Introdução: A moldagem por injeção é o principal processo na fabricação de embalagens para cosméticos. Frequentemente, a primeira etapa do processo é a moldagem por injeção, que determina diretamente a qualidade e a produtividade do produto. O planejamento do processo de moldagem por injeção deve considerar sete fatores: contração, fluidez, cristalinidade, termossensibilidade e hidrólise do plástico, fissuração por tensão e fratura por fusão, desempenho térmico e taxa de resfriamento, e absorção de umidade. Este artigo foi escrito porpacote arco-íris de XangaiCompartilhe o conteúdo relevante desses 7 fatores para referência de seus amigos na cadeia de suprimentos da Youpin:
Moldagem por injeção
A moldagem por injeção, também conhecida como moldagem por injeção, é um método de moldagem que combina injeção e moldagem por compressão. As vantagens do método de moldagem por injeção são a alta velocidade de produção, a alta eficiência, a possibilidade de automação da operação, a variedade de cores, a possibilidade de criar formatos que variam de simples a complexos, e a capacidade de produzir peças de tamanhos variados, com precisão dimensional. O produto é fácil de atualizar e permite a fabricação de peças com formatos complexos. A moldagem por injeção é adequada para a produção em massa e para o processamento de peças com formatos complexos. A uma determinada temperatura, o material plástico completamente derretido é agitado por uma rosca, injetado na cavidade do molde sob alta pressão e resfriado e solidificado para obter o produto moldado. Este método é adequado para a produção em massa de peças com formatos complexos e é um dos métodos de processamento mais importantes.
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Encolhimento
Os fatores que afetam a contração na moldagem de termoplásticos são os seguintes:
1) Tipos de plástico: Durante o processo de moldagem de plásticos termoplásticos, ainda ocorrem alterações de volume causadas pela cristalização, forte tensão interna, grande tensão residual acumulada nas peças plásticas, forte orientação molecular e outros fatores. Assim, em comparação com os plásticos termofixos, a taxa de contração é maior, a faixa de contração é mais ampla e a direcionalidade é mais evidente. Além disso, a contração após a moldagem, recozimento ou condicionamento de umidade é geralmente maior do que a dos plásticos termofixos.
2) Características da peça plástica. Quando o material fundido entra em contato com a superfície da cavidade, a camada externa resfria imediatamente, formando uma casca sólida de baixa densidade. Devido à baixa condutividade térmica do plástico, a camada interna da peça plástica resfria lentamente, formando uma camada sólida de alta densidade com grande contração. Portanto, a espessura da parede, o resfriamento lento e a espessura da camada de alta densidade sofrerão maior contração.
Além disso, a presença ou ausência de insertos, bem como a disposição e a quantidade destes, afetam diretamente a direção do fluxo do material, a distribuição da densidade e a resistência à contração. Portanto, as características das peças plásticas têm um impacto maior na contração e na direcionalidade do fluxo.
3) Fatores como a forma, o tamanho e a distribuição da entrada de alimentação afetam diretamente a direção do fluxo de material, a distribuição da densidade, a manutenção da pressão, o efeito de contração e o tempo de moldagem. Entradas de alimentação diretas e entradas com grandes seções transversais (especialmente as mais espessas) apresentam menor contração, mas maior diretividade, enquanto entradas mais curtas, com menor largura e comprimento, apresentam menor diretividade. As entradas próximas à entrada de alimentação ou paralelas à direção do fluxo de material sofrerão maior contração.
4) Condições de moldagem: A temperatura do molde é alta, o material fundido esfria lentamente, a densidade é alta e a contração é grande. Especialmente para materiais cristalinos, a contração é maior devido à alta cristalinidade e às grandes variações de volume. A distribuição da temperatura do molde também está relacionada ao resfriamento interno e externo e à uniformidade da densidade da peça plástica, o que afeta diretamente o tamanho e a direção da contração de cada peça.
Além disso, a pressão e o tempo de recalque também têm um impacto maior na contração, sendo que a contração é menor, mas a direção é maior quando a pressão é alta e o tempo é longo. Quando a pressão de injeção é alta, a diferença de viscosidade do material fundido é pequena, a tensão de cisalhamento entre as camadas é pequena e o retorno elástico após a desmoldagem é grande, de modo que a contração também pode ser reduzida em uma quantidade adequada. Quando a temperatura do material é alta, a contração é grande, mas a direção é pequena. Portanto, ajustar a temperatura do molde, a pressão, a velocidade de injeção e o tempo de resfriamento durante a moldagem também pode alterar adequadamente a contração da peça plástica.
