قولبة حقن البولي يوريثين الحراري: المادة، والخصائص، والعملية، والتصميم

صب حقن TPU

حقن صب لا تقتصر هذه التقنية على اللدائن الحرارية التقليدية فحسب، بل تشمل أيضاً المطاط الصناعي، بالإضافة إلى مواد أخرى. يُعدّ البولي يوريثين الحراري (TPU) أحد أنواع المطاط الصناعي عالية الأداء المستخدمة في قولبة الحقن لمختلف الأجزاء والمنتجات. 

تتميز مواد البولي يوريثان الحراري (TPU) بالمرونة ومقاومة الإجهاد والمتانة، مما يوفر قوة شد عالية. إذا كنت تعمل بمواد TPU في قولبة الحقن أو تفكر في خيارات اللدائن الحرارية المرنة (TPE) المناسبة، فستجد في هذه المقالة شرحًا مفصلًا لعملية قولبة الحقن لمواد TPU.

ما هي مادة البولي يوريثان الحراري (TPU)؟

مادة TPU 

مادة TPU هي مادة لدنة حرارية تجمع بين خصائص المطاط والبلاستيك، بما في ذلك التوازن بين المرونة والمتانة، ومقاومة التآكل، والقوة الميكانيكية الجيدة. وهي متوافقة مع أنظمة التشكيل الحراري القياسية، ويمكن تشكيلها إلى أجزاء ومنتجات معقدة. 

تتضمن عملية التكوين الجزيئي لمادة البولي يوريثان الحراري عملية بلمرة متدرجة. وهذا يعني أن بوليمر البولي يوريثان الحراري يتكون من خلال تفاعل كيميائي تدريجي بين ثنائي إيزوسيانات، وبوليولات، ومطيلات السلسلة، بالإضافة إلى إضافات محددة.  

علاوة على ذلك، يتم استخدام حبيبات TPU الخام (باللون المطلوب) في عملية التشكيل بالحقن. 

ما هي خصائص مادة البولي يوريثان الحرارية؟ 

تتفاوت خصائص مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) نظرًا لتنوع درجاتها من الليونة إلى الصلابة، وصولًا إلى الصلابة التامة. ومع ذلك، تُعتبر مادة مطاطية عالية الأداء، إذ تجمع خصائصها بين خصائص المطاط والبلاستيك.

توفر درجات الاستخدام العام من مادة البولي يوريثين الحراري قوة شد عالية وقوة تمزق عالية، واستطالة ممتازة عند الكسر، ومقاومة للتآكل، ومقاومة كيميائية، واستقرار حراري يصل إلى 120 درجة مئوية.

بعد ذلك، يعرض الجدول أدناه خصائص مادة البولي يوريثان الحرارية.

عملية قولبة حقن البولي يوريثين الحراري 

قولبة البولي يوريثين الحراري

تُشبه عملية حقن مادة TPU عملية حقن اللدائن الحرارية التقليدية، حيث تُغذى الحبيبات إلى القادوس. يقوم أنبوب التغذية بصهر الحبيبات ونقلها إلى الفوهة. ثم تُحقن مادة TPU المنصهرة في قالب من الفولاذ المقوى أو الألومنيوم تحت ضغط عالٍ. 

يلتقط المغذي المتدفق الخطوط العريضة للتجويف أثناء تصلبه، مما يكشف عن الشكل المطلوب عند فتح القالب وإخراج المنتج.

دعونا نلقي نظرة على قائمة الخطوات المتضمنة في عملية تشكيل أجزاء مادة البولي يوريثين الحراري (TPU).

• اختر درجة مناسبة من مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) بناءً على مستوى الصلابة المطلوب.
• قم بضبط معلمات آلة قولبة الحقن، مثل الضغط وحجم الحقنة والتحكم في درجة الحرارة. 
• قم بتغذية حبيبات البولي يوريثين الحراري (TPU) للحقن في القادوس
• مع التحكم في درجة حرارة الأسطوانة، يتم حقن مادة البولي يوريثين الحراري المنصهر في تجويف القالب.
• اترك القالب المملوء ليبرد لفترة زمنية محددة مسبقًا، مع التأكد من أن القطعة تتصلب بشكل موحد.
• قم بإخراج الجزء المتصلب من مادة TPU من القالب وقم بتطبيق عمليات المعالجة اللاحقة.
• إجراء عمليات التفتيش والقياسات اللازمة لضمان مراقبة الجودة.

ما هي أهم مزايا مادة TPU؟

كما ذكرنا سابقاً، فإن مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) مادة مرنة ذات متانة عالية. إضافةً إلى ذلك، توفر مادة TPU العديد من المزايا الأخرى في التصنيع، بما في ذلك مقاومة المواد الكيميائية، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، والعزل الجيد، والاستخدامات الصناعية المتعددة.

