2.Ponto de Injeção muito Restrito
Atualmente, peças plásticas são projetadas com o auxílio de métodos complexos como CAD, FEA e CAE. Inquestionávelmente, estes métodos têm auxiliado no aprimoramento da qualidade de componentes plásticos, porém, em alguns casos, não se pode dizer o mesmo quanto ao projeto dos sistemas de alimentação dos moldes. Este artigo aborda os pontos básicos de um projeto adequado do sistema de alimentação para polímeros semi-cristalinos. Estes elementos, entretanto, devem ser aplicados em combinação com uma localização adequada do ponto de injeção e um correto tempo de recalque. Estes assuntos serão discutidos ao longo dos próximos capítulos desta série. As características que diferenciam as resinas semi-cristalinas.
Os materiais termoplásticos semi-cristalinos sofrem uma significativa contração volumétrica durante a transição do estado fundido para o sólido (cristalino). Esta contração, que pode ser de até 14 %, dependendo do tipo da resina, tem que ser compensada com mais material fundido. Isto só pode ser feito se a seção transversal do ponto de injeção for suficientemente grande para assegurar que o material fundido possa continuar fluindo durante a fase de recalque.
Reconhecendo os Resultados
Quando o ponto de injeção é muito pequeno não é possível recalcar a peça de forma efetiva durante o tempo necessário (tempo de cristalização). Neste caso, a contração volumétrica não pode ser compensada adequadamente, resultando na formação de vazios e de rechupes (especialmente no caso de resinas não reforçadas), assim como aspereza superficial (no caso de compostos reforçados). Estes problemas podem ser identificados facilmente através do uso de microscópio adequado para tal fim. Além disso, a estabilidade dimensional das peças obtidas variará consideravelmente, a contração será excessiva e haverá tendência de maior empenamento. Os vazios afetarão as propriedades mecânicas da peça, reduzindo drasticamente o alongamento na ruptura e a resistência ao impacto. No caso de compostos reforçados com fibras de vidro, o ponto de injeção muito pequeno provocará a quebra das fibras, o que resultará em um enfraquecimento ainda maior da peça.
Necessidade de altas pressões de injeção e de longos tempos de preenchimento da cavidade são fortes indicadores de que os pontos de injeção estão muito pequenos. Isto pode ser reconhecido, por exemplo, pelo fato de diferentes velocidades de injeção terem pouco efeito no tempo real de preenchimento. Um ponto de injeção muito estreito poderá, também, causar defeitos superficiais. Cisalhamento excessivo pode resultar em separação de aditivos como modificadores de impacto, pigmentos e retardantes de chama.
Além disto, os pontos de injeção estreitos podem provocar esguichamento, resultando em manchas superficiais e efeito mármore (no caso de materiais com carga mineral), assim como na formação de um tipo de auréola na região da entrada. Há também uma tendência maior de acúmulo de resíduos sobre o molde.
2.1 Projeto do Sistema de Alimentação
No projeto do sistema de alimentação, o primeiro ponto a ser considerado é a espessura da parede (t) da peça injetada (ver diagrama). O diâmetro do canal de injeção nunca deve ser menor que a espessura da parede da peça. Começando do ponto de injeção, o diâmetro do canal deve ser aumentado a cada divisão de fluxo, de modo a manter o cisalhamento uniforme.
Para prevenir que um ponto de material frio vindo do bico de injeção chegue até a peça, os canais devem sempre ser prolongados em cada mudança de direção, de modo a formar o que se chama comumente de poço frio. O poço frio deve ter, no mínimo, o mesmo diâmetro do bico de injeção, de modo a garantir que o material frio seja realmente retido. Quando se injeta materiais semi-cristalinos ou polímeros reforçados, a espessura mínima do ponto de injeção deve ser de 50% da espessura da peça. No caso de materiais reforçados, para minimizar o risco de quebra das fibras e tendo em mente também a maior viscosidade destes compostos, a espessura do
ponto de injeção deve ser de até 75% da espessura da peça.
O comprimento do ponto de injeção é, também, um ponto muito importante a ser observado. Este deve ser de, no máximo, 1 mm, para evitar a solidificação prematura do material.
Regras básicas:
•sempre considere maneiras de interceptar os pontos de material frio;
•faça o diâmetro do canal maior que a espessura da peça;
•a espessura do ponto de injeção deve ser de, ao menos, 50 % da espessura da peça.
