Máquina de extrusão

Você conhece todos os fatores que geram e influenciam a tensão interna em produtos moldados por injeção?

1. Geração de tensão interna
Em produtos moldados por injeção, o estado de tensão local varia em cada ponto, e o grau de deformação do produto será determinado pela distribuição dessas tensões. Se o produto for resfriado e houver um gradiente de temperatura, esse tipo de tensão se desenvolverá, sendo por isso também chamado de "tensão de moldagem".
Vamos dar uma olhada na introdução demáquina de extrusão.

Existem dois tipos de tensões internas em produtos moldados por injeção: a tensão de moldagem e a tensão térmica. Quando o material fundido entra no molde a uma temperatura mais baixa, a parte próxima à parede da cavidade resfria e solidifica rapidamente, de modo que os segmentos da cadeia molecular ficam "congelados". Devido à baixa condutividade térmica da camada de polímero solidificada, cria-se um grande gradiente de temperatura na direção da espessura do produto. O centro do produto solidifica muito lentamente, de forma que, quando o ponto de injeção é fechado, a unidade de material fundido no centro do produto ainda não solidificou, e a máquina de moldagem por injeção não consegue compensar a contração por resfriamento.

A contração interna do produto ocorre, portanto, na direção oposta à ação da camada externa rígida; o núcleo está sob tensão estática, enquanto a camada superficial está sob compressão estática.

Quando o material fundido preenche o molde e flui, além do efeito de contração volumétrica causado pela tensão, também existem tensões causadas pelo efeito de expansão do canal de distribuição e da saída do molde. O primeiro efeito causa tensões relacionadas à direção do fluxo do material fundido, enquanto o segundo, devido ao efeito de expansão da saída, causa tensões na direção perpendicular ao fluxo.

2. Fatores processuais que afetam o estresse

(1) Devido ao efeito da tensão em condições de resfriamento rápido, a orientação levará à formação de tensão interna no polímero. Devido à alta viscosidade do polímero fundido, a tensão interna não pode ser relaxada rapidamente, afetando as propriedades físicas e a estabilidade dimensional do produto.

Influência de diversos parâmetros nas tensões de orientação.

Temperatura de fusão: alta temperatura de fusão, baixa viscosidade, menor tensão de cisalhamento e orientação reduzida; por outro lado, alta temperatura de fusão acelera o relaxamento da tensão e promove a capacidade de fortalecer a desorientação.

No entanto, sem alterar a pressão da máquina de moldagem por injeção, a pressão na cavidade do molde aumentará e o forte efeito de cisalhamento levará a um aumento na tensão de orientação.

Prolongar o tempo de espera até que o bocal esteja fechado levará a um aumento da tensão de orientação.

Aumentar a pressão de injeção ou a pressão de retenção aumentará a tensão de orientação.

Uma temperatura elevada no molde garante que o produto esfrie lentamente e atue como um elemento desorientador.

Aumentar a espessura do produto reduz a tensão de orientação, pois produtos de paredes espessas esfriam lentamente, a viscosidade aumenta lentamente e o processo de relaxamento da tensão é mais longo, resultando em uma tensão de orientação menor.

(2) O efeito do estresse térmico

Conforme mencionado anteriormente, devido ao gradiente de temperatura entre o material fundido e a parede durante o preenchimento do molde, a camada externa do material fundido que se solidifica primeiro precisa ajudar a impedir a contração da camada interna do material fundido que se solidifica posteriormente, resultando em tensão de compressão (tensão de contração) na camada externa e tensão de tração (tensão de orientação) na camada interna.

Se o molde for preenchido e mantido sob pressão por um período prolongado, o polímero fundido se expande para a cavidade do molde, aumentando a pressão interna, o que altera as tensões internas devido às variações de temperatura. No entanto, se o tempo de manutenção da pressão for curto e a pressão na cavidade for baixa, o produto permanecerá no mesmo estado de tensão em que se encontrava quando foi resfriado.

Se a pressão na cavidade do molde não for suficiente no início do processo de resfriamento, a camada externa do produto encolherá devido à solidificação e formará uma depressão; se a pressão na cavidade do molde não for suficiente na fase posterior, quando o produto já tiver formado uma camada dura e fria, a camada interna do produto se separará devido ao encolhimento ou formará uma cavidade; se a pressão na cavidade do molde for mantida antes do fechamento do ponto de injeção, isso ajudará a aumentar a densidade do produto e a eliminar a tensão térmica de resfriamento, mas uma grande concentração de tensão será gerada perto do ponto de injeção.

Assim, parece que quanto maior a pressão no molde, maior o tempo de retenção, o que ajudará a reduzir a tensão de contração gerada pela temperatura e, inversamente, aumentará a tensão de compressão.

3. A relação entre o estresse interno e a qualidade do produto

A presença de tensões internas no produto afetará seriamente suas propriedades mecânicas e seu desempenho; devido à existência e distribuição irregular dessas tensões, o produto poderá rachar durante o uso. Quando utilizado abaixo da temperatura de transição vítrea, deformações ou empenamentos irregulares são frequentes, podendo também causar o aparecimento de uma superfície esbranquiçada e turva, além da deterioração de suas propriedades ópticas.

A redução da temperatura no ponto de entrada e o aumento do tempo de resfriamento ajudarão a melhorar a distribuição uniforme das tensões no produto e a homogeneizar suas propriedades mecânicas.

Tanto para polímeros cristalinos quanto não cristalinos, a resistência à tração é anisotrópica. Para polímeros não cristalinos, a resistência à tração varia dependendo da localização do ponto de injeção; quando o ponto de injeção está na mesma direção do preenchimento do molde, a resistência à tração diminui com o aumento da temperatura de fusão; quando o ponto de injeção é perpendicular à direção de preenchimento do molde, a resistência à tração aumenta com o aumento da temperatura de fusão.

O aumento da temperatura de fusão leva a um aumento na desorientação e a uma diminuição na resistência à tração devido à diminuição da orientação. A orientação do ponto de injeção afeta a orientação ao influenciar a direção do fluxo e, como os polímeros amorfos são mais anisotrópicos do que os polímeros cristalinos, a resistência à tração na direção perpendicular ao fluxo é maior para os primeiros do que para os últimos. A injeção em baixa temperatura apresenta maior anisotropia mecânica do que a injeção em alta temperatura; por exemplo, a razão entre a resistência na direção vertical e a resistência na direção do fluxo é de 1.7 em altas temperaturas de injeção e de 2 em baixas temperaturas de injeção.

Ao que tudo indica, um aumento na temperatura de fusão, tanto para polímeros cristalinos quanto não cristalinos, leva a uma redução na resistência à tração, mas por um mecanismo diferente; no primeiro caso, isso se deve a um efeito reduzido por meio da orientação.