Ao projetar o molde, levando em consideração a faixa de contração de vários plásticos, a espessura e o formato da parede da peça plástica, o tamanho e a distribuição da forma de entrada, a taxa de contração de cada parte da peça plástica é determinada com base na experiência, e então o tamanho da cavidade é calculado.
Para peças plásticas de alta precisão e quando é difícil controlar a taxa de contração, os seguintes métodos devem ser geralmente utilizados para projetar o molde:
Utilize uma taxa de contração menor para o diâmetro externo da peça plástica e uma taxa de contração maior para o diâmetro interno, de forma a permitir correções após o molde de teste.
Os moldes de teste determinam a forma, o tamanho e as condições de moldagem do sistema de canais de alimentação.
As peças plásticas a serem pós-processadas são submetidas a um processo de pós-processamento para determinar a alteração dimensional (a medição deve ser feita 24 horas após a desmoldagem).
Corrija o molde de acordo com a contração real.
Repita o processo com o molde e ajuste as condições do processo para modificar ligeiramente o valor da contração, de forma a atender aos requisitos da peça plástica.
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fluidez
1) A fluidez dos termoplásticos pode ser geralmente analisada a partir de uma série de índices, como peso molecular, índice de fluidez, comprimento de escoamento da espiral de Arquimedes, viscosidade aparente e relação de fluxo (comprimento do processo/espessura da parede da peça plástica).
Baixo peso molecular, ampla distribuição de peso molecular, baixa regularidade da estrutura molecular, alto índice de fluidez, longo comprimento de fluxo espiral, baixa viscosidade aparente, alta taxa de fluxo, boa fluidez; plásticos com o mesmo nome de produto devem ter suas instruções verificadas para determinar se sua fluidez é adequada para moldagem por injeção.
De acordo com os requisitos de projeto de moldes, a fluidez dos plásticos comumente usados pode ser dividida em três categorias principais:
Boa fluidez PA, PE, PS, PP, CA, poli(4) metilpenteno;
Resinas de poliestireno de fluidez média (como ABS, AS), PMMA, POM, éter de polifenileno;
Baixa fluidez: PC, PVC rígido, éter de polifenileno, polissulfona, poliarilsulfona, fluoroplásticos.
2) A fluidez de diversos plásticos também se altera devido a vários fatores de moldagem. Os principais fatores que influenciam essa variação são os seguintes:
① Temperaturas mais elevadas aumentam a fluidez do material, mas diferentes plásticos apresentam diferenças, como o PS (especialmente aqueles com alta resistência ao impacto e maior valor de MFR), PP, PA, PMMA, poliestireno modificado (como ABS, AS), PC, CA e outros plásticos. A fluidez destes últimos varia bastante com a temperatura. Para PE e POM, o aumento ou a diminuição da temperatura tem pouco efeito sobre a fluidez. Portanto, para o PE, a temperatura deve ser ajustada durante a moldagem para controlar a fluidez.
②Quando a pressão da moldagem por injeção é aumentada, o material fundido é submetido a um maior efeito de cisalhamento, e a fluidez também aumenta, especialmente o PE e o POM, que são mais sensíveis. Portanto, a pressão de injeção deve ser ajustada para controlar a fluidez durante a moldagem.
③ A forma, o tamanho, o layout, o projeto do sistema de refrigeração da estrutura do molde, a resistência ao fluxo do material fundido (como o acabamento da superfície, a espessura da seção do canal, o formato da cavidade, o sistema de exaustão) e outros fatores afetam diretamente a fluidez real do material fundido no interior da cavidade. Se o material fundido for aquecido a temperaturas mais baixas e a resistência ao fluxo aumentar, a fluidez diminuirá. Ao projetar o molde, uma estrutura adequada deve ser selecionada de acordo com a fluidez do plástico utilizado.
Durante a moldagem, a temperatura do material, a temperatura do molde, a pressão de injeção, a velocidade de injeção e outros fatores também podem ser controlados para ajustar adequadamente as condições de preenchimento e atender às necessidades da moldagem.
