използвайте постепенни преходи, където реброто се среща с основата. Резките промени в твърдостта при ребрата са известна причина за линии на извиване - видими линии или блестящи области, които се появяват в зависимост от ъгъла на светлината. Правилното съотношение зависи от дебелината на стената, твърдостта и изискванията за външен вид, така че е по-добре да се извлече от тях, отколкото да се копира като една универсална фигура.
Местоположение на портата и нейното влияние върху имотите
Позицията на гейта определя молекулярната ориентация и следователно механичната анизотропия: част, затворена в единия край, не е същата част, механично, като тази, затворена в центъра. Гейтовете трябва да са разположени в областта с максимална дебелина на стената и трябва да са достатъчно големи, за да издържат на задържащо налягане и да избегнат потъване.
Препоръчителните типове затвори включват литникови, диафрагмени, пръстеновидни и филмови затвори, като щифтовите затвори са приемливи за малки части. Подводните затвори не се препоръчват поради високата еластичност на материала и риска от деградация от срязване, а по-меките марки са особено податливи на проблеми с тях. Каналите трябва да са с големи размери, за да се избегне локализирано срязване и да се пренесе налягането; кръглото напречно сечение на канала осигурява най-добри характеристики на потока, а инструментите с множество кухини се нуждаят от балансирана система от канали. Когато се използват горещи канали, се предпочитат системи с външно нагряване.
Изхвърляне, вентилация и повърхностна обработка
Ежекторите трябва да са два до три пъти по-големи от тези, използвани за твърди термопласти, и трябва да имат вентилационни канали, така че да не се образува вакуум по време на изваждане от формата. Въздухът трябва да може да излиза от кухината, когато стопилката навлезе: вентилационните канали с дълбочина приблизително 0.02–0.05 мм, разположени на разделителната линия, вложките и щифтовете, предотвратяват образуването на следи от изгаряне от сгъстен въздух.
Повърхностната обработка на матрицата противоречи на интуицията. За TPU се препоръчва повърхност на матрицата с височина на грапавост от приблизително 25–35 µm, за да се улесни изваждането от формата; полираните и хромирани повърхности са по-малко подходящи, тъй като те насърчават залепването, особено при по-меки марки.
Проектиране за формоване чрез формоване и многоматериални връзки
TPU се свързва добре с някои твърди основи чрез съвпадение на полярността и се претопява на границата на раздела, но съвместимостта е специфична за класа и основата и трябва да се квалифицира чрез тест, а не да се предполага от таблица за семейството материали. При преформоване, входящата стопилка се нуждае от достатъчно остатъчна топлина, за да разтопи леко повърхността на основата и да образува сливаща се връзка; основите с много по-висока точка на топене се опират по-силно на механичното сцепление.
Материалите на базата на полиолефини обикновено са несъвместими с TPU, а полипропиленът по-специално изисква модифицирано съединение или повърхностна обработка, като например пламъчна или плазмена обработка. Найлонът абсорбира влагата и съдържанието му на влага по време на свързването влияе измеримо върху повърхностната енергия и качеството на свързване, така че кондиционирането трябва да бъде контролирано и документирано. Поликарбонатът се свързва добре, но някои лепилни химикали могат да предизвикат напукване от напрежение, което се появява седмици по-късно. Металните вложки разчитат на механично зацепване - отвори, подкоси, назъбени канали - плюс грунд и трябва да бъдат чисти, обезмаслени и темперирани преди формоване. Специфичен за основата тест за отлепване, използващ производствени партиди и параметри на смолата, последван от ускорено стареене, е единствената надеждна квалификация.
Избор на правилния клас TPU
Изборът на клас е рамка за вземане на решения, а не списък с продукти. Свойството, което най-често определя приложението – устойчивост на хидролиза, устойчивост на масло, твърдост, прозрачност, огнеустойчивост или регулаторен клас – трябва да е водещо при избора на краткия списък.
