1、16.02.2004,1,BASF(China)Company Limited Plastics Division,熱塑性聚氨酯(Thermoplastic PolyUrethane)材料特性 加工 應(yīng)用,16.02.2004,2,Part 1 世界上主要的供應(yīng)商: BASF集團(tuán) (Elastogran GmbH) Part 2 什么是TPU? Part 3 TPU的特性與用途 Part 4 TPU的加工,熱塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane)材料特性 加工 應(yīng)用,16.02.2004,3,全球最大的化工公司之一 雇員總數(shù)約9萬人 產(chǎn)品涵蓋化學(xué)品, 塑料, 功能化

2、學(xué)品, 農(nóng)產(chǎn)品, 精細(xì)化學(xué)品, 石油和天然氣 貫徹可持續(xù)發(fā)展的原則 以安全,健康和環(huán)保為己任 詳情請(qǐng)瀏覽,BASF集團(tuán),16.02.2004,4,巴斯夫中國有限公司,在大中華區(qū), 巴斯夫擁有超過2600名員工, 預(yù)計(jì)這一數(shù)字在今后幾年將翻一翻 在香港,上海,北京,廣州，南京,青島,臺(tái)北設(shè)有辦事處 在上海,南京,廣州,吉林,新竹, 10家獨(dú)資子公司和7家合資企業(yè)正在運(yùn)營 詳情請(qǐng)瀏覽,16.02.2004,5,Elastogran 公司,BASF集團(tuán)的全球性全資子公司 世界最大的TPU生產(chǎn)商之一, 年產(chǎn)量 約4萬公噸 位于德國西北部 萊姆菲爾德(Lemforde) 雇員 : 約1800 人 超過3

3、0年的聚氨酯專業(yè)生產(chǎn)廠家. 詳情請(qǐng)瀏覽,16.02.2004,6,Part 1 世界上主要的供應(yīng)商: BASF (Elastogran GmbH) Part 2 TPU的概念 Part 3 TPU的特性與用途 Part 4 TPU的加工,熱塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane)材料特性 加工 應(yīng)用,16.02.2004,7,TPU的概念,Hard- and soft segments in the same molecule in form of macromolecular segments (存在于同一個(gè)分子中的硬相和軟相 構(gòu)成大分子鏈段),T P U (Ure

4、thane): Elastollan TPEE (Etherester): 聚醚酯 TPES (Styrene): 苯乙烯聚合物 TPEA (EtherAmide): 聚醚酰胺,Hard- and soft segments are hetero- geneous distributed as elastomers and thermoplastics (硬分子和軟分子的異性分布構(gòu)成的 混合體),Elastollan Concept,16.02.2004,8,TPU的概念,Structur of block copolymere 基團(tuán)共聚彈性體的結(jié)構(gòu),Structure of elastome

5、r blends 混合型彈性體的結(jié)構(gòu),Elastomer(EPDM) 軟分子集團(tuán),Elastic Segment 分子的軟段,Thermoplastic Segment 分子的硬段,Thermoplast(PP) 硬分子集團(tuán),Elastollan Concept,16.02.2004,9,TPU的概念,硬度對(duì)比 (Elastollan 是BASF TPU 的注冊(cè)商標(biāo)),16.02.2004,10,TPU的概念,各種彈性體的性能對(duì)比,Elastollan Concept,16.02.2004,11,TPU的概念,Elastollan Concept,TPU Elastollan,1100 gra

6、des (耐水解, 耐微生物) (耐低溫),C grades(機(jī)械性能級(jí)) B grades(特殊耐低溫級(jí)) S grades(通用級(jí)) 500 grades(經(jīng)濟(jì)級(jí)) 600 grades(透明級(jí)),R grades (玻璃纖維增強(qiáng)級(jí)) (高模量高強(qiáng)度),Polyether-based TPU 聚醚型TPU,Polyester-based TPU 聚酯型TPU,Glass fibre reinforced TPU(玻璃纖維增強(qiáng)),16.02.2004,12,TPU的概念,Elastollan Concept,Elastollan S 64D 5 3 Elastollan 11 85A 1 0

