Processo de moldagem por injeção para plásticos transparentes

◆Características dos plásticos transparentes típicos

Plásticos transparentes e suas propriedades de moldagem por injeção

 

Com avanços contínuos na pesquisa e desenvolvimento de materiais, um número crescente de materiais ópticos são adequados para a fabricação de produtos transparentes. Tomando lentes ópticas, amplamente utilizadas em produtos ópticos com requisitos de alta qualidade e tecnologia complexa de moldagem por injeção, como exemplo, conforme mostrado na figura, o material de moldagem por injeção para lentes plásticas comuns é frequentemente escolhido por seu baixo custo, alta eficiência de produção, forte estabilidade e alta transmitância. Em comparação com as matérias-primas plásticas para lentes plásticas comuns, os requisitos para materiais de moldagem por injeção para lentes plásticas ópticas de imagem são ainda mais rigorosos. Não só a matéria-prima plástica deve possuir características como alta transparência, boas propriedades mecânicas, forte estabilidade e boa fluidez, mas a seleção do material também deve ser baseada em características específicas de desempenho, como o índice de refração.

Os materiais de moldagem por injeção comumente usados ​​para imagens de lentes plásticas ópticas incluem polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC) e polímeros de olefinas cíclicas (COP). Entre eles, o PMMA de alta{1}}transparência é amplamente utilizado na moldagem por injeção de lentes plásticas. O PMMA é usado não apenas na fabricação de lentes plásticas de grande-diâmetro de média-a{4}}baixa precisão, como lentes condensadoras, lentes de Fresnel, lentes de projeção e lentes de faróis automotivos, mas também em lentes plásticas de alta-precisão, como lentes de impressoras a laser, lentes de câmeras, lentes de telefones celulares e lentes de leitores de CD/DVD. O PMMA possui alta resistência e dureza, além de propriedades ópticas como alto número de Abbe e baixa birrefringência. No entanto, o PMMA ainda apresenta vários desafios como matéria-prima plástica para lentes ópticas. Por exemplo, sob condições úmidas, a absorção de água do PMMA causa alterações no índice de refração da lente plástica, resultando em expansão de volume e alterações nas dimensões estruturais gerais. Além disso, a temperatura de transição vítrea do PMMA é de 100 graus e a resistência ao calor das lentes plásticas é relativamente baixa, o que limita significativamente a faixa de aplicação do PMMA.

 

O policarbonato (PC) é um material óptico comumente usado em lentes de faróis automotivos, lentes difusoras de feixe e outras lentes ópticas. O PC possui alta transparência, resistência ao calor, alta resistência e alto índice de refração, sendo considerado um dos materiais plásticos com melhor resistência ao impacto. No entanto, as lentes de PC ainda apresentam desvantagens significativas. Por exemplo, o coeficiente fotoelástico das lentes de PC é várias vezes superior ao do PMMA, resultando num efeito de birrefringência pronunciado que afeta gravemente a qualidade da imagem óptica das lentes de plástico. Além disso, o material PC tem uma grande taxa de encolhimento, tornando as lentes plásticas altamente suscetíveis à deformação, com um grau de deformação maior que o PMMA.

 

Polímeros de olefinas cíclicas (COPs) são polímeros de dedo anelar sintetizados usando olefinas cíclicas como monômeros. Os COPs possuem alta transparência, baixa higroscopicidade, baixa birrefringência e boa processabilidade. Além disso, os COPs apresentam excelente estabilidade ambiental, permanecendo estruturalmente inalterados mesmo quando absorvem umidade, e são frequentemente usados ​​como substitutos do PMMA em plásticos. Porém, os COPs são extremamente caros, custando aproximadamente dez vezes mais que o PMMA. O uso de COPs como material de moldagem por injeção aumenta significativamente o custo de fabricação de lentes plásticas.

Em geral, as lentes feitas de PC apresentam birrefringência significativa, dificultando a garantia da qualidade da imagem. COP e PMMA oferecem vantagens incomparáveis ​​em termos de propriedades mecânicas e estabilidade estrutural. Contudo, o COP é extremamente caro, aumentando os custos de produção e violando princípios económicos. O PMMA, por outro lado, é relativamente barato e tem uma grande oferta no mercado, o que o torna adequado para a fabricação de lentes plásticas ópticas de imagem de baixo-custo e alta{4}}eficiência. Além disso, as propriedades de fluxo de fusão do PMMA podem ser melhoradas alterando os parâmetros do processo de moldagem por injeção, permitindo a replicação precisa da morfologia da superfície do molde de injeção.

