塑料工程师学会北京分会

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       由于其独特的形态学特征，不同的凹凸膜表面涂层可以有效地减少模具粘附。

       注塑是塑料大规模生产中最常用的技术之一。虽然高度培训的技术人员可以解决很多注射成型过程中所出现的问题，但模具粘附的不良现象仍然是一个很具挑战性的问题。此现象发生在模制部件和型腔表面之间的界面，对热塑性聚氨酯（TPU）进行注塑时时常发生，例如在生产运动鞋、靴子以及谷歌产品时。严重时，模具的粘附效果可以使模制产品难于从型腔释放。此外，由此引起的制品变形或裂纹也会导致收益下降，生产成本提高。

       在注塑过程中，减轻模具粘附有四种常见的做法。在前两种方法中，脱模剂被引入到树脂或型腔表面上。第三种方法是改进顶出系统。第四种方法在过去十年中被开发，它是指型腔表面的特殊处理。例如，研究表明，碳化钨、氮化钛（TiN）、类金刚石镀膜（DLC）和氮化铬（CrN的）涂层在聚丙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的注射成型过程中降低了脱模力。此外，一种薄的化学吸附氟碳膜已被用于降低PMMA注射成型时的脱模力。三种材料  ————  DLC、聚四氟乙烯和氟被引入到该薄膜涂层中以提高其疏水性。然而，迄今为止，克服TPU注塑过程中的粘附效应的研究并未出现。

       在我们的工作中，我们已经开发出了模具粘附力测试仪，它可在两种不同的模式下操作，即注射模式和拉伸模式。为了研究TPU特定的粘附效应，由于TPU是弹性体树脂，因此我们优先使用测试仪的拉伸模式。在过去，我们已经研究了涂覆在注塑腔表面并由此减轻粘附力的通用的涂层（即，电镀铬、特氟龙，氮化铬、氮化钛和DLC）。我们发现，基于铬的涂层能有效减轻TPU注射成型过程中的粘附力，但我们没有足够的数据来判断该涂层是否对所有TPU树脂有效。因此，在我们最近的工作中，我们研究了三种不同的TPU的粘附现象和不同涂层的释放机制。我们所使用的树脂（来自BASF）分别为酯（Elastollan S70A和Elastollan S74D）和醚（Elastollan 1174D）。

       作为我们研究的一部分，我们测量了TPU /涂层试样的粘附力、表面能和表面形态学特征。粘附力的测量（参见图1）显示出了不同涂层的表面质量所引起的粘附力的变化。对于基于铬的涂层，我们发现，单层和改性的CrN涂层有效地降低了粘附力，而多层的CrN涂层则是无效的。虽然DLC在涂层材料中摩擦系数最低，但我们发现，这种涂料在减轻三个TPU树脂的粘附力方面也是无效的。

图1  三种注射用热塑性聚氨酯（TPU）在经过不同的型腔处理后的粘附力变化。 （a）：Elastollan S70A（195℃）； （b）Elastollan S74D（220℃）；（c）Elastollan 1174D（2....