TPU-spuitgieten: materiaal, eigenschappen, proces en ontwerp

TPU-spuitgieten

spuitgieten Deze technologie is niet beperkt tot conventionele thermoplasten; ze is ook toepasbaar op elastomeren en andere materialen. TPU is een van de hoogwaardige elastomeren die gebruikt worden voor het spuitgieten van diverse onderdelen en producten. 

TPU's zijn flexibel, bestand tegen vermoeidheid en duurzaam, en bieden een hoge treksterkte. Als u met TPU-materialen werkt voor spuitgietonderdelen of overweegt welke TPE's geschikte opties zijn, biedt dit artikel een gedetailleerd overzicht van het TPU-spuitgietproces.

Wat is thermoplastisch polyurethaan (TPU)?

TPU-materiaal 

TPU is een thermoplastisch elastomeer dat een combinatie van rubber- en kunststofeigenschappen biedt, waaronder een evenwicht tussen flexibiliteit en taaiheid, slijtvastheid en goede mechanische sterkte. Het is compatibel met standaard thermoplastische spuitgietmachines en kan worden gevormd tot complexe onderdelen en producten. 

De moleculaire vorming van TPU-materiaal omvat een stapsgewijs polymerisatieproces. Dit betekent dat het TPU-polymeer wordt gevormd door een geleidelijke chemische reactie van diisocyanaten, polyolen en ketenverlengers, samen met specifieke additieven.  

Bovendien worden onbewerkte TPU-korrels (met de gewenste kleur) gebruikt voor spuitgieten. 

Wat zijn de materiaaleigenschappen van thermoplastisch polyurethaan? 

De eigenschappen kunnen variëren, aangezien er verschillende soorten TPU bestaan, van zacht tot hard en van hard tot stijf. Het wordt echter beschouwd als een hoogwaardig elastomeer met eigenschappen die een combinatie zijn van rubber en plastic.

Algemene TPU-kwaliteiten bieden een hoge treksterkte en scheursterkte, uitstekende rek bij breuk, slijtvastheid, chemische bestendigheid en thermische stabiliteit tot 120 °C.

De onderstaande tabel toont vervolgens de eigenschappen van het thermoplastische polyurethaanmateriaal.

Het proces van TPU-spuitgieten 

TPU-vorming

TPU-spuitgieten is vergelijkbaar met standaard thermoplastisch spuitgieten, waarbij korrels in de trechter worden gevoerd. De toevoercilinder smelt de korrels en transporteert ze naar de spuitmond. De gesmolten TPU wordt vervolgens onder hoge druk in een geharde stalen of aluminium mal geïnjecteerd. 

De vloeibare toevoer neemt de contouren van de holte over terwijl deze stolt, waardoor de gewenste vorm zichtbaar wordt bij het openen en uitwerpen van de mal.

Laten we eens kijken naar de stappen die betrokken zijn bij het spuitgieten van TPU-onderdelen.

• Kies een geschikte TPU-materiaalsoort op basis van de gewenste hardheid.
• Stel de parameters van de spuitgietmachine in, zoals druk, injectievolume en temperatuurregeling. 
• Voer de TPU-korrels voor spuitgieten in de trechter.
• Spuit het gesmolten TPU onder gecontroleerde temperatuur in de matrijs.
• Laat de gevulde mal gedurende een vooraf bepaalde tijd afkoelen, zodat het onderdeel gelijkmatig stolt.
• Verwijder het gestolde TPU-onderdeel uit de mal en voer de nabewerkingshandelingen uit.
• Voer de nodige inspecties en metingen uit om de kwaliteitscontrole te waarborgen.

Wat zijn de belangrijkste voordelen van TPU?

Zoals eerder vermeld, is TPU een elastisch materiaal met een aanzienlijke taaiheid. Daarnaast biedt TPU diverse andere voordelen in de productie, waaronder chemische bestendigheid, UV-bestendigheid, goede isolatie en veelzijdige industriële toepassingen.

