OS PROJETISTAS DE MOLDES DE INJEÇÃO PRECISAM ENTENDER VERDADEIRAMENTE ESTES QUATRO CONCEITOS
Autor: SZTC
2024-11-15
um. Fluidez
Diferentes formas de termoplásticos têm diferentes desempenhos de processo, desempenho de encolhimento, propriedades físicas e mecânicas, etc.
De modo geral, para plásticos cristalinos, quando a temperatura de processamento é superior ao seu ponto de fusão, sua fluidez é melhor, pode preencher rapidamente a cavidade e a pressão de injeção necessária também pode ser menor. Os plásticos amorfos têm pouca fluidez, portanto a velocidade de injeção na cavidade é mais lenta e a pressão de injeção necessária também é maior. Portanto, ao projetar o molde, um tamanho razoável do sistema de canal pode ser projetado de acordo com a fluidez do plástico. Por um lado, pode evitar que o tamanho do sistema de canal seja muito grande e desperdice materiais e, ao mesmo tempo, estenda o ciclo de moldagem por injeção. Por outro lado, pode evitar que o tamanho do sistema de canais seja muito pequeno e cause dificuldades no enchimento e retenção da pressão. Claro, existem exceções. Por exemplo, embora o poliestireno seja um plástico amorfo, ele apresenta boa fluidez. Os indicadores que refletem a fluidez geralmente incluem índice de fusão (MFR) e viscosidade aparente. MFR refere-se à massa do fundido que sai do capilar padrão a cada 10 minutos sob uma determinada temperatura e carga no medidor de vazão do fundido. Sua unidade é g/10min. Para polímeros de alto peso molecular, sob condições normais de moldagem por injeção, seu comportamento de fluxo não obedece à lei de fluxo de Newton e pertence a fluidos não newtonianos. A relação entre a tensão de cisalhamento do fluxo e a taxa de cisalhamento é chamada de viscosidade aparente. A viscosidade aparente não é constante em uma determinada temperatura e pode mudar com a tensão de cisalhamento, a taxa de cisalhamento e até mesmo com o tempo.
b. Encolhimento
Os plásticos termoplásticos sofrerão diferentes graus de contração de volume do estado fundido ao estado solidificado. Os plásticos cristalinos geralmente apresentam uma taxa e faixa de contração maiores do que os plásticos amorfos e são mais facilmente afetados pelo processo de moldagem. A taxa de encolhimento dos plásticos cristalinos é geralmente de 1,0% a 3,0%, enquanto a taxa de encolhimento dos plásticos amorfos é de 0,4% a 0,8%. Para plásticos cristalinos, seu pós-encolhimento também deve ser considerado, pois podem continuar a encolher após a pós-cristalização à temperatura ambiente após a desmoldagem. A quantidade de pós-encolhimento depende da espessura do produto e da temperatura ambiente. Quanto mais espesso for o produto, maior será o pós-encolhimento.
Apêndice 2-1: Encolhimento de moldagem de plásticos comuns
c. Reologia
A reologia do polímero refere-se à relação entre tensão, deformação, taxa de deformação e viscosidade durante o processamento. Isto envolve a influência da temperatura, pressão, tempo, estrutura molecular, peso molecular e sua distribuição sobre estes fatores. De acordo com a reologia dos plásticos, os plásticos podem ser divididos em materiais sensíveis ao cisalhamento e materiais sensíveis ao calor. Quanto mais forte a viscosidade depende da taxa de cisalhamento, mais rapidamente a viscosidade diminui com o aumento da taxa de cisalhamento. Este plástico pertence ao plástico sensível ao cisalhamento. Os plásticos sensíveis ao cisalhamento comuns incluem ABS, PS, PE, PP, POM, etc. Se a viscosidade do fundido for mais dependente da temperatura, quanto mais rápido a viscosidade diminui com o aumento da temperatura, este plástico pertence ao plástico termossensível. Plásticos termosensíveis comuns incluem PC, PA, PMMA, etc. Para polímeros de alto peso molecular, a taxa de cisalhamento afeta a viscosidade dos dois materiais acima. O aumento da taxa de cisalhamento pode reduzir a viscosidade do fundido em vários graus e pode fazer com que o fundido produza o fenômeno de "afinamento por cisalhamento". Portanto, ao projetar o sistema de canal, não é verdade que quanto maior o tamanho do canal, menor será a queda de pressão. Um tamanho de canal adequadamente pequeno pode aumentar a taxa de cisalhamento do fundido para reduzir a viscosidade e reduzir ainda mais a queda de pressão. Este efeito é mais óbvio para materiais sensíveis ao cisalhamento. Um tamanho de porta menor pode aumentar a taxa de cisalhamento do fundido, gerar uma grande quantidade de calor friccional, aumentar significativamente a temperatura do fundido e a viscosidade do fundido diminuir proporcionalmente, aumentando a fluidez. Portanto, o uso de uma porta pequena costuma ser bem-sucedido para plásticos sensíveis ao cisalhamento. Contudo, quando a espessura da parede do produto é mais espessa, o tamanho da comporta deve ser aumentado apropriadamente para prolongar o tempo de solidificação da comporta tendo em consideração a retenção de pressão.