7、,Nomenclature 命名法,16.02.2004,13,Part 1 世界上主要的供應(yīng)商: BASF (Elastogran GmbH) Part 2 什么是TPU? Part 3 TPU的特性與用途 Part 4 TPU的加工,熱塑性聚氨酯(Thermoplastic PolyUrethane)材料特性 加工 應(yīng)用,16.02.2004,14,TPU的特性,Very good flexibility and impact strenght Operate at low temperature at low temperatures 低溫柔韌 抗沖擊,High tear strengt

8、h 撕裂強(qiáng)度 Long life,Good resitance against oil and fuel 耐油 Use in this application,Processing with standard machines 通用加工性 No additional investment,Very good damping behaviour 耐濕氣 耐水解 Improved comfort; long life,Benefit,High tensile strength 拉伸強(qiáng)度 Reduction of wall thickness,Abrasion resistance 耐磨 Low w

9、ear,Elastollan properties,Elastollan 的優(yōu)點(diǎn),16.02.2004,15,TPU的特性,Elastollan properties,一般來講, A 適合于較軟材料, D 適合于 較硬材料. A與D的指標(biāo)有一定交迭(overlap):,硬度隨溫度的升高而降低. 標(biāo)準(zhǔn)測試硬度 的條件是23C 50%相對(duì)濕度(DIN 53505),硬度,硬度是TPU選型的基本指標(biāo) TPU一般采用邵氏(Shore)硬度A和D.,16.02.2004,16,Tensile strength拉伸強(qiáng)度,Elastollan properties,TPU的特性, MPa ,16.02.20

10、04,17,TPU的特性,Elastollan properties,Impact Strength 耐沖擊,Elastollan grade have outstanding low-temperature impact strength Elastollan 擁有卓越的低溫耐沖擊性, 即使是在有缺口存在時(shí).,16.02.2004,18,TPU的特性,Elastollan properties,Elastollan C 85 A,Elastollan 1185 A,Temperature C,Exposure time(暴露時(shí)間) h,16.02.2004,19,TPU的特性,Elastol

11、lan properties,Elastollan 1185 A,Elastollan C 85 A,Immersion time h,Temperature C,16.02.2004,20,TPU的特性,Elastollan properties,耐油性(浸泡在油中的膨脹),16.02.2004,21,良好的耐磨性 低磨擦損耗,TPU的特性,Surface of a TPU test piece after abrasion 經(jīng)過耐磨測試后的試片表面,High tensile strength 高拉伸強(qiáng)度 + High elasticity 高彈性,= High abrasion resis

12、tance 耐磨,Elastollan properties,16.02.2004,22,TPU的應(yīng)用,Elastollan applications,Extursion 擠出類,COMPOUND 與其它塑料共混,POM/ Elastollan -compound for cable fixing clips in automotive applications. To improve impact strength. 用ELASTOLLAN和POM共混的汽車用線纜固定夾, 其沖擊強(qiáng)度得到增強(qiáng).,Anthracite-coloured handle in a rubber compounds

13、has an agreeably soft feel Modification with Elastollan increases durability 用ELSATOLLAN共混后的手柄手敢柔軟舒適, 更耐用.,16.02.2004,23,TPU的應(yīng)用,Elastollan applications,Injection 注射類,OVERMOULDING 多次注射,More functional through Elastollan: multi-component parts More economic production. Elastollan can be combined with

14、engineering plastics to optimises the performance of the finished product. Over-moulded products enable more efficient production by reducing and simplifying production processes. ELASTOLLAN能夠與多種工程塑料共混, 達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品性能, 簡化加工過程的目的. Handles, for example for power tools, are given a better feel and become les

