TPU 的溶液成型加工工艺主要有流延成膜、刷涂、浸渍和喷射。在成型过程中一般控制的工艺参数为TPU 溶液的固含量、黏度以及涂覆后的干燥速率等。
表4-6 美国路博润的TPU 牌号Estane TPU 溶剂的黏度和干燥速度
①黏度用15%固含量(质量)溶液测定;②干燥速度很慢的情况需加热干燥剂
表4-7 混合溶剂的Estane TPU 溶剂的黏度和干燥速度
①两种溶剂之比为50∶50,D 为稀释剂,S 为溶剂;②5702F2的D 和S 均为溶剂;③黏度用15%固含量(质量)溶液测定;④干燥速度很慢的情况需加热干燥。
1. 流延成膜工艺
流延成膜法生产的TPU 薄膜具有更薄且厚度均匀更好的优点。流延成膜法工艺过程是:将TPU 溶液涂布在可剥离的载体上,经过烘道加热干燥,进而熔融塑化成膜层冷却下来后,再从载体离型面上剥离下来卷取而成膜。载体可以是钢带、涂布硅橡胶的离型纸或辊筒。一些需要超薄且厚度平整特别优良的薄膜是把TPU 溶液流延在一个加热的水银池上面,经挥发去除溶剂成膜后,从水银面上捞起薄膜卷取而成。
流延成膜法具有如下特点。
(1)薄膜的厚度可以很小,一般为5 ~8 μm,使用水银为载体的薄膜为分子膜,其厚度可以低至3 μm 厚。
(2)薄膜的透明度高、内应力小,多用于光学性能要求很高的场合下,如安全玻璃的中间夹层膜等。
(3)薄膜厚度的均匀性好,不易掺混入杂质,薄膜质量好。
(4)溶剂流延膜由于没有受到充分的塑化挤压,分子距离大,结构比较疏松,薄膜的强度较低。
(5)生产成本高,能耗大、溶剂用量大,生产速率低。
2. 刷涂工艺
刷涂工艺主要用于TPU 溶剂型涂料的成型,是用刷子、刮刀、辊筒或空气叶片涂刷器等在制品表面进行涂刷TPU 溶液,并形成均匀涂层的一种方法。刷涂是一种应用最早、最普遍的涂装方法。
刷涂工艺的优点如下。
(1)涂料容易渗透被涂物表面的细孔,因而可加强对被涂面的附着力。
(2)对涂料的损耗小,节省物料成本,一般不需要遮盖工序。(www.xing528.com)
(3)适合小面积异形基层涂刷及局部修补。
(4)工具简单、易得、成本低。
刷涂工艺的缺点如下。
(1)涂刷效率低、施工人员劳动强度大。
(2)装饰性能差,涂层表面常出现刷痕、流柱等现象。
(3)成膜薄厚不均匀。
3. 浸渍工艺
浸渍工艺是通过浸渍设备将固体载体(要加工的制品)浸泡在TPU 溶液中,接触一定的时间后分离残液,这样,活性组分就以离子或化合物的形式附着在制品上。浸渍工艺常用来制备TPU 合成革,属于湿法合成革工艺,其工艺流程如图4-30 所示。浸渍法的基本原理,一方面是因为固体载体的孔隙与液体接触时,由于表面张力的作用而产生毛细管压力,使液体渗透到毛细管内部;另一方面是活性组分在载体表面上的吸附。为了增加浸渍量或浸渍深度,有时可预先抽空载体内空气而使用真空浸渍法;提高浸渍液温度(降低其黏度)和增加搅拌,效果相近。浸渍设备示意图如图4-31 所示。
图4-30 湿法合成革的工艺流程
浸渍法具有利用率高、用量少、成本低、可直接用既成外形与尺寸的载体等优点。常用的浸渍方法有过量浸渍法、等体积浸渍法、多次浸渍法、浸渍沉淀法。浸渍工艺应选择适当的溶剂或混合溶剂,以便控制干燥速度。
图4-31 浸渍设备示意图
1—台座;2—传动装置;3—调速电机;4—曲轴;5—浸渍板;6—连杆
4. 喷射工艺
喷射工艺是将TPU 溶液通过喷射机喷射于所需加工的制品上。喷射成型也称喷涂成型。喷涂技术有以下优点:①反应和固化速度快;②施工工艺简单,效率高;③涂层具有良好的拉伸强度和附着力等力学性能;④具有良好的热稳定性,在100 ℃下可长期使用。TPU 喷涂主要是以空气压力为动力使TPU 溶液液滴雾化,经喷嘴射在试件上的一种快速成型工艺。喷涂过程中有许多工艺参数对涂层的质量都有影响,主要工艺参数有压力、走枪速度、喷涂距离和初始温度等。不同的工艺参数对涂层质量的影响不同,需要分析它们是如何影响涂层的质量,并且控制它们的变化范围。
喷涂设备从喷涂原理上大致可分为空气喷涂设备、无空气喷涂设备和静电喷涂设备;以及上述基本喷涂设备派生的各种细化装置,如大流量低压力雾化喷涂设备、热喷涂设备、自动喷涂设备、组合喷涂设备等。TPU 溶液喷涂设备主要包括物料自动供应系统、输送系统、自动喷涂系统和送排风系统。
喷射成型对黏度的要求很高,物料黏度不可过大,黏度过大会导致喷出、雾化、浸润都出现问题,所以TPU 溶液的总固体量应在10%以下,以便于喷射。TPU 溶液供料装置可用空吸或加压的办法,因这两者对黏度的变化和溶剂挥发速度不敏感。
上述无论哪种TPU 溶液加工工艺去除溶剂均可用空气干燥和(或)加热干燥。工艺的选择取决于溶剂挥发性、成膜厚度和TPU 的种类,工艺设备选择亦决定于溶剂和干燥方法。
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