d. Efeito de orientação
Outro fator que afeta o desempenho do produto é o efeito de orientação do plástico fundido durante o processo de fluxo. As macromoléculas do fundido plástico são esticadas sob a ação de uma força externa e dispostas paralelamente umas às outras ao longo da direção do fluxo. Este arranjo é congelado no produto sólido antes que o plástico esfrie e solidifique, formando um efeito de orientação. O efeito de orientação enfraquecerá a integridade do produto, que se manifesta como propriedades físicas e mecânicas inconsistentes em várias direções, e também pode causar encolhimento irregular em várias direções, o que pode causar empenamento e deformação do produto. De acordo com a forma de força sobre as macromoléculas no fundido e a natureza da ação, ela pode ser dividida em “orientação de fluxo” sob tensão de cisalhamento e “orientação de alongamento” sob ação de tração. Os fatores que controlam a orientação são os seguintes:
(1) A diminuição da temperatura de fusão e da temperatura do molde fortalecerá o efeito de orientação;
(2) O aumento da pressão de injeção pode aumentar a taxa de cisalhamento e a tensão de cisalhamento e fortalecer o efeito de orientação;
(3) Quanto mais fina for a espessura do produto, mais forte será o efeito de orientação;
(4) Quanto maior o tamanho do portão, mais forte será o efeito de orientação.
Às vezes, algumas medidas especiais são tomadas para aumentar o efeito de orientação, de modo que a resistência à tração e a resistência à flexão na direção de orientação sejam melhoradas. Como filme extensível, dobradiça, etc.
Diferentes formas de termoplásticos têm diferentes desempenhos de processo, desempenho de encolhimento, propriedades físicas e mecânicas, etc.
De modo geral, para plásticos cristalinos, quando a temperatura de processamento é superior ao seu ponto de fusão, sua fluidez é melhor, pode preencher rapidamente a cavidade e a pressão de injeção necessária também pode ser menor. Os plásticos amorfos têm pouca fluidez, portanto a velocidade de injeção na cavidade é mais lenta e a pressão de injeção necessária também é maior. Portanto, ao projetar o molde, um tamanho razoável do sistema de canal pode ser projetado de acordo com a fluidez do plástico. Por um lado, pode evitar que o tamanho do sistema de canal seja muito grande e desperdice materiais e, ao mesmo tempo, estenda o ciclo de moldagem por injeção. Por outro lado, pode evitar que o tamanho do sistema de canais seja muito pequeno e cause dificuldades no enchimento e retenção da pressão. Claro, existem exceções. Por exemplo, embora o poliestireno seja um plástico amorfo, ele apresenta boa fluidez. Os indicadores que refletem a fluidez geralmente incluem índice de fusão (MFR) e viscosidade aparente. MFR refere-se à massa do fundido que sai do capilar padrão a cada 10 minutos sob uma determinada temperatura e carga no medidor de vazão do fundido. Sua unidade é g/10min. Para polímeros de alto peso molecular, sob condições normais de moldagem por injeção, seu comportamento de fluxo não obedece à lei de fluxo de Newton e pertence a fluidos não newtonianos. A relação entre a tensão de cisalhamento do fluxo e a taxa de cisalhamento é chamada de viscosidade aparente. A viscosidade aparente não é constante em uma determinada temperatura e pode mudar com a tensão de cisalhamento, a taxa de cisalhamento e até mesmo com o tempo.