Hieronder volgt een overzicht van de belangrijkste voordelen van TPU:

• Slijtvastheid: Harde TPU-materialen zijn zeer slijtvast.
• Elastische aard: TPU is een elastisch materiaal met een uitstekende rek bij breuk, tot wel 700%.
• Taaiheid en duurzaamheid: TPU's zijn sterk en gaan tot wel 10 jaar mee.
• Esthetische aantrekkingskracht: Er zijn diverse TPU-kleuren beschikbaar en de onderdelen behouden hun afwerking en uiterlijk gedurende lange tijd.
• UV-bestendigheid: De oorspronkelijke eigenschappen blijven behouden wanneer TPU-spuitgietonderdelen worden blootgesteld aan zonlicht of extreme omstandigheden.
• Compatibiliteit bij lage temperaturen: TPU-onderdelen kunnen functioneren bij negatieve temperaturen tot wel -50 °C.
• Minimale wateropname: TPU is hydrofoob en heeft een waterabsorptieverhouding van ongeveer 0.2%.
• Biocompatibiliteit: TPU's, zoals Exin RxT80A en Quadrathane ALC, zijn biocompatibel en veilig voor medisch gebruik.
• Chemische weerstand: TPU's zijn bestand tegen milde zuren en basen, oliën, vetten, koolwaterstoffen en enkele alcoholen. 

TPU versus Urethaan spuitgieten

TPU versus urethaan spuitgieten

Urethaan is een thermohardend elastomeer, terwijl polyurethaan een thermoplastisch elastomeer is. Door dit verschil in materiaal vereisen beide spuitgietprocessen een andere matrijs, injectiedruk en haalbare precisie.

Urethaanspuitgieten wordt vaak aangeduid als urethaangieten of -vormen van thermohardende polyurethanen. Bij urethaangieten worden doorgaans siliconen mallen gebruikt, terwijl bij TPU-vormen metalen spuitgietmallen worden gebruikt.

TPU-spuitgieten heeft de voorkeur vanwege de precisie, dimensionale stabiliteit en duurzaamheid op lange termijn. Polyurethaanspuitgieten daarentegen is zeer geschikt voor kosteneffectieve prototyping en productie in kleine series.

Toepassingen van TPU-spuitgietonderdelen 

TPU-spuitgietproducten

Gegoten TPU-onderdelen en -producten worden in diverse sectoren gebruikt, met name wanneer flexibiliteit en slijtvastheid vereist zijn. Ze vinden toepassing in verschillende industrieën, waaronder de automobielindustrie, consumentenelektronica, de medische sector, industriële systemen en de schoenenindustrie. 

TPU is ook een geschikte optie voor de overmolding proces, waarbij het gecombineerd wordt met harde kunststoffen zoals ABS en polycarbonaat. Laten we de onderstaande tabel bekijken voor toepassingsvoorbeelden van spuitgegoten TPU-onderdelen in verschillende industrieën.

Ontwerprichtlijnen voor TPU-spuitgieten 

TPU-spuitgietmatrijsontwerp

De precisie, maakbaarheid, productiekosten per onderdeel en algehele kwaliteit van TPU-spuitgietonderdelen/producten worden sterk beïnvloed door het ontwerp. Daarom moet je bij het ontwerpen van TPU-onderdelen en spuitgietmatrijzen rekening houden met een aantal belangrijke factoren.

Laten we vervolgens de belangrijkste ontwerprichtlijnen voor TPU-spuitgietonderdelen en -matrijzen bespreken. 

