【 Coating R & D center 】The Technical Application in Calendering Process of TPU Elastomer

December 03,2015
高鼎集團成立近30年,擁有豐富的經驗、專業的技術與人才,更秉持著綠色企業與保護環境的集團願景對於開發各種綠色環保產品不遺餘力,早在2010年即投入研究TPU壓延合成革技術,更在2014年推出全新TPU壓延環保產品本文即以TPU彈性體在壓延工藝的技術應用為主題,提供創新解決方案。同時也為TPU膠皮、薄膜、皮革製造生產提供了綠色環保、節能減碳以及全新的產品設計應用,並針對TPU壓延工藝特別重點介紹技術創新應用的情況。

一、壓延工藝簡介

壓延成型是熱塑性塑膠的主要成型方法之一,主要加工方式是壓延機將樹脂(塑膠)和各種添加劑透過密煉機或(萬馬力機)、及餵料機(或開煉機)捏煉塑化和過濾掉雜質後再通過兩個或兩個以上壓延輥之間隙加工成薄膜或片材,並調節壓延輥間隙用以控制產品的厚薄度,經由引離輥將產品從壓延機進行剝離或直接在線複合面料,最終在透過冷卻輥冷卻定型達到壓延所得製品,而其中壓延工藝成型以PVC使用最為常見。

PVC一直以來都是壓延工藝最主要的應用材料,使用塑化劑可輕易調整軟硬度外,並可添加大量的填充物、助劑、滑劑來改善部分性能與控制較低廉的花費成本。也因為大量塑化劑添加,不僅對生產線工人健康產生危害,排放的VOC(揮發性有機化合物)也影響空氣品質。

二、TPU壓延大行其道

熱可塑性聚氨酯彈性體(TPU)是由含NCO官能基的二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)和大分子多元醇、擴鏈劑共同反應聚合而成的高分子材料。它的分子結構是由二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)和擴鏈劑反應得到的剛性嵌段以及二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)和大分子多元醇反應得到的柔性鏈段交替構成的。工程師透過不同原料應用與比例調節,可使TPU彈性體具有優異的回彈性與物性,加上各種機械強度都非常優異,近年來在管材、線纜、傳送帶行業,TPU彈性體逐漸取代PVC的行業應用。

過去TPU彈性體一直無法透過壓延工藝生產,並被認定為不適合應用於壓延生產的材料,其主要原因為:
一、TPU加工過程造成機台扭力大,容易傷害傳動軸,造成設備負荷生產。
二、TPU塑化過程具有黏性,造成加工設備與傳送帶出現黏附現象,無法加工。
三、TPU加工範圍較窄,無法符合開放性質的壓延加工方式。

因此TPU彈性體在擠出、吹塑、流延、注塑工藝早已大幅應用加工行,而TPU在壓延工藝上的應用卻鮮少聽聞;也因此限制了TPU在壓延工藝領域的產品應用。
 
三、壓延級TPU特點工藝剖析3

高鼎精密材料股份有限公司致力於TPU開發生產近20年,經技術團隊三年研究,開發出TPU壓延級材料;全新壓延級TPU材料可完全適合現有壓延工藝生產符合100%綠色製程與100%環保產品,並具有塑化易加工不沾輥扭力低可壓紋高頻融接之壓延級產品定義。

 


四、TPU壓延成型工藝剖析

壓延工藝屬於一種多工序連續式生產製程,具有生產效率高、產量大、可在線複合之優點,雖然相對於其他工藝略顯複雜,一旦掌握生產條件後,其生產力卻是所有工藝之最,每小時可達到800~1000KG產量,是其他工藝無法媲美的。

(A) 塑化﹕透過密煉機(或萬馬力機)強烈的剪切作用使TPU各組份相互間充分剪切、混合、熔融,達到原材料混合均勻、溫度分佈均勻目的。
(BC)供料﹕採用開煉機與擠出機,通過傳遞裝置將塑化後的料供給壓延機,同時達到再塑化之作用。
(D) 壓延﹕使用壓延機在設置的溫度梯度內調整輥輪間距,將TPU壓擠成預定尺寸的薄膜或片材,或搭配底布進行在線複合,得到複合面料產品。
(EF)壓花﹕採用壓花輥和橡膠輥共同作用,使製品表面得到一定的花紋,再經由冷卻輥降溫定型、切割收捲。
 


TPU壓延機台設備(圖片來源:高鼎精密材料股份有限公司)
 
 機台  A B C D E F
  密煉機     開煉機     擠出機    壓延機    冷卻輥     收卷機  


 
五、TPU壓延產品應用

透過TPU彈性體性能改良,已可克服過去壓延工藝的限制,TPU彈性體透過壓延工藝最大優點在於可實現在線TPU複合面料產品;TPU複合面料就是用TPU薄膜複合在各種面料上形成一種複合材料,結合兩者的特性得到一種新型面料。
TPU複合面料過去採用後貼方式達成,意即先做成TPU薄膜後再與面料上膠貼合,主要由外部購買TPU薄膜後自行上膠貼合;而另一種在線複合,意即在面料上已塗好膠水或者不上膠,TPU直接透過壓延工藝將薄膜複合在面料上,做成TPU複合面料或者夾網布與皮革製品。