Estes princípios são válidos apenas para os materiais semi-cristalinos. Quando se pretende estimar o comportamento do preenchimento do molde, podem ser usados dados típicos de fluxo de cada polímero e, quando necessário, deve-se lançar mão de cálculos de fluxo. Há, certas aplicações em que, por várias razões, o desenho do ponto de injeção não pode seguir estas recomendações.
Nestes casos deve-se buscar um balanceamento entre qualidade e custo.
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quarta-feira, 13 de outubro de 2010
RECALQUE
Tempo de Recalque muito Curto
Muitos transformadores, trabalhando baseados em suas experiências de moldagemde polímeros amorfos, tendem a usar, de forma generalizada, tempos de recalque curtos e tempos de resfriamento longos. Entretando, quando se trata de polímeros semi-cristalinos como POM (poliacetal), PA (poliamida), PBT e PET (poliésteres), esta postura pode gerar efeitos indesejáveis. Este artigo aborda os pontos mais importantes para a adoção do tempo de recalque mais adequado.
Para obter peças moldadas com propriedades ótimas, o tempo de recalque deve ser determinado pelo método da pesagem, e o tempo de resfriamento deve ser reduzido ao mínimo (normalmente, ligeiramente superior ao tempo de plastificação). Isto pressupõe que o ponto de injeção tenha sido projetado e posicionado corretamente. É importante, também, manter a pressão constante durante o tempo de recalque. A pressão correta varia entre 60 e 100 MPa, dependendo do material usado.
Muitos transformadores, trabalhando baseados em suas experiências de moldagemde polímeros amorfos, tendem a usar, de forma generalizada, tempos de recalque curtos e tempos de resfriamento longos. Entretando, quando se trata de polímeros semi-cristalinos como POM (poliacetal), PA (poliamida), PBT e PET (poliésteres), esta postura pode gerar efeitos indesejáveis. Este artigo aborda os pontos mais importantes para a adoção do tempo de recalque mais adequado.
O que exatamente acontece durante a fase de recalque
Uma vez que a cavidade do molde foi preenchida, as moléculas do polímero começam a cristalizar, isto é, as cadeias moleculares ficam alinhadas umas em relação às outras, resultando em uma maior densidade. Este processo se inicia na camada externa e termina no centro da peça (ver diagrama). A contração volumétrica provocada por este processo pode ser de até 14 %, como no caso do POM, e tem que ser compensada com mais material fundido durante a fase de recalque. Se o tempo de recalque for muito curto, haverá formação de vazios (porosidade), que poderão ter um efeito adverso sobre as propriedades da peça.
Como descobrir se o tempo de recalque está muito curto
Peças moldadas com baixo tempo derecalque apresentam contração excessiva, empenamento, rechupes, vazios e, em alguns casos, enormes perdas de propriedades mecânicas. Adicionalmente, podem ocorrer consideráveis variações dimensionais. Geralmente, se tenta compensar estes problemas através do aumento do tempo de resfriamento, porém, inutilmente. Com isto se obtém ciclos desnecessariamente longos. Um modo de reconhecer os efeitos de tempos de recalque muito curtos, para compostos de moldagem não reforçados, consiste em cortar a peça moldada na região de maior espessura. A superfície cortada e polida pode, então, ser inspecionada em busca de vazios e de porosidade. Geralmente, uma lente de aumento ou um microscópio de luz refletida são suficientes para formar uma primeira opinião. Um método mais elaborado consiste na preparação e análise microscópica (com microscópio de luz transmitida) de seções delgadas obtidas por meio de um micrótomo. (veja diagrama). Com isto, mesmo os menores defeitos se tornam visíveis. No caso de compostos reforçados, defeitos podem ser facilmente detectados através da análise da superfície de uma peça rompida na seção mais espessa. Se o tempo de recalque for muito curto, será possível observar uma estrutura espumosa na região da quebra e uma microfotografia ampliada mostrará fibras expostas que não estão acopladas ao polímero. Outro método consiste em tirar uma microfotografia de uma seção polida, em que pode ser detectada porosidade. O tempo efetivo de recalque pode ser determinado durante a injeção, pesando-se um certo número de peças (veja a descrição). Esta é a melhor maneira de determinar o tempo de recalque para uma certa peça, em condições práticas. Uma guia para determinar o tempo ótimo de recalque pode também ser obtido pela comparação com situações práticas (veja tabela). Estas se aplicam apenas para dadas espessuras de parede e não podem ser aplicadas para condições diferentes, tais como temperatura, uso de nucleantes e pigmentos, tempo de preenchimento do molde, etc. Para paredes mais finas, os tempos serão menores, para maiores espessuras, mais longos.