15、s easily soiled, with soft, scratchproof coverings of Elastollan. 例如工具手柄, ELASTOLLAN能夠提供舒適手感, 防污, 防刮擦的特性.,handle for power tools with Elastollan handle sheet (53 Shore A),Cover of a Laptop with Elastollan 1185,16.02.2004,24,TPU的應(yīng)用,Elastollan applications,Injection 注射類,OVERMOULDING 多次注射,Controller控制器

16、: Housing: PC Soft elements: Elastollan 1180 A10,Sealing for air filter 空氣過濾器密封件: Elastollan C60 A 10W Housing: PA6,手機(jī)天線 , 觸摸部位.,16.02.2004,25,TPU的應(yīng)用,Elastollan applications,Injection 注射類,OVERMOULDING 多次注射,Bonding of Hard-Soft combination,+ very good bonding; + good bonding; k.H. without bonding; %

17、not tested,16.02.2004,26,Part 1 世界上主要的供應(yīng)商: BASF (Elastogran GmbH) Part 2 什么是TPU? Part 3 TPU的特性與用途 Part 4 TPU的加工,熱塑性聚氨酯(Thermoplastic PolyUrethane)材料特性 加工 應(yīng)用,16.02.2004,27,TPU的加工,O = C= N - R - N = C = O + HO - R - OH,O = C = N - R - N - C O - R - OH,_,=,_,H,O,up to 230C,water = H-O-H,di-isocyanate 異

18、氰酸酯,Diol 醇,Urethane 脲,水在TPU加工中的降解作用(DEGRADATION),Elastollan Processing,16.02.2004,28,TPU的加工,Elastollan processing,粒狀的材料如果含有過多的水分將會(huì)導(dǎo)致加工問題，并降低成品的質(zhì)量。如果塑化的材料產(chǎn)生泡沫或者熔體中出現(xiàn)氣泡，表明材料中含有過多的潮氣（水分）。許多情況下，擠出(押出)法加工過程中如果輸出量發(fā)生波動(dòng)則很可能說明預(yù)干燥不充分。為了確保Elastollan加工的成品具有最佳的性能，在加工前，有必要對(duì)材料進(jìn)行干燥處理。干燥后的粒狀材料的水分含量不應(yīng)該超過0.02%(重量百分比).

19、 當(dāng)使用空氣循環(huán)爐進(jìn)行干燥處理時(shí)，顆粒的層高不應(yīng)該超過4厘米。如果使用除濕型空氣干燥器時(shí)，可以根據(jù)總的有效容量設(shè)置除濕的能力。 干燥后，顆粒狀材料應(yīng)該立即被儲(chǔ)存在能夠安全密封的干燥的容器中, 以免再次吸濕. 當(dāng)使用色母粒和添加劑時(shí)，必須確保它們是干燥的。因此，在干燥處理之前，最好先與顆粒材料預(yù)混，以確保整個(gè)產(chǎn)品是干燥的。 常規(guī)的空氣循環(huán)爐、真空干燥柜和除濕型空氣干燥器最適合用于進(jìn)行這種干燥處理。所建議的干燥參數(shù)請(qǐng)參見下表:,DRYING干燥,16.02.2004,29,TPU的加工,Elastollan processing,在我們的Elastollan系列產(chǎn)品中，所有等級(jí)的材料均能夠被著色。

20、基于TPU的濃縮色母粒最適合于這種用途。通常情況下，所添加的色母粒的配合比率是2%，然而，含有添加劑的Elastollan等級(jí)材料，例如阻燃型材料，可以要求提高配合比率，以便完全滿足顏色的深度。 非Elastollan的色母極有可能與Elastollan材料不相匹配。差的顏料會(huì)使著色不牢固，并導(dǎo)致差的表面和損害產(chǎn)品質(zhì)量。,COLORING著色,16.02.2004,30,TPU的加工,Elastollan processing,根據(jù)所使用的材料等級(jí)，Elastollan能夠在很廣的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加工。 對(duì)于所有天然的或合成的有機(jī)物質(zhì)，在一定溫度下均有可能發(fā)生分解作用。分解的速率將取決于所應(yīng)用的

