Tìm hiểu về vật liệu TPU

Vật liệu TPU là gì?

TPU, hay Polyurethane nhiệt dẻo, là một loại vật liệu đa năng được biết đến với độ đàn hồi, độ trong suốt và khả năng chống dầu, chống mài mòn tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Vật liệu TPU được đánh giá cao vì tính linh hoạt, độ bền và khả năng chống mài mòn và hóa chất, được sử dụng trong giày dép, nội thất ô tô và ốp lưng điện thoại vì kết hợp độ đàn hồi giống cao su với độ dẻo dai của nhựa.

TPU là viết tắt của cao su đàn hồi nhiệt dẻo polyurethane. Nó không phải là một loại vải theo nghĩa truyền thống, chứ đừng nói đến da. TPU khắc phục được nhiều nhược điểm của PVC, da PU và lớp phủ PU, đồng thời đã tạo ra những bước đột phá lớn trong ứng dụng vải chống thấm nước và thoáng khí.

TPU không chỉ có hầu hết các đặc tính của cao su và nhựa thông thường mà còn có tính chất vật lý và hóa học toàn diện tuyệt vời. Đây là loại vật liệu polyme thân thiện với môi trường mới giữa cao su và nhựa. Nó vừa có độ mềm của cao su vừa có độ cứng của nhựa cứng.

TPU vừa linh hoạt vừa bền. Đúng

Thành phần độc đáo của TPU cho phép nó duy trì tính linh hoạt trong khi vẫn đảm bảo độ bền và khả năng chống mài mòn, lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

TPU chỉ được sử dụng trong quần áo và giày dép. Sai

Trong khi TPU phổ biến trong quần áo và giày dép, ứng dụng của nó còn mở rộng sang các ngành công nghiệp ô tô, y tế và điện tử do tính chất thích ứng của nó.

Đặc điểm cơ bản của vật liệu TPU là gì?

Vật liệu TPU nổi tiếng vì tính linh hoạt, mang đến sự kết hợp độc đáo giữa độ linh hoạt, độ bền và khả năng chống chịu, phục vụ cho các ngành công nghiệp từ giày dép đến ô tô.

Vật liệu TPU có độ đàn hồi cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và linh hoạt trong mọi nhiệt độ, khiến chúng trở nên lý tưởng cho giày dép, thiết bị y tế và phụ tùng ô tô trong môi trường khắc nghiệt.

Phạm vi độ cứng rộng.

Bằng cách thay đổi tỷ lệ của từng thành phần phản ứng của TPU, bạn có thể thu được các sản phẩm có độ cứng khác nhau và khi độ cứng tăng lên, sản phẩm vẫn duy trì được độ đàn hồi và khả năng chống mài mòn tốt. Độ cứng của TPU có thể được đo bằng mô đun đàn hồi.

Mô đun đàn hồi của cao su thường là 1 ~ 10Mpa, TPU là 10 ~ 1000Mpa, và các loại nhựa như nylon, ABS, PC, POM, v.v. là 1000 ~ 10000Mpa. Phạm vi độ cứng của TPU khá rộng, từ Shore A 60 ~ Shore D 85 và có độ đàn hồi cao trong toàn bộ phạm vi độ cứng.

Khả năng chống lạnh vượt trội.

TPU có nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp và vẫn đàn hồi và linh hoạt ngay cả ở nhiệt độ âm 35 độ. Nó linh hoạt trong phạm vi nhiệt độ rộng từ -40 đến 120 độ C mà không cần chất hóa dẻo.

Chống dầu, chống nước, chống hóa chất và chống nấm mốc.

TPU có khả năng chống dầu (dầu khoáng, dầu động vật, dầu thực vật và chất bôi trơn) và nhiều dung môi. Khả năng chống dầu của TPU tốt hơn cao su nitrile ³  và có tuổi thọ chống dầu tuyệt vời. 

Giá trị hao mòn Taber của nó là 0,5-0,35mg, là nhỏ nhất trong số các loại nhựa. Nếu thêm MoS2, dầu silicon graphite, v.v., có thể giảm hệ số ma sát và cải thiện khả năng chống mài mòn.