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Cristalinidade
Os termoplásticos podem ser divididos em plásticos cristalinos e plásticos não cristalinos (também conhecidos como amorfos), de acordo com a ausência de cristalização durante a condensação.
O chamado fenômeno de cristalização refere-se ao fato de que, quando o plástico passa do estado fundido para o estado de condensação, as moléculas se movem independentemente e ficam completamente desordenadas. As moléculas param de se mover livremente, assumem uma posição ligeiramente fixa e tendem a formar um arranjo molecular regular. Esse fenômeno ocorre quando...
Os critérios de aparência para avaliar esses dois tipos de plásticos podem ser determinados pela transparência das peças plásticas de paredes espessas. Geralmente, materiais cristalinos são opacos ou translúcidos (como o POM, etc.), e materiais amorfos são transparentes (como o PMMA, etc.). Mas existem exceções. Por exemplo, o poli(4)metilpenteno é um plástico cristalino, mas possui alta transparência, e o ABS é um material amorfo, mas não transparente.
Ao projetar moldes e selecionar máquinas de moldagem por injeção, atente-se aos seguintes requisitos e precauções para plásticos cristalinos:
O calor necessário para elevar a temperatura do material até a temperatura de moldagem exige muita energia, e são necessários equipamentos com grande capacidade de plastificação.
Uma grande quantidade de calor é liberada durante o resfriamento e a reconversão, portanto, o sistema deve ser resfriado suficientemente.
A diferença de densidade específica entre o estado fundido e o estado sólido é grande, a contração na moldagem é grande e há tendência à ocorrência de contração e poros.
Resfriamento rápido, baixa cristalinidade, pequena contração e alta transparência. A cristalinidade está relacionada à espessura da parede da peça plástica; quanto mais espessa a parede, mais lento o resfriamento, maior a cristalinidade, maior a contração e melhores as propriedades físicas. Portanto, a temperatura do molde para materiais cristalinos deve ser controlada conforme necessário.
A anisotropia é significativa e a tensão interna é elevada. As moléculas que não se cristalizam após a desmoldagem tendem a continuar a cristalizar, encontram-se em um estado de desequilíbrio energético e são propensas à deformação e ao empenamento.
A faixa de temperatura de cristalização é estreita, e é fácil ocorrer a injeção de material não fundido no molde ou o bloqueio da porta de alimentação.
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Plásticos sensíveis ao calor e plásticos facilmente hidrolisáveis
1) Sensibilidade ao calor significa que alguns plásticos são mais sensíveis ao calor. Eles podem ser aquecidos por um longo período a altas temperaturas ou se a abertura de alimentação for muito pequena. Quando o efeito de cisalhamento é grande, a temperatura do material aumenta facilmente, causando descoloração, degradação e decomposição. Esse tipo de plástico é chamado de plástico termossensível.
Plásticos sensíveis ao calor, como PVC rígido, cloreto de polivinilideno, copolímero de acetato de vinila, POM, policlorotrifluoroetileno, etc., produzem monômeros, gases, sólidos e outros subprodutos durante a decomposição. Em particular, alguns gases de decomposição têm efeitos irritantes, corrosivos ou tóxicos para o corpo humano, equipamentos e moldes.
Portanto, deve-se atentar para o projeto do molde, a seleção da máquina de moldagem por injeção e o processo de moldagem. Deve-se utilizar uma máquina de moldagem por injeção com parafuso. A seção do sistema de vazamento deve ser grande. O molde e o cilindro devem ser cromados. Adicione estabilizante para reduzir a sensibilidade térmica.
2) Mesmo que alguns plásticos (como o PC) contenham uma pequena quantidade de água, eles se decompõem sob alta temperatura e pressão. Essa propriedade é chamada de fácil hidrólise, o que exige aquecimento e secagem prévios.
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Fissuração por tensão e fratura por fusão
1) Alguns plásticos são sensíveis à tensão. Eles são propensos a tensões internas durante a moldagem e são quebradiços e fáceis de rachar. As peças de plástico podem rachar sob a ação de força externa ou solvente.
Por essa razão, além de adicionar aditivos às matérias-primas para melhorar a resistência à fissuração, deve-se atentar para a secagem das matérias-primas e selecionar condições de moldagem adequadas para reduzir a tensão interna e aumentar a resistência à fissuração. Deve-se também escolher um formato adequado para as peças plásticas, evitando a instalação de insertos e outras medidas para minimizar a concentração de tensões.
