TPU 사출 성형: 재료, 특성, 공정 및 설계

TPU 사출 성형

사출 성형 이 기술은 기존의 열가소성 수지에만 국한되지 않고 엘라스토머 및 기타 재료에도 적용 가능합니다. TPU는 다양한 부품 및 제품의 사출 성형에 사용되는 고성능 엘라스토머 중 하나입니다. 

TPU는 유연하고 피로 저항성이 뛰어나며 내구성이 우수하고 높은 인장 강도를 제공합니다. 사출 성형 부품에 TPU 소재를 사용하거나 어떤 TPE 소재가 적합한지 고려 중이라면, 이 글에서 TPU 사출 성형 공정에 대한 자세한 개요를 확인할 수 있습니다.

 

열가소성 폴리우레탄(TPU) 소재란 무엇인가요?

TPU 소재 

TPU는 고무와 플라스틱의 특성을 결합한 열가소성 엘라스토머로, 유연성과 인성, 내마모성, 우수한 기계적 강도의 균형을 제공합니다. 표준 열가소성 성형 시스템과 호환되며 복잡한 부품 및 제품으로 성형할 수 있습니다. 

TPU 소재의 분자 형성은 단계적 중합 공정을 통해 이루어집니다. 즉, TPU 고분자는 디이소시아네이트, 폴리올, 사슬 연장제 및 특정 첨가제의 점진적인 화학 반응을 통해 형성됩니다.  

또한, 사출 성형에는 원하는 색상의 TPU 원료 펠릿이 사용됩니다. 

열가소성 폴리우레탄 소재의 특성은 무엇인가요? 

TPU는 부드러운 재질부터 단단한 재질, 그리고 매우 단단한 재질까지 다양한 등급으로 존재하기 때문에 그 특성은 다양할 수 있습니다. 하지만 TPU는 고무와 플라스틱의 특성을 결합한 고성능 엘라스토머로 여겨집니다.

일반 용도의 TPU는 높은 인장 강도 및 인열 강도, 우수한 파단 신장률, 내마모성, 내화학성, 그리고 최대 120°C까지의 열 안정성을 제공합니다.

다음으로, 아래 표는 열가소성 폴리우레탄 소재의 특성을 나타냅니다.

TPU 속성	전형적인 범위
밀도 (g / cm³)	1.10 – 1.30
융점(°C)	120-220
경도 (쇼어 A)	60A – 95A
인장 강도 (MPa)	20~50명 이상
인열강도(kN/m)	30 – 150
연신율	300 - 700 %
저온 유연성(°C)	-50 ~ -20
절연 파괴 전압(kV/mm)	24-40

 

TPU 사출 성형 공정 

TPU 성형

TPU 사출 성형은 호퍼에 펠릿을 공급하는 일반적인 열가소성 수지 사출 성형과 유사합니다. 공급 배럴에서 펠릿이 녹아 노즐로 이송됩니다. 녹은 TPU는 고압으로 경화된 강철 또는 알루미늄 금형에 주입됩니다. 

유동성 있는 공급 재료는 굳어지면서 캐비티의 윤곽을 포착하여 금형 개방 및 배출 시 원하는 형상을 드러냅니다.

TPU 부품 성형에 필요한 단계 목록을 살펴보겠습니다.

• 원하는 경도 수준에 따라 적합한 TPU 소재 등급을 선택하십시오.
• 사출 성형기의 압력, 사출량, 온도 제어 등의 매개변수를 설정합니다. 
• 사출 성형용 TPU 펠릿을 호퍼에 투입하십시오.
• 배럴 온도를 제어하면서 용융된 TPU를 금형 캐비티에 주입합니다.
• 채워진 금형을 미리 정해진 시간 동안 식혀서 부품이 균일하게 굳도록 하십시오.
• 경화된 TPU 부품을 금형에서 꺼내 후처리 작업을 수행합니다.
• 품질 관리를 위해 필요한 검사 및 측정을 실시하십시오.

 

TPU의 주요 장점은 무엇인가요?

앞서 언급했듯이 TPU는 상당한 인성을 지닌 탄성 소재입니다. 이 외에도 TPU 소재는 내화학성, 내자외선성, 우수한 절연성, 다양한 산업적 용도 등 제조 과정에서 여러 가지 이점을 제공합니다.

다음으로, 아래 목록은 TPU의 주요 장점을 간략하게 정리한 것입니다.