Procedimento de ajuste correto
Uma vez que a cavidade do molde foi preenchida, as moléculas do polímero começam a cristalizar, isto é, as cadeias moleculares ficam alinhadas umas em relação às outras, resultando em uma maior densidade. Este processo se inicia na camada externa e termina no centro da peça (ver diagrama). A contração volumétrica provocada por este processo pode ser de até 14 %, como no caso do POM, e tem que ser compensada com mais material fundido durante a fase de recalque. Se o tempo de recalque for muito curto, haverá formação de vazios (porosidade), que poderão ter um efeito adverso sobre as propriedades da peça.
Como descobrir se o tempo de recalque está muito curto
Peças moldadas com baixo tempo derecalque apresentam contração excessiva, empenamento, rechupes, vazios e, em alguns casos, enormes perdas de propriedades mecânicas. Adicionalmente, podem ocorrer consideráveis variações dimensionais. Geralmente, se tenta compensar estes problemas através do aumento do tempo de resfriamento, porém, inutilmente. Com isto se obtém ciclos desnecessariamente longos. Um modo de reconhecer os efeitos de tempos de recalque muito curtos, para compostos de moldagem não reforçados, consiste em cortar a peça moldada na região de maior espessura. A superfície cortada e polida pode, então, ser inspecionada em busca de vazios e de porosidade. Geralmente, uma lente de aumento ou um microscópio de luz refletida são suficientes para formar uma primeira opinião. Um método mais elaborado consiste na preparação e análise microscópica (com microscópio de luz transmitida) de seções delgadas obtidas por meio de um micrótomo. (veja diagrama). Com isto, mesmo os menores defeitos se tornam visíveis. No caso de compostos reforçados, defeitos podem ser facilmente detectados através da análise da superfície de uma peça rompida na seção mais espessa. Se o tempo de recalque for muito curto, será possível observar uma estrutura espumosa na região da quebra e uma microfotografia ampliada mostrará fibras expostas que não estão acopladas ao polímero. Outro método consiste em tirar uma microfotografia de uma seção polida, em que pode ser detectada porosidade. O tempo efetivo de recalque pode ser determinado durante a injeção, pesando-se um certo número de peças (veja a descrição). Esta é a melhor maneira de determinar o tempo de recalque para uma certa peça, em condições práticas. Uma guia para determinar o tempo ótimo de recalque pode também ser obtido pela comparação com situações práticas (veja tabela). Estas se aplicam apenas para dadas espessuras de parede e não podem ser aplicadas para condições diferentes, tais como temperatura, uso de nucleantes e pigmentos, tempo de preenchimento do molde, etc. Para paredes mais finas, os tempos serão menores, para maiores espessuras, mais longos.
Procedimento de ajuste correto
Para obter peças moldadas com propriedades ótimas, o tempo de recalque deve ser determinado pelo método da pesagem, e o tempo de resfriamento deve ser reduzido ao mínimo (normalmente, ligeiramente superior ao tempo de plastificação). Isto pressupõe que o ponto de injeção tenha sido projetado e posicionado corretamente. É importante, também, manter a pressão constante durante o tempo de recalque. A pressão correta varia entre 60 e 100 MPa, dependendo do material usado.
Recalque apresentam contração excessiva, empenamento, rechupes, vazios e, em alguns casos, enormes perdas de propriedades mecânicas. Adicionalmente, podem ocorrer consideráveis variações dimensionais. Geralmente, se tenta compensar estes problemas através do aumento do tempo de resfriamento, porém, inutilmente.
O conceito básico de recalque é fazer que a peça não sofra depressões ( rechupe ), dando assim mais compactação a peça moldada.
SUJEIRA NO MOLDE
10. Acúmulo de Resíduo sobre o Molde
O acúmulo de resíduos sobre o molde pode ocorrer com praticamente todos os termoplásticos. Com o aumento da demanda
por produtos cada vez mais elaborados, também aumenta a quantidade de aditivos que têm que ser incorporados, como por exemplo,
modificadores, retardantes de chama, etc. Estes aditivos podem, com certa frequência, se acumular sobre a cavidade do molde.
Há muitas razões associadas ao acúmulo de resíduos sobre o molde. As mais comuns são:
• Decomposição térmica;
• Cisalhamento excessivo;
• Saídas de gases ineficientes;
Na prática, estes resíduos se acumulam devido a uma combinação de mais de um dos fatores mencionados acima, o que torna complexa a localização e a solução do problema. Além disto, há ainda mais um agravante – normalmente, os resíduos, se tornam visíveis somente depois de um longo tempo de trabalho.