21、溫度和所使用的材料?；旧?，當(dāng)ELASTOLLAN溫度超過230時(shí)，就有可能開始發(fā)生分解作用。當(dāng)彈性體熔化并暴露在空氣中時(shí)，就有可能釋放出蒸汽，并對(duì)工作場所造成影響。鑒于此，建議提供一個(gè)有效的抽吸排氣系統(tǒng)，尤其在熔體出口區(qū)。 Elastollan材料能夠完全發(fā)生反應(yīng)，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。因此，所產(chǎn)生的垃圾能夠運(yùn)往公共垃圾站或者垃圾焚燒廠進(jìn)行處置。應(yīng)該遵守政府對(duì)垃圾處置所做的規(guī)定。 進(jìn)一步的信息請(qǐng)參見我們的安全數(shù)據(jù)表(MSDS)。,HEALTH,SAFETY,DISPOSAL安全 健康 處理,16.02.2004,31,TPU的加工,Elastollan processing,MACHINE

22、DESIGN 機(jī)械設(shè)計(jì) 單螺紋、三段式螺桿注射成型機(jī)適合加工Elastollan材料。由于加工時(shí)TPU材料有很高的剪切應(yīng)力，因此，短壓縮段螺桿(突變式螺桿)不適用。 已經(jīng)證明，該種螺桿設(shè)計(jì)已得到成功應(yīng)用（參見上圖）： 壓縮比應(yīng)該大約為1：2，不應(yīng)該超過1：3。 自流噴嘴和自鎖噴嘴均適用, 但是應(yīng)該小心確保流體順利通過噴嘴. 應(yīng)該避免熔體可能堆積和變成燒焦的死角。,Injection processing 注射成型,Screw configuration 螺桿構(gòu)造,16.02.2004,32,TPU的加工,Elastollan processing,BARREL AND MELT TEMPERA

23、TURE料筒與熔體溫度 為了確保加工無任何故障產(chǎn)生以及持續(xù)獲得高質(zhì)量的制件，在料筒內(nèi)保持精確而恒定的溫度十分必要. 從進(jìn)料段至計(jì)量段，溫度的增加大致在1020范圍內(nèi)。噴嘴溫度應(yīng)該調(diào)節(jié)到適合熔體溫度。 Table 1 給出了各種硬度范圍內(nèi)所建議的料筒溫度：,Injection processing 注射成型,建議測量熔融材料的溫度，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)溫度控制器（參見Table 2):,16.02.2004,33,TPU的加工,Elastollan processing,SCREW SPEED螺桿轉(zhuǎn)速 Elastollan熔體對(duì)剪切敏感，過高的螺桿轉(zhuǎn)速會(huì)令產(chǎn)品性能降低。 螺桿轉(zhuǎn)速: 線速度低于 0.2米

24、/秒(M/S) 螺桿直徑(MM)*3.14*RPM/60/1000=線速度 例如當(dāng)螺桿直徑為40mm時(shí), 轉(zhuǎn)速120RPM是否合適? 40*3.14*120 / 60 / 1000 = 0.25 M/S (高于要求的0.2 M/S) 應(yīng)為:0.2*1000*60 / 40 / 3.14 = 95 RPM (對(duì)于40mm螺桿直徑, 建議轉(zhuǎn)速不要超過95 RPM) 如果注射加工被中斷的時(shí)間較長，剩余在料筒內(nèi)的材料將會(huì)變得過熱。因此，在恢復(fù)生產(chǎn)之前，需要清空料筒.,Injection processing 注射成型,16.02.2004,34,TPU的加工,Elastollan processing

25、,INJECTION PRESSURE,SPEED,CYCLE注射壓力 注射速度 注射周期 注射壓力和保壓壓力 這些因素均會(huì)影響尺寸穩(wěn)定性(收縮)以及成品鑄件的順利脫模。如果保壓壓力過低，可能會(huì)出現(xiàn)凹痕。如果注射壓力過高，那么將使脫模更加困難。 INJECTION PRESSURE 1001000 bar HOLDING PRESSURE 1001000 bar(稍低于注射壓力) 背壓 背壓會(huì)影響材料塑化的均勻性。由于材料易產(chǎn)生剪切，故不應(yīng)該設(shè)置的過高。 BACK PRESSURE 520 bar 注射速度 正確的注射速度取決于水口、制件的壁厚 和 熔體的流動(dòng)。在不影響其他條件下, 應(yīng)該盡可能