Полиетер срещу полиестер срещу поликапролактон
Химичният състав на материала определя екологичните ограничения. Полиетерните видове предлагат устойчивост на хидролиза, гъвкавост при ниски температури и устойчивост на микробни атаки, което ги прави подходящи там, където водата е от значение. Полиестерните видове се представят по-добре срещу масла, мазнини и абразия, но гъвкавият полиестерен TPU може да бъде атакуван и разложен от гъбички и бактерии при неблагоприятни условия - горещ климат, висока влажност, контакт с почвата - с появата на обезцветяване и напукване в натоварените зони. Поликапролактоновите видове съчетават здравината на полиестерните видове с добри нискотемпературни характеристики и относително висока устойчивост на хидролиза и са често срещан избор за хидравлични и пневматични уплътнения.
Избор на твърдост и какво променя той
Твърдостта определя температурата на обработка, времето на цикъла, свиването, възможността за разформуване и усещането. Диапазонът от 60A до 75D позволява на едно семейство материали да замени няколко и дава възможност за проектиране с множество твърдости чрез последователно формоване. Практическото следствие е, че промяната на твърдостта по средата на проекта е събитие за повторно валидиране: температурният профил, допустимото свиване и поведението при разформоване се променят заедно с него.
Специални видове: Стъклопълни, Огнеупорни, Прозрачни, Медицински и за контакт с храни
Стъклоподсилването намалява термичното разширение и свиване — дори 20% съдържание на стъкло доближава коефициента на термично разширение до този на алуминия или стоманата — а стъклените пълнежи изискват по-високи температури на матрицата за оптимална повърхност. Съществуват огнеупорни марки за приложения, изискващи съответствие, като неогнеупорният TPU обикновено отговаря на класификацията HB, а огнеупорните марки достигат V0 или V2 съгласно UL 94.
Алифатните видове са светлоустойчиви и предлагат отлична оптична яснота, поради което се използват там, където стабилността на цвета и прозрачността са от значение; ароматните видове могат да пожълтяват под UV лъчи. Медицинските видове се поддържат от стандарти за биосъвместимост като ISO 10993-1 и са съвместими със стерилизация с етиленов оксид, гама-облъчване, суха топлина, електронен лъч и водороден пероксид. Видовете, предназначени за контакт с храни, се произвеждат съгласно GMP. Специалните видове често стесняват прозореца за обработка, така че информационният лист е по-важен, а не по-малко важен.
Добавки, оцветители и регенерирани продукти
Съвместимостта на оцветителите е често срещан проблем. Мастербачите за цветове на базата на TPU са най-лесният и надежден начин; оцветителите на базата на SAN са подходящи до ограничена степен; оцветителите на базата на полиолефини и PVC не са подходящи. Дозираните количества обикновено са 1.0–4.0% в зависимост от дебелината на стената и плътността на цвета. Цветни пасти, течни цветове и пигменти се използват в количество приблизително 0.2–1.0%. Всички оцветители и функционални добавки трябва да бъдат предварително изсушени.
Рециклираният скрап е използваем в определени граници. Чистият, сортиран скрап може да се рециклира след подходяща обработка и сушене, в пропорции, обикновено цитирани до 30%, като рециклираният скрап съответства на първичния материал по вид и твърдост по Шор и е без замърсяване. Рециклираният скрап в идеалния случай трябва да бъде нарязан на кубчета, изсушен и използван повторно без междинно съхранение; замърсеният или деградирал материал не е подходящ, а многократните цикли на рециклиране намаляват качеството. Специфични изисквания за качество могат да изключат изцяло рециклирането, а оптичните и медицинските приложения обикновено го ограничават или забраняват.
Къде се използва TPU шприцване
Шприцването на TPU материал си заслужава място в индустрията, когато дадена част се нуждае от устойчивост на износване, дълготрайност при огъване и умора, еластичност без пластификатори или мека на допир повърхност, свързана с твърда основа. Подсекциите по-долу свързват всяка област на приложение със свойството, което я оправдава.