Độ bền kéo và độ giãn dài.

TPU có độ bền kéo ⁴ gấp 2-3 lần cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp. Độ bền kéo của polyester TPU gần 60MPa, độ giãn dài gần 410%. Độ bền kéo của polyether TPU là 50MPa, độ giãn dài >30%.

Vật liệu TPU tăng cường độ bền của sản phẩm trong môi trường khắc nghiệt. Đúng

Khả năng chống mài mòn và hóa chất của TPU khiến nó phù hợp để sử dụng trong những điều kiện khắc nghiệt.

Vật liệu TPU chỉ phù hợp cho ứng dụng giày dép. Sai

Mặc dù được sử dụng rộng rãi trong giày dép, vật liệu TPU cũng lý tưởng cho các ứng dụng ô tô, y tế và công nghiệp do tính linh hoạt và khả năng phục hồi của chúng.

Điều kiện quy trình cho quá trình ép phun TPU là gì?

Ép phun nhựa nhiệt dẻo polyurethane (TPU) đòi hỏi phải kiểm soát chính xác các điều kiện quy trình để đảm bảo tính toàn vẹn của vật liệu và chất lượng sản phẩm.

Đúc phun TPU tối ưu đòi hỏi nhiệt độ nóng chảy là 200-220°C, nhiệt độ khuôn là 20-50°C và cài đặt áp suất chính xác để có dòng chảy ổn định, rất quan trọng đối với các ứng dụng trong giày dép và phụ tùng ô tô.

Quy trình ép phun TPU

Nhiệt độ

Nhiệt độ bạn cần kiểm soát trong quá trình đúc TPU là nhiệt độ thùng, nhiệt độ vòi phun và nhiệt độ khuôn. Hai nhiệt độ đầu tiên chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình dẻo hóa và chảy của TPU, còn nhiệt độ cuối cùng ảnh hưởng đến quá trình chảy và làm mát của TPU.

• Nhiệt độ thùng: Việc lựa chọn nhiệt độ thùng liên quan đến độ cứng của TPU. TPU có độ cứng cao có nhiệt độ nóng chảy cao và nhiệt độ tối đa cao ở đầu thùng. Phạm vi nhiệt độ thùng được sử dụng để gia công TPU là 177 ~ 232℃. Sự phân bố nhiệt độ thùng thường là từ một bên của phễu (phía sau) đến vòi phun (phía trước) và tăng dần, do đó nhiệt độ của TPU tăng đều đặn để đạt được mục đích dẻo hóa đồng đều.
• Nhiệt độ vòi phun: Nhiệt độ vòi phun thường thấp hơn một chút so với nhiệt độ tối đa của thùng để ngăn vật liệu nóng chảy chảy ra khỏi vòi phun thẳng. Nếu sử dụng vòi phun tự khóa để ngăn chảy, nhiệt độ vòi phun cũng có thể được kiểm soát trong phạm vi nhiệt độ tối đa của thùng.

Vật liệu ép phun TPU và sản phẩm ép phun.

• MoldTemperature: Nhiệt độ khuôn rất quan trọng đối với hiệu suất nội tại và chất lượng hình thức của sản phẩm TPU. Nó được xác định bởi nhiều yếu tố như độ kết tinh của TPU và kích thước của sản phẩm. Nhiệt độ khuôn thường được kiểm soát bởi môi trường làm mát có nhiệt độ không đổi như nước. TPU có độ cứng cao, độ kết tinh cao và nhiệt độ khuôn cao. Ví dụ, Texin, độ cứng 480A, nhiệt độ khuôn 20 ~ 30 ℃; độ cứng 591A, nhiệt độ khuôn 30 ~ 50 ℃; độ cứng 355D, nhiệt độ khuôn 40 ~ 65 ℃. Nhiệt độ khuôn của sản phẩm TPU thường là 10 ~ 60 ℃. Khi nhiệt độ khuôn thấp, chất nóng chảy đông cứng sớm và tạo ra các đường dòng, không có lợi cho sự phát triển của các cầu, dẫn đến độ kết tinh thấp của sản phẩm và quá trình kết tinh muộn, gây ra sự co ngót sau và những thay đổi về hiệu suất của sản phẩm.