فيما يلي قائمة مختصرة بأهم مزايا وحدة معالجة الطاقة الحرارية (TPU):

• مقاومة التآكل: تتميز أنواع مادة TPU الصلبة بمقاومة عالية للتآكل.
• طبيعة مرنة: مادة TPU هي مادة مرنة ذات استطالة ممتازة عند الكسر، تصل إلى 700%.
• المتانة والصلابة: تتميز مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) بالمتانة ويمكن أن تدوم حتى 10 سنوات.
• نداء جمالي: تتوفر مجموعة متنوعة من خيارات ألوان مادة TPU، وتحافظ الأجزاء على مظهرها النهائي وجمالها لفترة طويلة.
• مقاومة للأشعة فوق البنفسجية: لا تتأثر الخصائص الأصلية عندما أجزاء مصبوبة بالحقن من مادة TPU تتعرض لأشعة الشمس أو البيئات القاسية.
• التوافق مع درجات الحرارة المنخفضة: يمكن لأجزاء TPU أن تعمل في ظروف ذات درجات حرارة سالبة، تصل إلى -50 درجة مئوية.
• الحد الأدنى من امتصاص الماء: مادة TPU كارهة للماء ولها نسبة امتصاص للماء تبلغ حوالي 0.2%.
• التوافق الحيوي: تعتبر البوليمرات الحرارية، مثل Exin RxT80A و Quadrathane ALC، متوافقة حيوياً وآمنة للاستخدام الطبي.
• مقاومة كيميائية: تتميز مواد البولي يوريثين الحراري بمقاومتها للأحماض والقلويات الخفيفة والزيوت والشحوم والهيدروكربونات وبعض أنواع الكحول. 

TPU مقابل حقن اليوريثين

قولبة حقن البولي يوريثين الحراري مقابل قولبة حقن اليوريثان

اليوريثان مادة مطاطية متصلبة حرارياً، بينما البولي يوريثان مادة مطاطية لدنة حرارياً. وبسبب هذا الاختلاف في المادة، تتطلب كلتا عمليتي التشكيل بالحقن أدوات قوالب مختلفة، وضغط حقن متباين، ودقة متفاوتة.

يُشار إلى عملية قولبة حقن اليوريثان عادةً باسم صب اليوريثان أو قولبة البولي يوريثان المتصلد حرارياً. في صب اليوريثان، تُستخدم عادةً قوالب السيليكون، بينما تتضمن قولبة البولي يوريثان الحراري استخدام قوالب حقن معدنية.

يُفضّل استخدام تقنية حقن البولي يوريثان الحراري (TPU) نظرًا لدقتها وثبات أبعادها ومتانتها على المدى الطويل. في المقابل، تُعدّ تقنية حقن اليوريثان مناسبة تمامًا لإنتاج النماذج الأولية بتكلفة منخفضة وإنتاج دفعات صغيرة.

تطبيقات أجزاء قولبة حقن البولي يوريثين الحراري 

منتجات قولبة حقن البولي يوريثين الحراري

تُستخدم الأجزاء والمنتجات المصنوعة من مادة البولي يوريثين الحراري المقولبة في قطاعات متنوعة، لا سيما عندما تكون المرونة ومقاومة التآكل مطلوبتين. وهي قابلة للتطبيق في صناعات مختلفة، بما في ذلك السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة الطبية والأنظمة الصناعية والأحذية. 

يُعد البولي يوريثين الحراري (TPU) خيارًا مناسبًا أيضًا لـ عملية الإفراط، والتي تجمعها مع المواد البلاستيكية الصلبة مثل ABS والبولي كربونات. دعونا نلقي نظرة على الجدول أدناه للاطلاع على أمثلة لتطبيقات أجزاء TPU المقولبة بالحقن في مختلف الصناعات.

إرشادات تصميم قولبة حقن البولي يوريثين الحراري 

تصميم قالب حقن مادة TPU

تتأثر دقة تصنيع الأجزاء/المنتجات المصنعة بتقنية حقن البولي يوريثان الحراري (TPU) وسهولة إنتاجها وتكلفة إنتاج كل قطعة وجودتها الإجمالية بشكل كبير بالتصميم. لذا، عند تصميم أجزاء TPU وقوالب الحقن، يجب مراعاة عدة عوامل رئيسية.

بعد ذلك، دعونا نناقش إرشادات التصميم الرئيسية لأجزاء وقوالب حقن مادة البولي يوريثين الحراري (TPU). 