Автомобилни новини и транспорт
Уплътнения, гарнитури, маншони, втулки, меки вътрешни елементи, компоненти за обвивка на кабели и части под капака - всички те се основават на устойчивостта на TPU на износване, устойчивостта на масла и мазнини, както и на гъвкавостта му в широк температурен диапазон. Ограничаващият фактор е температурният таван: непрекъснатата употреба обикновено се посочва при 80–100 °C за полиетерни видове и 100–120 °C за полиестерни видове, така че частите под капака трябва да останат в този диапазон. Меките вътрешни компоненти често използват TPU, отлят върху твърда основа.
Медицински изделия и здравеопазване
Катетри и компоненти на катетри, елементи за грижа за рани, части за управление на флуиди, конектори за тръби и корпуси на устройства използват медицински TPU заради комбинацията му от гъвкавост, прозрачност, химическа устойчивост и стерилизация — без пластификатори. Приложенията на катетрите обхващат урология, интравенозно, стомашно, балонно и сърдечно-съдово приложение. В грижата за рани TPU се използва в превръзки, пластири за доставяне на лекарства, облицовки за торбички за стоми, хирургически завеси и защита за матраци, където прозрачността, устойчивостта на прегъване и устойчивостта на хидролиза са от значение.
Потребителски продукти и електроника
Защитни калъфи, брони, носими каишки, дръжки и корпуси с меко покритие са основните потребителски приложения. TPU върху поликарбонат и TPU върху ABS са често срещани за защита на устройствата, разчитайки на благоприятното съвпадение на полярността с тези основи. Каишките за часовници и носими каишки също разчитат на съвместимост с кожата.
Обувки и спорт
Подметки, междинни подметки, бутонки, протектори за пищяли и компоненти за спортни обувки използват TPU за устойчивост на износване и устойчивост на умора при огъване. Обувките също са мястото, където често се използва алуминиева инструментална екипировка: алуминиевите форми са рентабилни и подходящи за по-кратки серии, типични за сектора.
Промишленост, роботика и Автоматизация
Колела, ролки, ремъци, захващащи елементи, мехове, диафрагми и виброопорни елементи зависят от устойчивост на износване, якост на разкъсване и дълготрайност при огъване и умора. Тези части често съчетават високи циклични натоварвания с излагане на масла и мазнини, където профилът на устойчивост на полиестерните класове става от значение.
TPU срещу други материали и процеси
Сравненията са полезни само по отношение на параметрите, които определят проекта: механични характеристики, температурен таван, химическа устойчивост, трудност при обработката, инструментална екипировка и единична цена. Всяка алтернатива по-долу печели някъде и целта на сравнението е да се определи къде.
TPU срещу TPE съединения (TPS и TPV)
TPU е термопластичен еластомер, произведен чрез реактор: неговите свойства са вградени в един полимер. TPS и TPV са съединения, получени чрез смесване чрез стопилка на каучукова фаза с термопласт. TPU се характеризира с висока механична якост и много добра устойчивост на износване и като цяло е значително по-твърд от типичните TPS продукти, така че двата рядко се конкурират директно. TPS и TPV печелят по отношение на мекота, усещане и по-ниски изисквания за обработка; TPU печели по отношение на здравина и износоустойчивост.
TPU срещу силикон
TPU предлага по-добра устойчивост на износване, по-висока якост на опън и по-ниска цена. Силиконът предлага много по-широк температурен диапазон — приблизително от -60 до 200 °C спрямо около -40 до 120 °C за TPU — и заема позицията си в имплантируеми и екстремно температурни приложения. Изберете TPU, когато механичните характеристики и цената са по-важни от екстремните температури или имплантируемата биосъвместимост.