Ontwerprichtlijnen voor TPU-onderdelen 

• Krimptoeslag: Houd rekening met de krimp van het TPU-materiaal (0.2-2%) die optreedt nadat het TPU in de mal is gestold. 
• Wanddikte van het onderdeel: Een inconsistente dikte van de gegoten onderdelen kan defecten zoals krimp veroorzaken. Zorg daarom voor een uniforme dikte (tot 3 mm). 
• Afgeronde hoeken: De radii (intern en extern) moeten ≥ 0.5 × wanddikte zijn, en afgeronde hoeken moeten worden gebruikt om spanningsconcentratie te voorkomen.
• Kenmerken van de ribben: Voeg ribben toe aan het oppervlak van onderdelen met een hoogte < 3 x wanddikte (t) om de sterkte te vergroten. 
• Diepgangshoek: Houd rekening met de lossingshoek voor een foutloze uitwerping van de onderdelen, doorgaans 1 tot 3°.

Richtlijnen voor het ontwerp van spuitgietmatrijzen 

• Ventilatiesleuven: Overweeg een goede ontluchting in de spuitgietmatrijs, met sleuven van 0.02 tot 0.05 mm in diameter. Dit is essentieel om luchtinsluiting te voorkomen.
• Locatie van de poort: Plaats de aanspuitopening op de plek waar het onderdeel de grootste dikte heeft. Dit helpt bij het verdichten en het ontspannen van spanningen.
• Oppervlaktestructuur van schimmel: De wand van de matrijs bepaalt de afwerkingskwaliteit van het gegoten TPU-onderdeel. Vermijd echter overmatig polijsten, anders wordt het lossen van het onderdeel lastig.

Tips voor succesvol TPU-spuitgieten

Temperatuurregeling tijdens het spuitgieten, nauwkeurige injectiedruk en -snelheid, gelijkmatige koeling en het handhaven van de juiste houdingsdruk zijn essentieel voor succesvol TUP-spuitgieten. 

Hieronder volgen enkele nuttige tips voor TUP-spuitgieten. 

• Nauwkeurige controle van de procestemperatuur: Afhankelijk van de TPU-kwaliteit, regel de smelttemperatuur (~180–230 °C) en de matrijstemperatuur (~30-60 °C).
• injectiedruk: Gebruik een drukbereik van 60 tot 100 MPa bij een matige snelheid.
• Zorg voor gelijkmatige koeling: Kies een langere afkoeltijd en een geschikt systeem om een ​​gelijkmatige koeling van het TPU-vormstuk te garanderen. 
• Houddruk: Houd de tegendruk op ongeveer 50-80% van de injectiedruk.

Uitdagingen en oplossingen bij TPU-spuitgieten

Hoewel TPU gemakkelijk in de gewenste vorm te gieten is, zijn er enkele uitdagingen met betrekking tot de procesuitvoering, dimensionale onnauwkeurigheden en afwerking, krimp, matrijsopening en braamvorming.

Laten we eens kijken naar de onderstaande tabel, die de uitdagingen, oorzaken en oplossingen bij het spuitgieten van TPU schetst.

Opsommen 

TPU-materialen kunnen door middel van spuitgieten in complexe vormen worden gegoten, mits de juiste spuitgietmatrijzen en procesvariabelen worden gebruikt. Verschillende toepassingen profiteren van het spuitgieten van TPU, omdat het een combinatie biedt van hoge elasticiteit, slijtvastheid, slagvastheid en duurzaamheid. 

Van de vroege ontwerpfase tot de productie en nabewerking moet u rekening houden met verschillende factoren om resultaten van hoge kwaliteit te bereiken. 

Bovendien kunt u met ProleanTech samenwerken voor TPU-spuitgietonderdelen die zijn afgestemd op uw specificaties. spuitgietdiensten Wij leveren hoogwaardige kunststof en elastomeer onderdelen tegen concurrerende prijzen.  

Veelgestelde vragen

Wat is het nadeel van TPU?

De belangrijkste nadelen van TPU zijn de langere vormcycli, de verwerkingsproblemen en de gevoeligheid voor vocht.  

Is TPU een plastic of een rubber?

TPU is een elastomeer, een hybride van plastic en rubber, dat zich gedraagt ​​als rubber en verwerkt kan worden zoals thermoplasten.