Tecnologia de moldagem por injeção para plásticos transparentes

 

Porqueplásticos transparentesrequerem alta transmitância de luz, a qualidade da superfície dos produtos plásticos deve ser rigorosamente controlada. Defeitos como manchas, poros, branqueamento, neblina, manchas pretas, descoloração e pouco brilho são inaceitáveis. Portanto, todo o processo de moldagem por injeção requer atenção meticulosa e requisitos rigorosos, até mesmo especializados, de matérias-primas, equipamentos, moldes e até mesmo design de produtos.

Em segundo lugar, devido ao alto ponto de fusão e à baixa fluidez dos plásticos transparentes, muitas vezes são necessários ajustes finos nos parâmetros do processo, como temperatura da máquina, pressão de injeção e velocidade de injeção, para garantir a qualidade da superfície. Isso garante que o molde seja preenchido completamente sem gerar tensões internas que possam levar à deformação e rachaduras do produto. A seção a seguir analisa as principais considerações relacionadas à preparação de matérias-primas, requisitos de equipamentos e moldes, processos de moldagem por injeção e manuseio de matérias-primas.

Principais pontos técnicos antes da moldagem por injeção

Preparação e Secagem de Matéria Prima

Como mesmo a menor impureza no plástico pode afetar a transparência do produto, é crucial manter uma vedação hermética durante o armazenamento, transporte e alimentação para garantir que as matérias-primas estejam completamente limpas. Em particular, a presença de humidade nas matérias-primas pode causar deterioração após aquecimento, pelo que a secagem completa é essencial. Durante a moldagem por injeção, um funil de secagem deve ser usado para alimentação. É também importante notar que o ar introduzido durante o processo de secagem deve idealmente ser filtrado e desumidificado para evitar a contaminação das matérias-primas.

Limpeza de cano, parafuso e acessórios

 

Para evitar a contaminação da matéria-prima e o acúmulo de material antigo ou impurezas na rosca e seus acessórios, atenção especial deve ser dada para evitar a retenção de material antigo com baixa estabilidade térmica. Antes e depois do uso, a máquina de moldagem por injeção deve ser cuidadosamente limpa com um limpador de parafusos para garantir que todos os componentes da injeção estejam livres de impurezas. Se um limpador de parafuso não estiver disponível, plásticos PE ou PS podem ser usados ​​para limpar o parafuso. Durante as paradas temporárias, para evitar a degradação causada pela exposição prolongada da matéria-prima a altas temperaturas, as temperaturas do secador e do barril devem ser reduzidas. Se estiver produzindo PC, PMMA ou outros plásticos, a temperatura do barril deve ser reduzida para menos de 160 graus. Além disso, ao usar PC como matéria-prima, a temperatura de secagem da tremonha deve ser reduzida para menos de 100 graus.

Questões a considerar no projeto de moldes (incluindo projeto de produto)

Para evitar má moldagem de plástico, defeitos superficiais e deterioração causada por refluxo deficiente ou resfriamento irregular, os seguintes pontos geralmente devem ser considerados durante o projeto do molde.

Questões a serem consideradas nos processos de moldagem por injeção (incluindo requisitos de máquinas de moldagem por injeção)

Outros problemas

 

Para evitar a deterioração da qualidade da superfície, os agentes desmoldantes devem ser usados ​​com moderação durante a moldagem por injeção; a quantidade de material reciclado não deve ultrapassar 20%. Exceto o PET, todos os produtos devem passar por pós-tratamento para aliviar o estresse interno. O PMMA deve ser seco em circulação de ar quente a 70–80 graus por 4 horas; O PC deve ser aquecido em ar limpo, glicerina, parafina líquida, etc., a 110–135 graus por um tempo dependendo do produto, às vezes exigindo mais de 10 horas. O PET deve passar por um processo de estiramento biaxial para atingir boas propriedades mecânicas.