O equipamento básico paramoldagem por injeçãoé uma máquina de moldagem por injeção e um molde de injeção. A Figura 1-2 mostra o processo de moldagem por injeção de uma máquina de moldagem por injeção tipo parafuso.
Princípio de moldagem por injeção
△Fluxo do processo de moldagem por injeção
O princípio é que o plástico granular ou em pó é adicionado ao cilindro da máquina de moldagem por injeção, aquecido e derretido, e então a alta pressão e alta velocidade do parafuso da máquina de moldagem por injeção empurra o plástico derretido através do bico na extremidade frontal do cilindro e injeta-o rapidamente na cavidade fechada do molde [Fig . 1-2 (a)]. O fundido que preenche a cavidade é resfriado e solidificado sob pressão para manter a forma dada pela cavidade [Fig. 1-2(b)]. Em seguida, o molde é aberto e o produto é retirado [Fig. 1-2(c)]. Durante o processo de moldagem por injeção, o plástico passa por uma série de mudanças, incluindo amolecimento, fusão, fluidez, modelagem e solidificação.
(Figura 1-2 Princípio de moldagem por injeção da máquina de injeção tipo parafuso)
Amolecimento e Derretimento:
A Figura 1-4 mostra a estrutura do cilindro e do parafuso de uma máquina de moldagem por injeção. Como um aquecedor circular é instalado na parte externa do cilindro, o plástico derrete à medida que avança sob a rotação do parafuso e é finalmente injetado no molde através do bico.
(L1-Seção de alimentação; eu2-Seção de compactação; eu3-Seção de medição; h1/h2-Taxa de compactação; D-Diâmetro do parafuso)
O plástico sofre as seguintes alterações durante o processo de enchimento do molde:
Antes do parafuso girar (L2), a temperatura e a pressão da haste do parafuso são relativamente baixas devido à redução no volume de fusão causada pela entrada do material na cavidade do molde (L1). Depois que o parafuso girar (L3), a temperatura do plástico atingiu a temperatura de fusão e fundiu. Para garantir a qualidade do produto, o plástico deve estar totalmente derretido antes de-derreter novamente. Neste momento, se o plástico já tiver entrado na fase de compressão com um certo grau de fusão, seu efeito de desgaseificação será bastante afetado.
Mesmo que a quantidade (L3) permanece o mesmo, devido às diferentes profundidades h₀ da ranhura do parafuso, o plástico experimentará diferentes graus de ação de cisalhamento durante o processo de rotação do parafuso, portanto, o grau de plastificação irá variar.
Em resumo, no mesmo ciclo de moldagem, o grau e a qualidade da fusão do plástico serão afetados pelo conteúdo de gás e pela qualidade da fusão do parafuso:
① O comprimento efetivo do parafuso é diretamente proporcional (aumenta): L/D=22-25.
② A taxa de compressão do parafuso: h₁/h₂=2.0-3.0 (geralmente 2,5).
③ A parte de compressão do parafuso é relativamente proporcional: L₁/L₂=40%-60%.
Como o valor é muito grande, o tempo de residência do material também aumentará e a rotação do parafuso enviará continuamente o plástico fundido para frente. Neste momento, o plástico continuará a fluir na cavidade do molde sob pressão e, em seguida, em um ciclo de moldagem (sem intervenção externa antes que o parafuso comece a avançar). Após a rotação do parafuso, ele avançará sob a ação da força mecânica, compactando gradativamente o plástico e injetando-o na cavidade do molde. No instante anterior, seu fundido será submetido a uma compressão rápida (chamada compressão instantânea), que pode facilmente causar cristalização e levar a defeitos. O uso de injeção lenta pode evitar a cristalização (cristalização completa, tornando-a completamente amorfa devido ao resfriamento rápido).
Fluxo:
Quando o fundido é injetado na cavidade do molde sob alta pressão e alta velocidade, dois fenômenos ocorrerão durante o processo de injeção. Uma delas é que o plástico em contato com a parede do molde no estado fundido solidificará e formará uma camada fina devido ao rápido resfriamento causado pelo contato com a superfície da cavidade do molde. Essa fina camada é chamada de camada congelada (ou chamada de camada congelada instantânea), o que fará com que a temperatura do próprio plástico fundido diminua (principalmente devido à influência da perda de calor latente de cristalização). Por exemplo, no polietileno, o calor latente de cristalização liberado durante o processo de resfriamento do fundido através da parede do molde pode atingir 50 graus ou mais. Portanto, depois que o fundido preencher toda a cavidade do molde e retornar ao estado urgente, a temperatura diminuirá. A segunda é que uma porção maior do plástico fundido continuará a manter a direção do fluxo e sofrerá fluxo reverso.
Como pode ser visto na Figura 1-5, quando o fundido estiver em contato com a parede da cavidade do molde, ele produzirá uma camada congelada e uma vazão mais rápida será gerada na parte central afastada da cavidade. O plástico fluirá em camadas na área entre a camada congelada e a parede da cavidade. Depois que o plástico passa nesse estado e é resfriado e moldado em um produto, a estratificação ainda existirá no produto moldado em uma direção paralela e vertical, resultando em diferenças na resistência e tenacidade do produto, que existirão durante os estágios de liberação e modelagem do produto moldado.
1 - Máquina de moldagem por injeção; 2 - Molde de injeção de resina (na verdade composto por corredor principal e portão);
3 - Molde (dentro da cavidade); 4 - A parte com vazão mais rápida no centro;
5 - A peça com vazão muito lenta ao longo da parede da cavidade; 6 - Moléculas de resina orientadas e esticadas;
7 - Moléculas de resina que estão emaranhadas.
Modelagem e cura:
Quando o plástico derretido é injetado, ele entra no molde através de um bico, toma forma e depois esfria e solidifica para se tornar o produto acabado. No entanto, o tempo real que o plástico derretido leva para preencher o molde é de vários segundos, tornando muito difícil observar o processo de enchimento.
O engenheiro americano Stevenson usou simulação de computador para representar o processo de enchimento de uma porta de carro de polipropileno sendo moldada usando um molde de câmara quente com duas portas e calculou o tempo de injeção (ou seja, tempo de enchimento), linha de solda e força de fixação necessária. A Figura 1-6 ilustra o modelo obtido em sua simulação. O fluxo e o estado de enchimento do fundido na Figura 1-6 não são significativamente diferentes do que foi imaginado e podem refletir com precisão o processo real de enchimento de uma porta de carro.
Existem muitos métodos para simular o fluxo de processos de moldagem por injeção (como o método FAN, sistema de simulação CAIM e sistema de simulação Moldflow). Esses métodos de simulação são usados atualmente para prever o processo de enchimento de plástico fundido em um molde, visando um projeto de molde mais racional e seleção da localização ou tipo de porta.
Depois que o plástico fundido é moldado, ele entra no processo de solidificação. O principal fenômeno que ocorre durante a solidificação é o encolhimento, que ocorre simultaneamente devido ao resfriamento e à cristalização. A Figura 1-7 mostra o encolhimento de três tipos de polietileno com diferentes cristalinidades à medida que a temperatura diminui.
(a-PE com densidade relativa de 0,9645; b-PE com densidade relativa de 0,95; c-PE com densidade relativa de 0,918; d-Curvas de taxa de resfriamento: C1, C2, C3-todos os três têm a mesma taxa de resfriamento.)