إرشادات تصميم أجزاء TPU 

• بدل الانكماش: ضع في اعتبارك انكماش مادة البولي يوريثين الحراري (0.2-2٪) الذي يحدث بعد تصلب البولي يوريثين الحراري في القالب. 
• سُمك جدار الجزء: قد يؤدي عدم انتظام سماكة أجزاء القالب إلى ظهور عيوب مثل علامات الانكماش. لذلك، يجب الحفاظ على سماكة موحدة (حتى 3 مم). 
• زوايا مدورة: يجب أن تكون أنصاف الأقطار (الداخلية والخارجية) ≥ 0.5 × سمك الجدار، ويجب استخدام الزوايا المستديرة لمنع تركيز الإجهاد.
• مميزات الضلوع: أضف أضلاعًا إلى سطح الأجزاء التي يقل ارتفاعها عن 3 أضعاف سمك الجدار (t) لزيادة قوتها. 
• زاوية المسودة: ضع في اعتبارك زاوية السحب لإخراج الأجزاء بدون عيوب، وعادة ما تكون من 1 إلى 3 درجات.

إرشادات تصميم قوالب الحقن 

• فتحات التهوية: يجب مراعاة وجود فتحات تهوية مناسبة في قالب الحقن، يتراوح قطرها بين 0.02 و 0.05 مم. من الضروري منع انحباس الهواء.
• موقع البوابة: ضع بوابة القالب في الجزء ذي السماكة الأكبر. فهذا يساعد في التعبئة وتخفيف الإجهاد.
• ملمس سطح العفن: يُحدد جدار تجويف القالب جودة تشطيب قطعة البولي يوريثين الحراري المصبوبة. مع ذلك، تجنب التلميع المفرط؛ وإلا سيصعب إخراج القطعة.

نصائح لنجاح عملية حقن البولي يوريثين الحراري

يعد التحكم في درجة حرارة التشكيل، واستخدام ضغط وسرعة حقن دقيقين، والتبريد المنتظم، والحفاظ على ضغط التثبيت المناسب أمورًا ضرورية لنجاح عملية التشكيل بالحقن TUP. 

فيما يلي بعض النصائح المفيدة حول قولبة الحقن TUP. 

• التحكم الدقيق في درجة حرارة العملية: بناءً على درجة TPU، يتم التحكم في درجة حرارة الانصهار (حوالي 180-230 درجة مئوية) ودرجة حرارة القالب (حوالي 30-60 درجة مئوية).
• ضغط الحقن: استخدم نطاق ضغط من 60 إلى 100 ميجا باسكال بسرعة معتدلة.
• ضمان التبريد المتجانس: اختر وقت تبريد أطول ونظامًا مناسبًا لتحقيق تبريد موحد لقالب TPU. 
• يتمالك نفسه: حافظ على ضغط الارتداد عند حوالي 50-80% من ضغط الحقن.

التحديات والحلول في قولبة حقن البولي يوريثين الحراري

على الرغم من سهولة تشكيل مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) إلى الأشكال المطلوبة، إلا أن هناك بعض التحديات المتعلقة بتنفيذ العملية، وعدم دقة الأبعاد والتشطيب، والانكماش، وفتح القالب، وتكوين الزوائد.

دعونا نلقي نظرة على الجدول أدناه، الذي يوضح تحديات تشكيل مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) وأسبابها وحلولها.

وتلخيصا 

يمكن تشكيل مواد البولي يوريثين الحراري (TPU) بالحقن في أشكال معقدة، باستخدام أدوات قوالب الحقن المناسبة ومتغيرات العملية الملائمة. وتستفيد تطبيقات مختلفة من تشكيل البولي يوريثين الحراري، لما يوفره من مزيج من المرونة العالية، ومقاومة التآكل، وقوة تحمل الصدمات، والمتانة. 

من مرحلة التصميم المبكرة وحتى الإنتاج والمعالجة اللاحقة، يجب مراعاة عدة عوامل لتحقيق نتائج عالية الجودة. 

بالإضافة إلى ذلك، يمكنك التعاون مع Boda للحصول على قطع مصبوبة بالحقن من مادة TPU مصممة خصيصًا وفقًا لمواصفاتك. خدمات صب الحقن نوفر قطعًا بلاستيكية ومطاطية عالية الجودة بأسعار تنافسية.  

الأسئلة الشائعة

ما هي عيوب مادة TPU؟

تشمل العيوب الرئيسية لمادة البولي يوريثين الحراري دورات التشكيل الأبطأ، وصعوبات المعالجة، والحساسية للرطوبة.  

هل مادة TPU بلاستيك أم مطاط؟

مادة TPU هي مادة مرنة، وهي مزيج من البلاستيك والمطاط، وتتصرف مثل المطاط ويمكن معالجتها مثل المواد البلاستيكية الحرارية.