TPU срещу термореактивна гума
TPU печели по отношение на време за цикъл, възстановяване на скрап, свобода на проектиране и свързваемост: няма етап на вулканизация, има потенциал за повторно смилане и способност за формоване на сложни геометрии и свързване към основи. Термореактивният каучук запазва превъзходна компресионна деформация при висока температура и установена позиция в динамичното уплътняване. Компресионната деформация на TPU се подобрява с отгряване, но остава по-скоро съображение за проектиране, отколкото решен проблем.
TPU срещу TPEE, PVC и полипропилен
В сравнение с TPEE, TPU обикновено предлага по-добра устойчивост на огъване, умора и износване, докато TPEE предлага предимства по отношение на топлина и хидролиза. В сравнение с пластифицирания PVC, TPU избягва регулаторните и миграционни проблеми, свързани с пластификатора, и предлага по-висока механична якост. В сравнение с полипропилена, TPU предлага еластичност и износоустойчивост, докато PP печели по отношение на цена и химическа инертност - и, както е отбелязано в раздела за проектиране, PP е един от най-трудните субстрати за свързване на TPU.
TPU шприцване срещу екструдиране, бръснене и 3D печат
TPU процесите се извършват на стандартно термопластично оборудване по няколко метода, като изборът следва геометрията и обема на детайлите. Шприцването е подходящо за сложни, високообемни части с високи толеранси. Екструзията обхваща непрекъснати профили, тръби, кабелни обвивки и фолио. Формоването чрез раздуване обхваща кухи тела. Адитивните методи са подходящи за прототипи, малки обеми и решетъчни геометрии. При много малки обеми, машинната обработка на детайл от TPU заготовка може да бъде по-добрият вариант, въпреки че генерираната топлина от TPU по време на машинната обработка изисква охлаждане и подходяща геометрия на инструмента.
Предотвратяване на дефекти и отстраняване на неизправности
Повечето дефекти на TPU се свързват с влага, срязване, вентилация или дизайн на затвора. Организирането на диагнозата по симптом и познаването на посоката на параметъра, която обикновено решава всеки от тях, скъсява цикъла от дефекта до отстраняването му.
Дефекти, свързани с влага: разпръскване, сребристи ивици и мехурчета
Следите от разпръскване се появяват като белезникави, грапави петна; обширните сребристи ивици като удължени пеницилатни ивици; големите мехурчета като пълни с въздух кухини в стената. И трите могат да бъдат резултат от влага, въпреки че прегряването и прекомерното време на престой могат да доведат до подобни белезникави петна. Решенията са да се провери работата на сушилнята и самия процес на сушене, да се провери температурата на стопилката и времето на престой, да се намали скоростта на шнека и да се потвърди, че бункерът е останал покрит. Малки мехурчета могат да идват и от всмукването на въздух по време на дозиране, като в този случай обратното налягане в допустимите граници и по-краткото прибиране на шнека помагат.
Дефекти на потока и запълването: къси впръсквания, струйно струене и линии на потока
Късите отливки се появяват в края на пътя на потока или на места с тънки стени. Струйното разпръскване се проявява като S-образна следа близо до ливника или затвора, причинена от неподходящ затвор или гърло, което не произвежда челен поток. Линии на потока се появяват при промени в сеченията и ребрата. Коригиращата посока е поетапно регулиране на скоростта на инжектиране - от бавно към бързо - преоразмеряване и препозициониране на затвора с дефлекторна повърхност и постепенни преходи на стените. Повишаването на температурите на стопилката и формата и увеличаването на дебелината на стените или скъсяването на пътищата на потока също помагат, когато стопилката е просто твърде вискозна за геометрията.