Áp lực.

Áp suất trong quá trình ép phun bao gồm áp suất hóa dẻo (áp suất ngược) và áp suất phun. Khi trục vít rút lại, áp suất trên lớp nóng chảy phía trên là áp suất ngược, được điều chỉnh bởi van tràn.

Vật liệu ép phun TPU và sản phẩm ép phun.

Tăng áp suất ngược sẽ làm tăng nhiệt độ nóng chảy, giảm tốc độ hóa dẻo, làm cho nhiệt độ nóng chảy đồng đều, trộn đều các chất tạo màu và xả khí nóng chảy, nhưng sẽ kéo dài chu kỳ đúc. Áp suất ngược của TPU thường là 0,3 ~ 4MPa.

Áp suất phun là áp suất do đầu vít tác dụng lên TPU. Áp suất này được sử dụng để khắc phục sức cản dòng chảy của TPU từ thùng vào khoang, tăng tốc độ rót nóng chảy và nén chặt chất nóng chảy. Sức cản dòng chảy và tốc độ rót của TPU có liên quan chặt chẽ đến độ nhớt nóng chảy, và độ nhớt nóng chảy có liên quan trực tiếp đến độ cứng và nhiệt độ nóng chảy của TPU.

Nói cách khác, độ nhớt nóng chảy được xác định bởi nhiệt độ và áp suất, cũng như độ cứng và tốc độ biến dạng của TPU. Tốc độ cắt càng cao, độ nhớt càng thấp. Khi tốc độ cắt không đổi, độ cứng của TPU càng cao, độ nhớt càng lớn.

Khi tốc độ cắt không đổi, độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng, nhưng ở tốc độ cắt cao, độ nhớt không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nhiều như ở tốc độ cắt thấp. Áp suất phun của TPU thường là 20 ~ 110MPa. Áp suất giữ khoảng một nửa áp suất phun và áp suất ngược phải dưới 1,4MPa để làm cho TPU dẻo hóa đều.

Thời gian.

Thời gian cần thiết để thực hiện một lần phun được gọi là chu kỳ đúc. Chu kỳ đúc bao gồm thời gian cần thiết để đổ đầy khuôn, thời gian cần thiết để giữ khuôn, thời gian cần thiết để làm mát khuôn và các thời gian khác (như thời gian cần thiết để mở khuôn, lấy chi tiết ra khỏi khuôn và đóng khuôn), tất cả đều ảnh hưởng đến lượng công việc bạn có thể hoàn thành và mức độ bạn có thể sử dụng thiết bị của mình.

Chu kỳ đúc cho TPU thường được xác định bởi độ cứng của TPU, độ dày của chi tiết và hình dạng của chi tiết. Chu kỳ này ngắn đối với TPU cứng, dài đối với chi tiết dày và dài đối với chi tiết có nhiều hình dạng. Chu kỳ đúc cũng liên quan đến độ nóng của khuôn. Chu kỳ đúc cho TPU thường nằm trong khoảng từ 20 đến 60 giây.

Tốc độ tiêm

Tốc độ phun chủ yếu được xác định bởi cấu hình của sản phẩm TPU. Sản phẩm có mặt đầu dày yêu cầu tốc độ phun thấp hơn, trong khi sản phẩm có mặt đầu mỏng yêu cầu tốc độ phun nhanh hơn.

Tốc độ vít

Khi bạn xử lý sản phẩm TPU, bạn cần sử dụng tốc độ cắt thấp, vì vậy bạn cần sử dụng tốc độ vít thấp hơn. Tốc độ vít của TPU thường là 20 ~ 80 vòng / phút, và 20 ~ 40 vòng / phút là tốt hơn.

Xử lý tắt máy

Do TPU có thể bị phân hủy sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài, nên sau khi tắt máy, bạn cần vệ sinh bằng nhựa PS, PE, acrylic hoặc ABS; nếu thời gian tắt máy quá 1 giờ, bạn nên tắt chế độ gia nhiệt.