Ao projetar o molde, o ângulo de desmoldagem deve ser aumentado e um mecanismo de alimentação e ejeção adequados devem ser selecionados. A temperatura do material, a temperatura do molde, a pressão de injeção e o tempo de resfriamento devem ser ajustados adequadamente durante a moldagem, e deve-se evitar a desmoldagem quando a peça plástica estiver muito fria e quebradiça. Após a moldagem, as peças plásticas também devem ser submetidas a um pós-tratamento para melhorar a resistência a trincas, eliminar tensões internas e impedir o contato com solventes.
2) Quando um polímero fundido com uma determinada taxa de fluxo passa pelo orifício do bico a uma temperatura constante e sua taxa de fluxo excede um certo valor, surgem fissuras laterais visíveis na superfície do material fundido, chamadas de fraturas por fusão, que danificam a aparência e as propriedades físicas da peça plástica. Portanto, ao selecionar polímeros com alta taxa de fluxo, a seção transversal do bico, do canal de alimentação e da abertura de alimentação deve ser aumentada para reduzir a velocidade de injeção e aumentar a temperatura do material.
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Desempenho térmico e taxa de resfriamento
1) Diferentes plásticos possuem propriedades térmicas distintas, como calor específico, condutividade térmica e temperatura de distorção térmica. A plastificação de plásticos com alto calor específico requer uma grande quantidade de calor, sendo necessário o uso de uma máquina de moldagem por injeção com alta capacidade de plastificação. O tempo de resfriamento do plástico com alta temperatura de distorção térmica pode ser curto, permitindo a desmoldagem precoce, porém, deve-se evitar a deformação por resfriamento após a desmoldagem.
Plásticos com baixa condutividade térmica apresentam uma taxa de resfriamento lenta (como polímeros iônicos, etc.), portanto, devem ser resfriados adequadamente para otimizar o efeito de resfriamento do molde. Moldes com canais quentes são adequados para plásticos com baixo calor específico e alta condutividade térmica. Plásticos com alto calor específico, baixa condutividade térmica, baixa temperatura de deformação térmica e taxa de resfriamento lenta não são adequados para moldagem em alta velocidade. Nesses casos, é necessário selecionar máquinas de moldagem por injeção apropriadas e um sistema de resfriamento de molde otimizado.
2) Diferentes tipos de plásticos exigem taxas de resfriamento adequadas, dependendo de suas características e formatos das peças. Portanto, o molde deve ser equipado com sistemas de aquecimento e resfriamento que atendam às necessidades de moldagem, mantendo uma temperatura específica. Quando a temperatura do material aumenta, a temperatura do molde também deve ser resfriada para evitar deformações na peça plástica após a desmoldagem, reduzir o ciclo de moldagem e minimizar a cristalinidade.
Quando o calor residual do plástico não for suficiente para manter o molde a uma determinada temperatura, este deverá ser equipado com um sistema de aquecimento para controlar a taxa de resfriamento, garantir a fluidez, melhorar as condições de preenchimento ou controlar o resfriamento lento das peças plásticas. Isso evita o resfriamento irregular no interior e no exterior de peças plásticas de paredes espessas e aumenta a cristalinidade.
Para moldes com boa fluidez, grande área de moldagem e temperatura irregular do material, dependendo das condições de moldagem das peças plásticas, às vezes é necessário aquecer ou resfriar o material alternadamente, ou ainda aquecê-lo e resfriá-lo localmente. Para isso, o molde deve ser equipado com um sistema de aquecimento ou resfriamento adequado.
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Higroscopicidade
Devido à presença de diversos aditivos nos plásticos, que conferem diferentes graus de afinidade à umidade, os plásticos podem ser divididos em dois tipos principais: absorventes e retentores de umidade, e não absorventes e antiaderentes. O teor de água no material deve ser controlado dentro da faixa permitida. Caso contrário, a umidade se transformará em gás ou sofrerá hidrólise sob alta temperatura e pressão, o que causará a formação de espuma na resina, diminuirá a fluidez e resultará em aparência e propriedades mecânicas deficientes.
Portanto, os plásticos higroscópicos devem ser pré-aquecidos com métodos e especificações de aquecimento adequados, conforme necessário, para evitar a reabsorção de umidade durante o uso.
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Data da publicação: 27/09/2021