b. Encolhimento
Os plásticos termoplásticos sofrerão diferentes graus de contração de volume do estado fundido ao estado solidificado. Os plásticos cristalinos geralmente apresentam uma taxa e faixa de contração maiores do que os plásticos amorfos e são mais facilmente afetados pelo processo de moldagem. A taxa de encolhimento dos plásticos cristalinos é geralmente de 1,0% a 3,0%, enquanto a taxa de encolhimento dos plásticos amorfos é de 0,4% a 0,8%. Para plásticos cristalinos, seu pós-encolhimento também deve ser considerado, pois podem continuar a encolher após a pós-cristalização à temperatura ambiente após a desmoldagem. A quantidade de pós-encolhimento depende da espessura do produto e da temperatura ambiente. Quanto mais espesso for o produto, maior será o pós-encolhimento.
Apêndice 2-1: Encolhimento de moldagem de plásticos comuns
c. Reologia
A reologia do polímero refere-se à relação entre tensão, deformação, taxa de deformação e viscosidade durante o processamento. Isto envolve a influência da temperatura, pressão, tempo, estrutura molecular, peso molecular e sua distribuição sobre estes fatores. De acordo com a reologia dos plásticos, os plásticos podem ser divididos em materiais sensíveis ao cisalhamento e materiais sensíveis ao calor. Quanto mais forte a viscosidade depende da taxa de cisalhamento, mais rapidamente a viscosidade diminui com o aumento da taxa de cisalhamento. Este plástico pertence ao plástico sensível ao cisalhamento. Os plásticos sensíveis ao cisalhamento comuns incluem ABS, PS, PE, PP, POM, etc. Se a viscosidade do fundido for mais dependente da temperatura, quanto mais rápido a viscosidade diminui com o aumento da temperatura, este plástico pertence ao plástico termossensível. Plásticos termosensíveis comuns incluem PC, PA, PMMA, etc. Para polímeros de alto peso molecular, a taxa de cisalhamento afeta a viscosidade dos dois materiais acima. O aumento da taxa de cisalhamento pode reduzir a viscosidade do fundido em vários graus e pode fazer com que o fundido produza o fenômeno de "afinamento por cisalhamento". Portanto, ao projetar o sistema de canal, não é verdade que quanto maior o tamanho do canal, menor será a queda de pressão. Um tamanho de canal adequadamente pequeno pode aumentar a taxa de cisalhamento do fundido para reduzir a viscosidade e reduzir ainda mais a queda de pressão. Este efeito é mais óbvio para materiais sensíveis ao cisalhamento. Um tamanho de porta menor pode aumentar a taxa de cisalhamento do fundido, gerar uma grande quantidade de calor friccional, aumentar significativamente a temperatura do fundido e a viscosidade do fundido diminuir proporcionalmente, aumentando a fluidez. Portanto, o uso de uma porta pequena costuma ser bem-sucedido para plásticos sensíveis ao cisalhamento. Contudo, quando a espessura da parede do produto é mais espessa, o tamanho da comporta deve ser aumentado apropriadamente para prolongar o tempo de solidificação da comporta tendo em consideração a retenção de pressão.
d. Efeito de orientação
Outro fator que afeta o desempenho do produto é o efeito de orientação do plástico fundido durante o processo de fluxo. As macromoléculas do fundido plástico são esticadas sob a ação de uma força externa e dispostas paralelamente umas às outras ao longo da direção do fluxo. Este arranjo é congelado no produto sólido antes que o plástico esfrie e solidifique, formando um efeito de orientação. O efeito de orientação enfraquecerá a integridade do produto, que se manifesta como propriedades físicas e mecânicas inconsistentes em várias direções, e também pode causar encolhimento irregular em várias direções, o que pode causar empenamento e deformação do produto. De acordo com a forma de força sobre as macromoléculas no fundido e a natureza da ação, ela pode ser dividida em “orientação de fluxo” sob tensão de cisalhamento e “orientação de alongamento” sob ação de tração. Os fatores que controlam a orientação são os seguintes:
(1) A diminuição da temperatura de fusão e da temperatura do molde fortalecerá o efeito de orientação;
(2) O aumento da pressão de injeção pode aumentar a taxa de cisalhamento e a tensão de cisalhamento e fortalecer o efeito de orientação;
(3) Quanto mais fina for a espessura do produto, mais forte será o efeito de orientação;
(4) Quanto maior o tamanho do portão, mais forte será o efeito de orientação.
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