六、TPU壓延革定義

TPU壓延革意即透過壓延生產工藝製得皮革,高鼎精密材料攻克壓延工藝對TPU材料的限制,不僅止於生產膠皮複合產品,更可直接透過壓延工藝生產100%環保皮革製品。
並非所有TPU彈性體都可應用於壓延製程,並非所有TPU壓延級產品都可生產皮革。對於TPU壓延革應具備下列定義:
.皮革在整體生產過程不危害環境、不對環境造成汙染負擔。
.皮革在生產過程無毒無味,並且在終端應用不可對人體產生傷害。
.皮革具有生物降解性質,並且分解後不污染環境。

對於新一代皮革製程,將訴求更環保、更節能、對環境友善、可回收利用為方向。而在環保皮革議題上,現今市場上也具有許多解決方案提供參考。
然而從性價比考量,在沿用現有壓延設備考量的投資成本,與TPU產品當前的成熟度之性能指標,TPU壓延革無非是最快可替代污染製程的最佳解決方案。
 
七、TPU壓延革優勢

針對合成革/人造革汙染問題,高鼎精密材料開發出TPU壓延環保革材料;全新壓延級TPU材料,可完全解決傳統PVC人造革/PU合成革的環境污染問題與缺點,採用壓延級TPU材料生產的壓延環保革具有以下優勢:
  • 環境友善材料
  • TPU屬於生物可降解,不會衍生環境新污染無色、無毒、無味環保材料不含塑化劑、重金屬物質。
 
  • 製程友善且合格率高
  • 採用壓延級TPU材料生產皮革,沒有VOC(揮發性有機化合物)排放問題,生產過程不使用任何有機溶劑與塑化劑,所得TPU環保合成革無有機溶劑殘留問題(DMF、甲苯、丁酮),生產製程環保,所產生的廢水、廢棄、廢棄物量少(可回收再製)對於生產線操作人員不具有危害。
 
  • 可替代PVC人造革/PU合成革
  • 產品的物性與耐磨擦、耐刮擦性能更是優於現有PVC人造革TPU壓延革產品應用廣泛,舉凡箱包、鞋材、牆面裝飾、沙發、汽車內飾...等均可替代傳統PVC人造革與PU合成革相關應用。
 
  • 沿用現有壓延設備  不必重複投資
  • TPU壓延環保革可採用PVC人造革生產製程,生產廠商無須再投資購買或改造設備成本,既有PVC人造革生產設備即可直接生產。
 
  • 轉型升級、提升品牌價值
  • TPU壓延環保革具有優良物理性能與廣泛的產品應用,可完全採用PVC人造革工藝設備生產TPU壓延環保革,進行產業轉型升級,對於皮革產品價值更能提高另一層次。
 
八、結論

秉持著成為綠色產品的領航者的信念,高鼎精密材料所推出的TPU壓延系列產品不僅採用環保製程、材料,且無溶劑與VOC此類有害物質留存問題,也不會對操作人員造成危害,更可減省轉換設備成本,更重要的是能勢用的企業提升品牌價值、產業升級。有鑑於現今環保議題逐漸成為社會大眾所關注的焦點、多數國家的環保規範與政策也趨於嚴格,未來的產業趨勢必以"綠色"為重點發展,相信現在正是迎向綠色材料的新時刻,使用高鼎集團TPU壓延產品的最佳時機!
 
高鼎集團1988年成立,於2015年正式更名為『高鼎精密材料股份有限公司(Coating P. Materials Co., Ltd.)』,深耕聚氨酯(Polyurethane)行業,專業生產TPU膠粒、PU樹脂/PU接著劑等環保材料,各系列產品廣泛應用於食衣住行育樂各種日常生活用品,從食品包裝、功能性紡織加工、傢(廚)俱建材加工、汽車零件組裝、運動用品材料、電線電纜至醫療材料應用等。高鼎一直是客戶的忠實夥伴,除了為國際知名品牌企業提供環境友善的化學材料,並以專業技術支援與共同開發的模式協助客戶品牌企業,提昇產品品牌與企業價值。我們的產品發展與社會責任和環境友善相結合,透過不斷研究發展與創新,協助我們的客戶滿足當前及未來市場對環境友善材料的需求。

以上文章刊登於CPRJ10/11月刊與《人造革合成革信息》雜誌9月刊,由於近年來塑料、橡膠產業積極朝環保發展,且因應全球環保趨勢,高鼎精密投入TPU壓延之發展技術已有成功成果,可實際應用於合成皮革類相關製品,未來高鼎將積極研發更優質的產品,以滿足客戶的需求!
 
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