Moldagem por Injeção de TPU: Material, Propriedades, Processo e Design

Moldagem por injeção de TPU

moldagem por injeção A tecnologia não se limita aos termoplásticos convencionais; ela também é aplicável a elastômeros, assim como a outros materiais. O TPU é um dos elastômeros de alto desempenho utilizados na moldagem por injeção de diversas peças e produtos. 

Os TPUs são flexíveis, resistentes à fadiga e duráveis, oferecendo alta resistência à tração. Se você trabalha com materiais de TPU para moldagem por injeção ou está considerando quais TPEs podem ser opções viáveis, este artigo fornece uma visão geral detalhada do processo de moldagem por injeção de TPU.

O que é o material Poliuretano Termoplástico (TPU)?

Material TPU 

O TPU é um elastômero termoplástico que oferece uma combinação de características da borracha e do plástico, incluindo um equilíbrio entre flexibilidade e resistência, resistência à abrasão e boa resistência mecânica. É compatível com sistemas de moldagem de termoplásticos padrão e pode ser moldado em peças e produtos complexos. 

A formação molecular do material TPU envolve um processo de polimerização por etapas. Isso significa que o polímero TPU é formado por meio de uma reação química gradual de diisocianatos, polióis e extensores de cadeia, juntamente com aditivos específicos.  

Além disso, grânulos de TPU brutos (com a cor desejada) são usados ​​para moldagem por injeção. 

Quais são as propriedades do poliuretano termoplástico? 

As propriedades podem variar, pois existe uma gama de TPUs, desde macios a rígidos e rígidos-duros. No entanto, é considerado um elastômero de alto desempenho, apresentando propriedades que combinam características da borracha e do plástico.

Os tipos de TPU para uso geral oferecem alta resistência à tração e ao rasgo, excelente alongamento na ruptura, resistência à abrasão, resistência química e estabilidade térmica de até 120 °C.

A seguir, a tabela abaixo apresenta as propriedades do material poliuretano termoplástico.

O processo de moldagem por injeção de TPU 

Moldagem de TPU

A moldagem por injeção de TPU é semelhante à moldagem por injeção de termoplásticos padrão, onde os grânulos são alimentados na tremonha. O cilindro alimentador derrete os grânulos e os transfere para o bico. O TPU fundido é então injetado em um molde de aço endurecido ou alumínio sob alta pressão. 

O material fluido captura os contornos da cavidade à medida que se solidifica, revelando a forma desejada na abertura e ejeção do molde.

Vamos analisar a lista de etapas envolvidas na moldagem de peças em TPU.

• Selecione um material TPU adequado com base no nível de dureza desejado.
• Configure os parâmetros da máquina de moldagem por injeção, como pressão, tamanho da injeção e controle de temperatura. 
• Alimente o funil com os grânulos de TPU para moldagem por injeção.
• Com a temperatura do cilindro controlada, injete o TPU fundido na cavidade do molde.
• Deixe o molde preenchido esfriar por um período predeterminado, garantindo que a peça solidifique uniformemente.
• Retire a peça de TPU solidificada do molde e aplique as operações de pós-processamento.
• Realizar as inspeções e medições necessárias para garantir o controle de qualidade.

Quais são as principais vantagens do TPU?

Como mencionado anteriormente, o TPU é um material elástico com considerável resistência. Além disso, o TPU oferece diversas outras vantagens na fabricação, incluindo resistência química, resistência aos raios UV, bom isolamento e aplicações industriais versáteis.

A seguir, a lista abaixo resume as principais vantagens do TPU:

• Resistência à abrasão: Os materiais de TPU rígido são altamente resistentes à abrasão.
• Natureza elástica: O TPU é um material elástico com excelente alongamento na ruptura, chegando a 700%.
• Resistência e durabilidade: Os TPUs são resistentes e podem durar até 10 anos.
• Apelo Estético: Uma variedade de opções de cores de TPU está disponível, e as peças mantêm seu acabamento e estética por muito tempo.
• Resistência aos raios UV: As propriedades originais não são comprometidas quando Peças moldadas por injeção de TPU estão expostos à luz solar ou a ambientes agressivos.
• Compatibilidade com baixas temperaturas: As peças de TPU podem funcionar em condições de temperaturas negativas, tão baixas quanto -50 °C.
• Absorção mínima de água: O TPU é hidrofóbico e possui uma taxa de absorção de água de aproximadamente 0.2%.
• Biocompatibilidade: Os TPUs, como o Exin RxT80A e o Quadrathane ALC, são biocompatíveis e seguros para uso médico.
• Resistência química: Os TPUs são resistentes a ácidos e álcalis fracos, óleos, graxas, hidrocarbonetos e alguns álcoois. 

TPU Vs Moldagem por injeção de uretano

Moldagem por injeção de TPU versus uretano

O uretano é um elastômero termofixo, enquanto o poliuretano é um elastômero termoplástico. Devido a essa diferença de material, ambos os processos de moldagem por injeção envolvem ferramentas de moldagem, pressão de injeção e precisão alcançável distintas.