26、保持低速。 加工周期 加工周期取決于熔體的結(jié)晶形態(tài)和脫模特性。脫模時(shí)間主要由模具溫度、壁截面和材料的硬度決定。,Injection processing 注射成型,16.02.2004,35,TPU的加工,Elastollan processing,MOULD DESIGN模具設(shè)計(jì) 制作模具的材料 通常用于制作模具的材料，如鋼或合金鋼，也適合于Elastollan的模塑料加工。由有色金屬，主要是鋁，制成的模具也能夠成功地應(yīng)用于模塑加工。這些低成本的模具常常被用于制鞋業(yè)。 水口 最大水口直徑應(yīng)該不超過制件的最大壁厚。水口的直徑應(yīng)該適合噴嘴的尺寸，且超過噴嘴直徑0.5毫米。當(dāng)水口為直接澆口時(shí)應(yīng)該盡

27、量位于最大壁厚區(qū)域。 水口圓錐體應(yīng)該盡可能短，且具有最小6度的角度。 流道 Elastollan的熔化特性要求大口徑的流道，以避免局部產(chǎn)生剪切現(xiàn)象, 并能夠得到較大的壓力傳遞，以確保模具注滿。 對(duì)于Elastollan，采用圓形流道橫截面，將會(huì)達(dá)到最佳流量. (參見下頁) 如果采用熱流道, 那么應(yīng)該選擇外部加熱系統(tǒng)。內(nèi)部加熱系統(tǒng)不適用。 多制件模具需要一個(gè)平衡的流道系統(tǒng)。 (參見下頁) 澆口 Elastollan的澆口應(yīng)該較大，特別是制件較大或形狀復(fù)雜時(shí), 以確保充模順利, 適當(dāng)?shù)谋阂员苊獍己邸?Injection processing 注射成型,16.02.2004,36,TPU的加工,E

28、lastollan processing,Injection processing 注射成型,Balanced runner system平衡流道系統(tǒng),Runner cross section流道橫截面,Unfavourable 不合適的,Better 較好,Best 理想,MOULD DESIGN模具設(shè)計(jì),16.02.2004,37,TPU的加工,Elastollan processing,MOULD DESIGN模具設(shè)計(jì) 水口 Elastollan的水口應(yīng)該較大，以確保適當(dāng)?shù)谋３謮毫捅苊獍己? 通常所采用的設(shè)計(jì)包括錐形, 環(huán)形和薄膜水口。小的制件可以通過針孔(PIN)注塑. 由于材料具有

29、很高的彈性(不易拉斷)，以及可能產(chǎn)生的剪切應(yīng)力導(dǎo)致材料降解，因此不建議使用潛水水口。較軟的Elastollan材料尤其會(huì)產(chǎn)生這類問題。 排氣 在注射熔體過程中，空氣必須很容易地從模具鑄槽排出，以防止壓縮空氣造成燒焦的痕跡。0.020.05毫米深度的澆鑄通氣孔最好位于分型線上或嵌入件上。 模具表面光潔度 為了更加容易地脫模，尤其當(dāng)加工較軟的Elastollan材料時(shí)，建議模具表面的粗糙高度在大約2535um范圍內(nèi)。拋光的和鍍鉻的模具表面不太適合較軟的材料，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致粘模。 脫模 較低肖氏硬度范圍內(nèi)的Elastollan材料的彈性允許較大的強(qiáng)制脫模。經(jīng)驗(yàn)表明，小于5%的OverStretchin