Термични дефекти: следи от изгаряне, черни петна и разграждане
Следите от изгаряне се появяват от сгъстен въздух в кухината, така че първата реакция е да се оптимизира вентилацията, особено близо до линиите на потока и в края на пътя на потока, и да се проверят вентилационните канали. Черните петна и периодичното обезцветяване се появяват от мъртви точки на уплътнителните повърхности, промени в напречното сечение или огъвания в горещия канал, където материалът се забива и овъглява; елиминирането на мъртвите точки и проверката на уплътнителните повърхности е решението. Обезцветяването от прегряване и дълго време на престой изисква по-ниска температура на стопилката, по-кратко време на престой и продухване след спирания.
Размерни и дефекти при разформиране: потъване, изкривяване, проблясване и залепване
Потъванията са резултат от недостатъчно налягане на задържане или несъответствие между стената и ребрата; решенията са увеличаване на налягането на задържане и времето на задържане, увеличаване на отвора на дюзата и напречното сечение на леяка, както и адаптиране на съотношението стена-ребро. Деформацията се предотвратява чрез балансиране на температурата на формата и равномерността на охлаждане, както и чрез изравняване на разликите в скоростта между фронтовете на потока, когато се използват множество шибъри. Плавното изпускане се получава от прекомерно налягане в кухината или недостатъчна сила на затягане и се разрешава чрез по-ранно преминаване към налягане на задържане, намаляване на налягането на задържане и увеличаване на силата на затягане. Залепването и надраскването се проследяват поради недостатъчна тяга, полирани повърхности на формата, вакуум при изхвърляне или преждевременно изхвърляне - така че решенията са повече тяга, препоръчителна грапавост на повърхността, оптимизирано вентилиране и по-дълго охлаждане.
Избор на NOBLE за поддръжка на вашия проект за шприцване на TPU
NOBLE е китайски производител по договор, който поддържа програми за шприцване на TPU от концепцията до производството. NOBLE е китайско-британско съвместно предприятие, удостоено от правителството с титлата „Национално високотехнологично предприятие“, с над 10 години опит в предоставянето на цялостно персонализирано производство от прототипиране до производство. Заявената мисия на компанията е да превръща концепциите в реалност чрез производство по заявка, което отговаря на строги стандарти за толерантност и качество.
Моделът на обслужване обхваща цялата верига, а не само производството: поддръжка на дизайна, прототипиране, инструментална екипировка, формоване, инспекция и монтаж. NOBLE притежава сертификати ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016, а нейните инженерни и качествени възможности са предназначени да помогнат на клиентите да преминат ефективно от прототип към серийно производство. Офертата е бърза — професионална оферта може да бъде предложена в рамките на 24 часа след запитване за оферта с необходимата информация — и кратките срокове за изпълнение са част от заявената оферта.
Ако имате TPU част за производство, следващата стъпка е да подадете заявка за оферта (RFQ) с информацията за частта, описана в ЧЗВ по-долу; NOBLE ще ви отговори с оферта.
Как NOBLE подкрепя всеки етап от програмата TPU
Етапите, описани по-рано в това ръководство, се съпоставят със заявените услуги, предлагани от NOBLE, както следва. На етапа на изискванията и проектирането, NOBLE предоставя дизайнерска поддръжка, където данните от DFM (Design-For-Management Model - технологично проектиране) относно преходите на стените, позицията на портата и допустимото свиване са най-ценни. За създаване на прототипи, възможностите на NOBLE за бързо прототипиране позволяват дизайнът да бъде проверен преди да се ангажира инструменталната екипировка. Инструменталната екипировка и формоването се извършват вътрешно, а инспекцията използва пълен набор от инспекционно оборудване и цялостна система за контрол на качеството. Сглобяването завършва веригата, така че програмата не е необходимо да се разделя между множество доставчици.
Всяка от тези възможности е част от заявеното комплексно предложение на NOBLE. Конкретният обхват за дадена част – кои етапи са включени и по каква спецификация – се потвърждава в офертата.
Системи за качество и релевантност на медицинските изделия
ISO 9001:2015 сертифицира документирана система за управление на качеството; ISO 13485:2016 сертифицира система за управление на качеството, съобразена с производството на медицински изделия. За купувача това означава, че процесите, записите и коригиращите действия следват одитируема рамка, а не зависят от индивидуалната практика.