10.1 Tipos de resíduos
Cada grupo de aditivos produz um tipo específico de resíduo. Retardantes de chama podem se decompor quando expostos à altas temperaturas, formando subprodutos que podem se acumular sobre o molde. Modificadores de impacto são afetados não apenas por temperatura excessiva mas também por cisalhamento excessivo. Estes modificadores podem, sob condições desfavoráveis, separar-se do polímero, deixando resíduos na superfície da cavidade. Alguns pigmentos utilizados nos polímeros de engenharia, usualmente processados à altas temperaturas, podem reduzir a estabilidade térmica do composto de moldagem, resultando em resíduos que consistem de polímero degradado e pigmento decomposto. Em partes do molde em que há superaquecimento (como em machos), modificadores, estabilizantes e outros aditivos podem, também, aderir à parede do molde, deixando resíduos. Nestes casos, deve-se buscar melhorar o controle da temperatura do molde ou usar estabilizantes especiais. Atabela ao lado lista as possíveis causas de acúmulo de resíduos
sobre o molde e maneiras de eliminá-las.
10.2 Resíduos que aparecem repentinamente
Normalmente, resíduos que aparecem repentinamente, são provocados por alterações nas condições de moldagem e mudanças de lote de matérias-primas. Os comentários a seguir podem ajudar a evitar este problema. Antes de mais nada, a temperatura do fundido deve ser medida e a aparência do fundido checada, na tentativa de encontrar sinais de decomposição, isto é, presença de material queimado. Também deve-se checar se o composto de moldagem está contaminado por substâncias estranhas e se nenhum composto de purga incompatível foi usado.
Além disso, é muito importante que as saídas de gases sejam checadas. O próximo passo deve ser operar a máquina com resina natural ou de cor clara. Após aproximadamente 20min de produção, deve-se desligar a máquina e desmontar o cilindro de injeção (bico, adaptador e rosca). A inspeção do material na tentativa de encontrar partículas queimadas e comparação da cor atual com a cor original indicarão, rapidamente, a fonte de problemas.
Esta técnica tem, em muitas situações, revelado fraquezas surpreendentes, mas é realmente aplicável apenas às máquinas pequenas (com rosca de até 40 mm de diâmetro). A eliminação destes problemas contribuirá para melhorias de qualidade também quando forem processados outros materiais termoplásticos. Um procedimento similar pode ser adotado para câmaras quentes.
10.3 Cuidado com os moldes
Se o acúmulo de resíduos não pode ser evitado por nenhuma das medidas descritas anteriormente, terão que ser dados cuidado e atenção especial aos moldes. Foi constatado na prática que os resíduos na superfície do molde podem ser removidos mais facilmente na fase inicial do seu aparecimento. Cavidades e saídas de gases devem, portanto, ser limpas em intervalos específicos de tempo, como por exemplo, ao fim de cada turno. Uma vez que o resíduo forma uma camada grossa, fica extremamente difícil removê-lo. E também corre-se o risco de fazer calço no molde dando rebarba no produto injetado.
Recomendações para evitar o acúmulo de resíduos
Quando resinas sensíveis térmicamente são injetadas em moldes de câmara quente, deve-se lembrar que o tempo de residência passa a ser mais longo, de modo que o risco de acúmulo de resíduos de produtos degradados aumenta. Materiais sensíveis ao cisalhamento devem, sempre, ser processados usando canais e entradas generosamente dimensionados. Entradas múltiplas, que reduzem os caminhos percorridos pelo material e também permitem a utilização de menores pressões de injeção, geralmente dão bons resultados. Em termos gerais, a exaustão eficiente dos gases da cavidade reduz a tendência de acúmulo de resíduos sobre o molde. Portanto, saídas de gases adequadas devem ser previstas na fase de projeto do molde. Saídas de gases auto-limpantes, ou que permitam a fácil remoção de resíduos, são preferíveis. Melhorias no sistema de exaustão dos gases tem sempre promovido a redução de acúmulo de resíduos sobre o molde. Em alguns casos, é possível aplicar uma cobertura anti-aderente sobre a superfície da cavidade, que contribui para a redução do acúmulo de resíduos.
O acúmulo de resíduos sobre o molde pode ocorrer com praticamente todos os termoplásticos. Com o aumento da demanda
por produtos cada vez mais elaborados, também aumenta a quantidade de aditivos que têm que ser incorporados, como por exemplo,
modificadores, retardantes de chama, etc. Estes aditivos podem, com certa frequência, se acumular sobre a cavidade do molde.