30、g將不會(huì)導(dǎo)致永久性變形。 模具溫度控制 為了保證高質(zhì)量的模塑，有必要提供一個(gè)良好的模具溫度控制系統(tǒng)。模具的溫度會(huì)影響表面質(zhì)量、收縮和變形。 模具溫度的變化范圍在1570之間，這取決于Elastollan材料的等級(jí)和模具類型。 調(diào)整每半個(gè)模具的溫度可以避免制件可能發(fā)生的變形。,Injection processing 注射成型,16.02.2004,38,TPU的加工,Elastollan processing,Injection processing 注射成型,Cone錐形水口 Ring環(huán)形水口 Film gates薄膜水口 Vent channels排氣口: 0,020,05 mm Moul

31、d surface模具表面光潔度: 2535 mm,Cone gate,Ring gate,Film- gate,MOULD DESIGN模具設(shè)計(jì),16.02.2004,39,TPU的加工,Elastollan processing,Elastollan模塑的收縮受下列參數(shù)影響： 零件設(shè)計(jì) 壁厚 水口設(shè)計(jì) 加工條件，特別是熔化溫度、注射壓力、保持壓力、模具溫度。 收縮包括模塑收縮和后收縮（不僅發(fā)生在低溫退火期間，而且發(fā)生在鑄件的長期儲(chǔ)存期間). 正是由于這個(gè)原因，很難準(zhǔn)確地預(yù)測收縮率。 圖15給出了對(duì)應(yīng)于壁厚和肖氏硬度的非增強(qiáng)型Elastollan材料的總收縮率。 根據(jù)玻璃纖維的含量，玻璃纖維

32、增強(qiáng)型Elastollan材料顯示出沿流動(dòng)方向有0.050.20%的收縮率, 沿橫流方向有0.10.5%的收縮率.,Injection processing 注射成型,SHRINKAGE收縮,16.02.2004,40,TPU的加工,Elastollan processing,PROCESSING PARAMETERS加工工藝 PROCESSING TEMPERATURE加工溫度 下列是根據(jù)Elastollan系列材料的硬度而建議采用的溫度范圍：,EXTRUSION PROCESSING 擠出成型,SCREW SPEED螺桿速度 因?yàn)闊崴苄跃郯滨ナ羌羟忻舾行偷牟牧?，過高的螺桿速度將會(huì)降低產(chǎn)品的

33、性能。 最大螺桿轉(zhuǎn)度與螺桿直徑的關(guān)系: 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度 0.15 M/S,16.02.2004,41,TPU的加工,Elastollan processing,PROCESSING PARAMETERS加工工藝 MELT PRESSURE熔體壓力 熔體壓力取決于模頭設(shè)計(jì)和?？陂g隙，以及熔體溫度。一般情況下，接頭處的最大壓力為300帕，然而，在啟動(dòng)時(shí)可以達(dá)到最大1000帕的峰值壓力. 所以為了安全起見, 建議使用可變(速)螺桿驅(qū)動(dòng)裝置. CLEANING OF THE EXTRUDER擠壓機(jī)的清洗 當(dāng)改變材料或者連續(xù)操作數(shù)天后，建議清洗擠出機(jī)。 聚丙烯或者HDPE等加工溫度較高的材料適合用于清

34、洗螺桿。此外，有時(shí)有必要使用專用清洗劑。,EXTRUSION PROCESSING 擠出成型,16.02.2004,42,TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT設(shè)備要求 建議采用1：2至1：3，最好1：2.5壓縮比的單螺桿擠出機(jī)加工Elastollan材料。 我們的經(jīng)驗(yàn)表明，2530L/D比率的三段式螺桿最適宜。 三段式螺桿應(yīng)該有一個(gè)連續(xù)而恒定的1D螺距。 螺桿與柱筒之間的徑向間隙應(yīng)該為0.10.2毫米。,EXTRUSION PROCESSING 擠出成型,16.02.2004,43,TPU的加工,Elastollan processing,REQUIRMENT TO EQUIPMENT設(shè)備要求,EXTRUSION PROCESSING 擠出成型,16.0