Hậu xử lý sản phẩm

TPU thường có sự kết tinh, định hướng và co ngót không đồng đều do quá trình hóa dẻo không đồng đều trong thùng hoặc tốc độ làm mát khác nhau trong khoang khuôn. Điều này dẫn đến ứng suất bên trong sản phẩm, rõ ràng hơn ở các sản phẩm có thành dày hoặc các sản phẩm có chèn kim loại.

Các sản phẩm có ứng suất bên trong  thường bị giảm tính chất cơ học trong quá trình lưu trữ và sử dụng, xuất hiện vệt bạc trên bề mặt, thậm chí biến dạng và nứt. Cách giải quyết những vấn đề này trong sản xuất là ủ sản phẩm. Nhiệt độ ủ phụ thuộc vào độ cứng của sản phẩm TPU.

Nhiệt độ ủ của sản phẩm có độ cứng cao cũng cao, nhiệt độ ủ của sản phẩm có độ cứng thấp cũng thấp. Nhiệt độ quá cao có thể khiến sản phẩm cong vênh hoặc biến dạng, nhiệt độ quá thấp không thể đạt được mục đích loại bỏ ứng suất bên trong.

Tái chế vật liệu tái chế.

Trong quá trình gia công TPU, các vật liệu thải như ống dẫn, ống phun và các bộ phận không đạt tiêu chuẩn có thể được tái chế và tái sử dụng. Theo kết quả thử nghiệm, vật liệu tái chế 100% không trộn lẫn với vật liệu mới không làm giảm đáng kể các tính chất cơ học và có thể được sử dụng đầy đủ.

Nhưng để duy trì các tính chất vật lý, cơ học và điều kiện phun ở mức tốt nhất, khuyến nghị tỷ lệ vật liệu tái chế là 25% đến 30%.

Điều kiện ép phun TPU chính xác giúp ngăn ngừa lỗi trong sản phẩm cuối cùng. Đúng

Việc tuân thủ các thiết lập nhiệt độ và áp suất lý tưởng sẽ duy trì các đặc tính của vật liệu và giảm các khuyết tật như cong vênh và bọt khí.

Bạn có thể sử dụng bất kỳ nhiệt độ khuôn nào cho TPU mà không ảnh hưởng đến kết quả. Sai

Nhiệt độ khuôn không chính xác có thể dẫn đến bề mặt hoàn thiện kém và các vấn đề về cấu trúc, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của phạm vi nhiệt độ cụ thể.

Những biện pháp phòng ngừa trong quá trình ép phun vật liệu TPU là gì?

Trong quá trình ép phun vật liệu TPU, cần chú ý cẩn thận đến nhiệt độ, tốc độ ép phun và điều kiện khuôn để đảm bảo chất lượng và độ đồng nhất của sản phẩm ở mức tối ưu.

Để ép phun TPU thành công, cần duy trì nhiệt độ chính xác, giảm thiểu độ ẩm và điều chỉnh tốc độ phun theo nhu cầu vật liệu, ngăn ngừa khuyết tật và đảm bảo kết quả chất lượng cao trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Sấy khô vật liệu.

Vì TPU dễ hấp thụ độ ẩm và dễ thủy phân, nếu nguyên liệu TPU không được sấy khô kỹ lưỡng, dễ gây ra khó khăn trong quá trình gia công. Bề mặt của sản phẩm ép phun sẽ có bọt khí hoặc vệt bạc, bề mặt của sản phẩm đùn sẽ xuất hiện tình trạng không đều, xỉn màu, bọt và xốp.

Để đảm bảo không có lỗi trong sản xuất và chất lượng sản phẩm, khuyến cáo nguyên liệu TPU phải được sấy khô hoàn toàn đến độ ẩm dưới 0,05% trước khi chế biến.