Há muitas razões associadas ao acúmulo de resíduos sobre o molde. As mais comuns são:
• Decomposição térmica;
• Cisalhamento excessivo;
• Saídas de gases ineficientes;
Na prática, estes resíduos se acumulam devido a uma combinação de mais de um dos fatores mencionados acima, o que torna complexa a localização e a solução do problema. Além disto, há ainda mais um agravante – normalmente, os resíduos, se tornam visíveis somente depois de um longo tempo de trabalho.
10.1 Tipos de resíduos
Cada grupo de aditivos produz um tipo específico de resíduo. Retardantes de chama podem se decompor quando expostos à altas temperaturas, formando subprodutos que podem se acumular sobre o molde. Modificadores de impacto são afetados não apenas por temperatura excessiva mas também por cisalhamento excessivo. Estes modificadores podem, sob condições desfavoráveis, separar-se do polímero, deixando resíduos na superfície da cavidade. Alguns pigmentos utilizados nos polímeros de engenharia, usualmente processados à altas temperaturas, podem reduzir a estabilidade térmica do composto de moldagem, resultando em resíduos que consistem de polímero degradado e pigmento decomposto. Em partes do molde em que há superaquecimento (como em machos), modificadores, estabilizantes e outros aditivos podem, também, aderir à parede do molde, deixando resíduos. Nestes casos, deve-se buscar melhorar o controle da temperatura do molde ou usar estabilizantes especiais. Atabela ao lado lista as possíveis causas de acúmulo de resíduos
sobre o molde e maneiras de eliminá-las.
10.2 Resíduos que aparecem repentinamente
Normalmente, resíduos que aparecem repentinamente, são provocados por alterações nas condições de moldagem e mudanças de lote de matérias-primas. Os comentários a seguir podem ajudar a evitar este problema. Antes de mais nada, a temperatura do fundido deve ser medida e a aparência do fundido checada, na tentativa de encontrar sinais de decomposição, isto é, presença de material queimado. Também deve-se checar se o composto de moldagem está contaminado por substâncias estranhas e se nenhum composto de purga incompatível foi usado.
Além disso, é muito importante que as saídas de gases sejam checadas. O próximo passo deve ser operar a máquina com resina natural ou de cor clara. Após aproximadamente 20min de produção, deve-se desligar a máquina e desmontar o cilindro de injeção (bico, adaptador e rosca). A inspeção do material na tentativa de encontrar partículas queimadas e comparação da cor atual com a cor original indicarão, rapidamente, a fonte de problemas.
Esta técnica tem, em muitas situações, revelado fraquezas surpreendentes, mas é realmente aplicável apenas às máquinas pequenas (com rosca de até 40 mm de diâmetro). A eliminação destes problemas contribuirá para melhorias de qualidade também quando forem processados outros materiais termoplásticos. Um procedimento similar pode ser adotado para câmaras quentes.
10.3 Cuidado com os moldes
Se o acúmulo de resíduos não pode ser evitado por nenhuma das medidas descritas anteriormente, terão que ser dados cuidado e atenção especial aos moldes. Foi constatado na prática que os resíduos na superfície do molde podem ser removidos mais facilmente na fase inicial do seu aparecimento. Cavidades e saídas de gases devem, portanto, ser limpas em intervalos específicos de tempo, como por exemplo, ao fim de cada turno. Uma vez que o resíduo forma uma camada grossa, fica extremamente difícil removê-lo. E também corre-se o risco de fazer calço no molde dando rebarba no produto injetado.
Recomendações para evitar o acúmulo de resíduos
Quando resinas sensíveis térmicamente são injetadas em moldes de câmara quente, deve-se lembrar que o tempo de residência passa a ser mais longo, de modo que o risco de acúmulo de resíduos de produtos degradados aumenta. Materiais sensíveis ao cisalhamento devem, sempre, ser processados usando canais e entradas generosamente dimensionados. Entradas múltiplas, que reduzem os caminhos percorridos pelo material e também permitem a utilização de menores pressões de injeção, geralmente dão bons resultados. Em termos gerais, a exaustão eficiente dos gases da cavidade reduz a tendência de acúmulo de resíduos sobre o molde. Portanto, saídas de gases adequadas devem ser previstas na fase de projeto do molde. Saídas de gases auto-limpantes, ou que permitam a fácil remoção de resíduos, são preferíveis. Melhorias no sistema de exaustão dos gases tem sempre promovido a redução de acúmulo de resíduos sobre o molde. Em alguns casos, é possível aplicar uma cobertura anti-aderente sobre a superfície da cavidade, que contribui para a redução do acúmulo de resíduos.
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