Сертифицирането подкрепя процес на качество, но само по себе си не сертифицира конкретна част. Валидирането на ниво част и всяко подаване на регулаторни документи, изисквани от устройството, остават специфични за проекта и се съгласуват като част от програмата.
Често задавани въпроси относно шприцването на TPU
До какво съдържание на влага трябва да се изсуши TPU преди формоване?
Публикуваните цели варират от под около 0.02% до под 0.05% остатъчна влага, в зависимост от източника и степента. Сушенето обикновено се извършва при приблизително 110 °C на сух или циркулиращ въздух, като някои насоки дават 80–110 °C в зависимост от твърдостта и време за сушене от един до три часа. Решаващото значение е посочено в информационния лист за степента. Вижте етапа на сушене по-горе.
Може ли TPU да се шлифова и преформова?
Да, в определени граници. Рециклираният материал трябва да се нарязва на кубчета, изсушава и използва повторно незабавно, в пропорции, които обикновено се посочват до 30%, и съответстващи на вида и твърдостта на чистия материал. Замърсеният или деградирал материал е неподходящ, многократното рециклиране намалява качеството, а посочените изисквания могат да изключат изцяло рециклирането.
Защо понякога частите от TPU губят размерите си след формоване?
Тъй като общото свиване е сума от свиването при формоване и свиването след това, а свиването след това продължава по време на отгряване и по-дългосрочно съхранение, дебелината на стената, дизайнът на затвора и условията на обработка оказват влияние върху него, а свиването след формоване е по-голямо за меки марки и тънки стени. Свиването трябва да се валидира върху действителния инструмент, а не да се взема от една номинална стойност.
Подходящ ли е TPU за компоненти на медицински изделия?
Съществуват медицински класове TPU, които са подкрепени от стандарти за биосъвместимост като ISO 10993-1 и са съвместими със стерилизация чрез етиленов оксид, гама-облъчване, суха топлина, електронен лъч и водороден пероксид. Подходящостта се определя от специфичния клас, приложението и регулаторния път, а не само от семейството материали.
Как се сравнява TPU със силикона като гъвкава част?
TPU предлага по-добра устойчивост на износване, по-висока якост на опън и по-ниска цена, с работен диапазон от приблизително -40 до 120 °C. Силиконът предлага много по-широк диапазон, приблизително от -60 до 200 °C, и е подходящ за имплантируеми и екстремно температурни приложения. Изборът следва коя от тези разлики действително се нуждае от детайла.
Какво причинява черни петънца или следи от изгаряне по TPU корнизи?
Мъртви зони в горещия канал, дюзата или уплътнителните повърхности, където материалът се задържа и овъглява; прегряване и дълго време на престой; и недостатъчно вентилиране, което позволява на сгъстен въздух да изгори детайла. Коригиращата насока е да се елиминират мъртвите зони, да се провери вентилацията, да се продуха след спирания и да се провери температурата на стопилката и скоростта на шнека.
Може ли TPU да се пресова върху твърди пластмаси?
Да, но свързването е специфично за основата и класа. ABS и поликарбонатът обикновено се свързват добре, съдържанието на влага в найлона влияе върху качеството на свързване, а полиолефините като полипропилена обикновено изискват модифицирани съединения или повърхностна обработка. Квалификацията трябва да се извърши чрез тест за отлепване с производствени партиди и параметри на смолата, последвано от ускорено стареене.
Как да започна проект за шприцване на TPU с NOBLE?
Споделете чертежа на детайла или 3D модела, изискванията за приложение (работен цикъл, температура, химическо излагане, регулаторен клас), целевата твърдост и обем, както и всички регулаторни ограничения, след което изпратете заявка за оферта (RFQ). NOBLE може да предложи професионална оферта в рамките на 24 часа след получаване на необходимата информация.