• 마모 저항 : 단단한 TPU 소재는 내마모성이 매우 뛰어납니다.
• 탄력적인 특성: TPU는 파괴 시 신장률이 최대 700%에 달하는 뛰어난 탄성 소재입니다.
• 견고성 및 내구성: TPU는 내구성이 뛰어나 최대 10년까지 사용할 수 있습니다.
• 심미적 매력: 다양한 TPU 색상 옵션을 사용할 수 있으며, 부품은 오랜 시간 동안 마감과 미관을 유지합니다.
• 자외선 저항성: 원래의 속성은 손상되지 않습니다. TPU 사출 성형 부품 햇빛이나 가혹한 환경에 노출됩니다.
• 저온 호환성: TPU 부품은 영하 50°C까지 내려가는 영하의 온도 환경에서도 작동할 수 있습니다.
• 최소한의 물 흡수: TPU는 소수성이며 수분 흡수율은 약 0.2%입니다.
• 생체 적합성: Exin RxT80A 및 Quadrathane ALC와 같은 TPU는 생체 적합성이 뛰어나고 의료용으로 안전하게 사용할 수 있습니다.
• 화학적 내성: TPU는 약산 및 약알칼리, 오일, 그리스, 탄화수소, 그리고 일부 알코올에 내성이 있습니다. 

 

TPU vs. 우레탄 사출 성형

TPU와 우레탄 사출 성형 비교

우레탄은 열경화성 엘라스토머이고, 폴리우레탄은 열가소성 엘라스토머입니다. 이러한 재질 차이로 인해 두 사출 성형 공정은 금형, 사출 압력, 그리고 달성 가능한 정밀도 면에서 서로 다릅니다.

우레탄 사출 성형은 열경화성 폴리우레탄의 우레탄 주조 또는 성형이라고도 합니다. 우레탄 주조에는 일반적으로 실리콘 금형이 사용되는 반면, TPU 성형에는 금속 사출 금형이 사용됩니다.

TPU 사출 성형은 정밀도, 치수 안정성 및 장기 내구성 측면에서 선호됩니다. 반면, 우레탄 성형은 비용 효율적인 시제품 제작 및 소량 생산에 적합합니다.

TPU 사출 성형 부품의 응용 분야 

TPU 사출 성형 제품

TPU 성형 부품 및 제품은 유연성과 내마모성이 요구되는 다양한 분야에서 활용됩니다. 자동차, 가전제품, 의료, 산업 시스템, 신발 등 다양한 산업 분야에 적용 가능합니다. 

TPU 또한 적합한 옵션입니다. 오버몰딩 공정ABS 및 폴리카보네이트와 같은 경질 플라스틱과 결합하는 방식입니다. 아래 표에서 사출 성형 TPU 부품이 다양한 산업 분야에 적용되는 사례를 살펴보겠습니다.

업종	애플리케이션 예제
자동차	케이블 재킷, 공기 흡입 호스, 연료 시스템 씰, 진동 감쇠 장치 및 커넥터 커버
신발류	신발 중창, 밑창, 뒤꿈치 보강재, 신발 생크, 쿠션 인서트
의료	카테터, 주사기 밀봉재, 호흡 마스크 부품, 펌프 다이어프램, 유체 이송 피팅
전자	스마트워치 밴드, 헤드폰 커버, 보호 케이스, 그립 패드, 스마트폰 케이스
산업용 장비	산업용 호스, 밀봉 링, 구동 벨트 가이드, 마모 패드, 컨베이어 벨트.
스포츠	스포츠 장비 케이스, 보호 패드, 스키 부츠 부품, 충격 흡수 인서트

 

TPU 사출 성형 설계 지침 

TPU 사출 금형 설계

TPU 사출 성형 부품/제품의 정밀도, 제조 용이성, 부품당 생산 비용 및 전반적인 품질은 설계에 크게 영향을 받습니다. 따라서 TPU 부품 및 사출 금형을 설계할 때는 여러 가지 핵심 요소를 고려해야 합니다.

다음으로 TPU 사출 부품 및 금형 설계에 대한 주요 지침에 대해 논의해 보겠습니다. 

TPU 부품 설계 가이드라인 

• 수축 허용치: TPU 소재가 금형 내에서 경화된 후 발생하는 수축률(0.2~2%)을 고려해야 합니다. 
• 부품 벽의 두께: 성형 부품의 두께가 일정하지 않으면 수축 자국과 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 따라서 두께를 균일하게 유지하십시오(최대 3mm). 
• 둥근 모서리: 반지름(내부 및 외부)은 벽 두께의 0.5배 이상이어야 하며, 응력 집중을 방지하기 위해 모서리를 둥글게 처리해야 합니다.
• 립 특징: 높이가 벽 두께(t)의 3배 미만인 부품 표면에 보강 리브를 추가하여 강도를 높이십시오. 
• 초안 각도: 부품의 무결점 배출을 위해서는 드래프트 각도를 고려해야 하며, 일반적으로 1~3°가 적당합니다.