Nếu sử dụng bột carbon hoặc masterbatch để nhuộm, phải trộn hoàn toàn với chất tạo màu tự nhiên TPU và sấy khô cùng nhau. Nói chung, sử dụng máy sấy không khí tuần hoàn hoặc máy sấy hút ẩm để sấy TPU. Tùy thuộc vào độ cứng, nhiệt độ sấy khuyến nghị là 80-110℃ và thời gian sấy khoảng 3 giờ.

Xử lý vật liệu tái chế.

Vật liệu vòi phun, vật liệu máy giặt hoặc sản phẩm cuối cùng kém chất lượng có thể được nghiền nát và trộn với vật liệu mới, nhưng phải sấy khô lại trước khi sử dụng. Đối với một số yêu cầu vật lý cơ học, không thể sử dụng vật liệu tái chế trong quy trình ép phun.

Hơn 30% tổng số nguyên liệu thô. Vật liệu tái chế đùn ép nên được xử lý riêng hoặc thêm vào vật liệu ép phun mới. Ngoài ra, vật liệu tái chế không nên được lưu trữ quá lâu. Sử dụng đầu khô. Vật liệu thải không thể tái chế có thể được đốt để lấy nhiệt.

Kiểm soát tốc độ và áp suất phun.

Tốc độ và áp suất phun rất quan trọng đối với việc vật liệu TPU chảy và lấp đầy khuôn tốt như thế nào. Nếu tốc độ và áp suất quá cao, vật liệu có thể vỡ hoặc tạo bọt. Nếu tốc độ và áp suất quá thấp, vật liệu sẽ không lấp đầy khuôn tốt hoặc sản phẩm sẽ có bề mặt thô ráp. Vì vậy, bạn cần thiết lập tốc độ và áp suất phù hợp cho vật liệu và khuôn.

Kiểm soát nhiệt độ khuôn.

Nhiệt độ khuôn rất quan trọng đối với độ kết tinh và độ co ngót của vật liệu TPU. Nhiệt độ khuôn phù hợp có thể giúp vật liệu kết tinh và cải thiện các tính chất cơ học và độ ổn định kích thước của sản phẩm.

Nhưng nếu nhiệt độ khuôn quá cao, vật liệu có thể bị quá nhiệt và phân hủy hoặc bong bóng. Nếu nhiệt độ khuôn quá thấp, có thể gây ra vết chảy nguội hoặc vết co ngót trên bề mặt sản phẩm. Vì vậy, cần kiểm soát nhiệt độ khuôn chính xác để có được hiệu quả đúc tốt nhất.

Tránh gia nhiệt và cắt quá mức.

Vật liệu TPU có thể quá nóng và bị cắt quá nhiều khi bạn đang ép phun chúng. Điều này có thể khiến vật liệu không hoạt động tốt hoặc gây ra vấn đề. Vì vậy, bạn muốn đảm bảo rằng bạn không làm cho vật liệu quá nóng và bạn không cắt quá nhiều khi bạn đang ép phun nó để bạn không làm hỏng nó.

Duy trì môi trường ép phun sạch sẽ.

Độ sạch của môi trường ép phun rất quan trọng đối với chất lượng ép phun của vật liệu TPU. Nếu có tạp chất và vết dầu, chúng có thể bám vào bề mặt khuôn hoặc trộn vào vật liệu, điều này sẽ gây ra khuyết tật trên bề mặt sản phẩm hoặc làm giảm hiệu suất.

Do đó, cần phải giữ gìn môi trường ép phun sạch sẽ và thường xuyên vệ sinh, bảo dưỡng thiết bị và khuôn mẫu.

Ép phun TPU đòi hỏi phải quản lý nhiệt độ chính xác. Đúng

Tính chất nhiệt dẻo của TPU đòi hỏi phải điều chỉnh nhiệt độ liên tục để duy trì tính toàn vẹn của vật liệu và ngăn ngừa khuyết tật.

Tất cả các vật liệu TPU đều có thể được đúc trong cùng điều kiện. Sai

Các công thức TPU khác nhau có thể yêu cầu các cài đặt khác nhau về nhiệt độ, tốc độ và áp suất để đạt được kết quả mong muốn, điều này làm nổi bật nhu cầu về các điều kiện xử lý phù hợp.