A moldagem por injeção de uretano é frequentemente chamada de fundição ou moldagem de poliuretanos termofixos. Na fundição de uretano, normalmente são utilizados moldes de silicone, enquanto a moldagem de TPU envolve moldes de injeção metálicos.

A moldagem por injeção de TPU é preferida devido à sua precisão, estabilidade dimensional e durabilidade a longo prazo. Por outro lado, a moldagem de uretano é adequada para prototipagem com boa relação custo-benefício e produção em pequenos lotes.

Aplicações de peças moldadas por injeção de TPU 

Produtos de moldagem por injeção de TPU

As peças e os produtos moldados em TPU são utilizados em diversos setores, principalmente quando se exige flexibilidade e resistência ao desgaste. São aplicáveis ​​em várias indústrias, incluindo automotiva, eletrônica de consumo, médica, sistemas industriais e calçados. 

O TPU também é uma opção adequada para o processo de sobremoldagem, que o combina com plásticos rígidos como ABS e policarbonato. Vejamos a tabela abaixo com exemplos de aplicação de peças de TPU moldadas por injeção em diversos setores.

Diretrizes de projeto para moldagem por injeção de TPU 

projeto de molde de injeção de TPU

A precisão, a capacidade de fabricação, o custo de produção por peça e a qualidade geral de peças/produtos moldados por injeção de TPU são fortemente influenciados pelo projeto. Portanto, ao projetar peças de TPU e moldes de injeção, é preciso considerar diversos fatores-chave.

A seguir, vamos discutir as principais diretrizes de design para peças e moldes de injeção de TPU. 

Diretrizes de projeto de peças em TPU 

• Subsídio de encolhimento: Considere a contração do material TPU (0.2-2%) que ocorre após a solidificação do TPU no molde. 
• Espessura da parede da peça: A espessura inconsistente das peças moldadas pode causar defeitos como marcas de afundamento. Portanto, mantenha uma espessura uniforme (até 3 mm). 
• Cantos arredondados: Os raios (interno e externo) devem ser ≥ 0.5 × a espessura da parede, e cantos arredondados devem ser usados ​​para evitar a concentração de tensões.
• Características das costelas: Adicione nervuras à superfície de peças com altura < 3 x espessura da parede (t) para aumentar a resistência. 
• Ângulo de inclinação: Considere o ângulo de inclinação para a ejeção de peças sem defeitos, normalmente de 1 a 3°.

Diretrizes de projeto de moldes de injeção 

• Aberturas de ventilação: Considere a ventilação adequada no molde de injeção, com ranhuras que variam de 0.02 a 0.05 mm de diâmetro. É essencial evitar o aprisionamento de ar.
• Localização do portão: Posicione o ponto de injeção do molde onde a peça tiver a maior espessura. Isso facilita a compactação e a redução da tensão.
• Textura da superfície do mofo: A parede da cavidade do molde define a qualidade do acabamento da peça moldada em TPU. No entanto, evite o polimento excessivo, pois, caso contrário, a peça ficará difícil de desmontar.

Dicas para moldagem por injeção de TPU bem-sucedida

O controle da temperatura de moldagem, o uso de pressão e velocidade de injeção precisas, o resfriamento uniforme e a manutenção de uma pressão de retenção adequada são essenciais para o sucesso da moldagem por injeção de TUP. 

A seguir, algumas dicas úteis sobre moldagem por injeção TUP. 

• Controle preciso da temperatura do processo: Com base na qualidade do TPU, controle a temperatura de fusão (aproximadamente 180–230 °C) e a temperatura do molde (aproximadamente 30–60 °C).
• Pressão de injeção: Utilize uma faixa de pressão de 60 a 100 MPa a uma velocidade moderada.
• Garantir um resfriamento uniforme: Escolha um tempo de resfriamento mais longo e um sistema adequado para obter um resfriamento uniforme da peça moldada em TPU. 
• Pressão de retenção: Mantenha a contrapressão em cerca de 50 a 80% da pressão de injeção.

Desafios e soluções na moldagem por injeção de TPU

Embora o TPU seja facilmente moldável nos formatos desejados, existem alguns desafios relacionados à execução do processo, imprecisões dimensionais e acabamento, contração, abertura do molde e formação de rebarbas.

Vejamos a tabela abaixo, que descreve os desafios, as causas e as soluções da moldagem em TPU.

Resumindo 

Os materiais de TPU podem ser moldados por injeção em formatos complexos, com o uso de ferramentas de moldagem por injeção e variáveis ​​de processo adequadas. Diversas aplicações se beneficiam da moldagem de TPU, pois ele oferece uma combinação de alta elasticidade, resistência à abrasão, resistência ao impacto e durabilidade. 

Desde a fase inicial de projeto até a produção e o pós-processamento, é preciso considerar diversos fatores para alcançar resultados de alta qualidade. 

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Perguntas Frequentes

Qual é a desvantagem do TPU?

As principais desvantagens do material TPU incluem ciclos de moldagem mais lentos, dificuldades de processamento e sensibilidade à umidade.  

O TPU é um plástico ou uma borracha?

O TPU é um elastômero, um híbrido de plástico e borracha, que se comporta como borracha e pode ser processado como termoplásticos.