사출 금형 설계 지침 

• 통풍구: 사출 금형에 0.02~0.05mm 직경의 슬롯을 만들어 적절한 통풍이 이루어지도록 하십시오. 공기 혼입을 방지하는 것이 필수적입니다.
• 출입구 위치: 금형 게이트는 부품의 두께가 가장 두꺼운 부분에 위치시켜야 합니다. 이는 패킹 및 응력 완화에 도움이 됩니다.
• 곰팡이의 표면 질감: 금형 캐비티의 벽면은 성형된 TPU 부품의 최종 품질을 결정합니다. 그러나 과도한 연마는 피해야 합니다. 그렇지 않으면 부품 분리가 어려워집니다.

TPU 사출 성형 성공을 위한 팁

TUP 사출 성형의 성공을 위해서는 성형 온도 제어, 엄격한 사출 압력 및 속도 사용, 균일한 냉각, 그리고 적절한 유지 압력 유지가 필수적입니다. 

TUP 사출 성형에 유용한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다. 

• 공정 온도를 정밀하게 제어하십시오: TPU 등급에 따라 용융 온도(~180~230°C)와 금형 온도(~30~60°C)를 제어하십시오.
• 주입 압력: 적당한 속도에서 60~100MPa의 압력 범위를 사용하십시오.
• 균일한 냉각을 보장하십시오: TPU 성형품의 균일한 냉각을 위해서는 더 긴 냉각 시간과 적절한 시스템을 선택하십시오. 
• 유지 압력: 주입 압력의 약 50~80% 수준으로 배압을 유지하십시오.

 

TPU 사출 성형의 과제와 해결책

TPU는 원하는 형태로 쉽게 성형할 수 있지만, 공정 실행, 치수 오차 및 마감, 수축, 금형 개방, 플래시 생성과 관련된 몇 가지 어려움이 있습니다.

아래 표는 TPU 성형의 어려움, 원인 및 해결책을 요약한 것입니다.

과제	원인	해법
버블	용융 TPU에 함유된 수분의 증발	TPU 펠릿을 녹이기 전에 완전히 건조시키십시오.
짧은 샷	얇거나 긴 부분에서 용융 점도가 높습니다.	용융 온도, 사출 압력 및 게이트 크기를 높이십시오.
탈형 난이도	액상 TPU의 금형 벽면 접착력.	드래프트(1~3°)를 추가하고, 캐비티를 연마하고, 이젝터 핀 배치를 최적화합니다.
뒤틀림	금형의 불균일한 냉각	균일한 냉각 채널을 설계하고 냉각 시간을 연장하십시오.
플래시 형성	과도한 주입 압력 또는 낮은 클램핑력	적절한 사출 압력과 금형 차단 공차를 사용하십시오.
흐름선	금형 온도 부적절 및 불안정한 유동	배럴 영역을 안정화하고 금형 온도를 약간 높이십시오.
변색	과열 또는 장시간 체류	배럴 온도를 낮추고 사이클 지연을 최소화하십시오.

합산 

TPU 소재는 적절한 사출 금형과 공정 변수를 사용하면 복잡한 형상으로 사출 성형할 수 있습니다. TPU는 높은 탄성, 내마모성, 충격 강도 및 내구성을 모두 갖추고 있어 다양한 응용 분야에서 성형에 유리합니다. 

초기 설계 단계부터 생산 및 후처리까지, 고품질 결과를 얻으려면 여러 요소를 고려해야 합니다. 

또한, 프로린테크와 협력하여 고객 사양에 맞춘 TPU 사출 성형 부품을 제작할 수 있습니다. 사출 성형 서비스 경쟁력 있는 가격으로 고품질 플라스틱 및 엘라스토머 부품을 제공합니다.  

 

자주 묻는 질문

TPU의 단점은 무엇인가요?

TPU 소재의 주요 단점으로는 성형 주기가 느리고, 가공이 어려우며, 습기에 민감하다는 점을 들 수 있습니다.  

TPU는 플라스틱인가요, 고무인가요?

TPU는 플라스틱과 고무의 혼합체인 엘라스토머로, 고무처럼 거동하면서 열가소성 수지처럼 가공할 수 있습니다.