Processamento de plásticos termoendurecíveis moldados por injeção
A moldagem por injeção de plástico termoendurecível usa um parafuso ou êmbolo para empurrar o polímero através de um cilindro aquecido (120-260°F) para reduzir a viscosidade e depois injetá-lo em um molde aquecido (300-450°F). Assim que o material preenche o molde, ele é pressurizado. Neste momento ocorre a reticulação química, causando o endurecimento do polímero. O produto duro (ou seja, curado) pode ser ejetado do molde enquanto está quente e não pode ser remodelado ou fundido novamente.
O equipamento de moldagem por injeção possui um dispositivo de fixação acionado hidraulicamente para fechamento do molde e um dispositivo de injeção que pode transportar o material. A maioria dos plásticos termoendurecíveis são usados na forma granular ou em flocos, que podem ser alimentados no dispositivo de injeção de parafuso por um funil de gravidade. Ao processar composto para moldagem a granel de poliéster (BMC), é como um"massa de pão"e um pistão de alimentação é usado para pressionar o material na ranhura da rosca.
Os polímeros processados por este processo são (em ordem de quantidade); fenólicos, BMCs de poliéster, melamina, epóxis, plásticos de ureia-formaldeído, polímeros de éster vinílico e ftalato de dialila (DAP).
A maioria dos termofixos contém grandes quantidades de cargas (até 70% em peso) para reduzir custos ou melhorar o baixo encolhimento, resistência ou propriedades especiais. Enchimentos comuns incluem fibras de vidro, fibras minerais, argilas, fibras de madeira e negro de fumo. Estas cargas podem ser muito abrasivas e produzir altas viscosidades que devem ser superadas pelo equipamento de processamento.
Em processamento
Tanto os termoplásticos quanto os termofixos diminuirão em viscosidade quando aquecidos. No entanto, a viscosidade dos termofixos aumenta com o tempo e a temperatura devido às reações químicas de reticulação. O resultado combinado desses efeitos é uma curva de viscosidade em forma de U ao longo do tempo e da temperatura. O objetivo da moldagem por injeção termofixa é completar a operação de enchimento do molde na área de menor viscosidade porque a pressão necessária para formar o material no formato do molde é a mais baixa. Isto também ajuda a minimizar os danos às fibras do polímero.
O processo de moldagem por injeção utiliza um parafuso para mover o material através de um barril aquecido, que faz circular água ou óleo em uma camisa ao redor do barril. O parafuso pode ser projetado para cada tipo de material e levemente comprimido para remover o ar e aquecer o material para obter baixa viscosidade. A maioria dos materiais termoendurecíveis flui muito bem aqui.
A operação de colocar o material no molde é parar a rotação do parafuso e empurrar o parafuso para frente em alta velocidade com pressão hidráulica para forçar o material plastificado de baixa viscosidade para dentro do molde. Este fluxo rápido requer o enchimento da cavidade do molde em 0,5 segundos e a pressão deve atingir 193MPa. Uma vez preenchida a cavidade do molde, o fluxo de alta velocidade do material gera maior calor de fricção para acelerar a reação química.
Uma vez preenchida a cavidade do molde, a pressão de injeção cairá para uma pressão de retenção de 34,5-68,9MPa. Esta pressão de retenção é mantida no material por 5 a 10 segundos, depois a pressão é liberada e a próxima fase de plastificação do ciclo começa.
O material é mantido no molde quente até endurecer e, em seguida, o dispositivo de fixação é aberto para ejetar o produto. O produto pode estar ligeiramente não curado e um pouco macio quando é ejetado. A cura final é concluída em 1 ou 2 minutos após a remoção, utilizando o calor retido no interior do produto. Todo o ciclo de produção de produtos termofixos é de 10 a 120 segundos, dependendo da espessura do produto e do tipo de matéria-prima.
Muitas tecnologias diferentes e especializadas são utilizadas para melhorar a qualidade e a reprodutibilidade do produto. Tendo em vista o fato de que alguns polímeros termoendurecíveis produzem gás quando aquecidos, muitas vezes há uma operação de deflação após o molde ser parcialmente preenchido. Nesta etapa, o molde é ligeiramente aberto para permitir a saída do gás e, em seguida, fechado rapidamente para injetar o restante do material.
A moldagem por injeção proporciona maior resistência, melhor controle dimensional e melhor condição de superfície (aparência), que é obtida usando um molde com cavidade de membrana telescópica e núcleo de membrana. O molde pode ser aberto 1/8-1/2 pol. durante o processo de injeção e depois comprimido rapidamente, assim como o molde é fechado.
Compostos de moldagem integral feitos de fibra de vidro, enchimento e resina insaturada de poliéster podem ser equipados com equipamentos especializados adicionais na máquina para completar a moldagem por injeção. Um alimentador de pistão é conectado ao cilindro para forçar a alimentação, que pode então ser operada de duas maneiras diferentes. Um deles possui um parafuso alternativo tradicional que empurra o material para frente enquanto o mistura e aquece. Isto requer uma válvula de retenção na extremidade do parafuso. Evite que o material retorne às roscas do parafuso porque a viscosidade do material é muito baixa. Outra forma é usar um êmbolo ou pistão para pressionar o material na cavidade do molde. O êmbolo é frequentemente usado para materiais que contêm mais de 22% de fibra de vidro em peso porque é menos prejudicial à fibra e também pode obter maior resistência.
Outro método de processo usado pela primeira vez para moldagem de plástico termoendurecível é a moldagem por compressão e a moldagem por transferência. Em comparação com eles, as vantagens e desvantagens da moldagem por injeção são as seguintes:
As vantagens da moldagem por injeção em relação à moldagem por compressão são: ciclo de moldagem mais rápido (2 a 3 vezes) automação do processo; menos mudanças de produtos; custos trabalhistas mais baixos; alta capacidade de produção.
As desvantagens da moldagem por injeção em comparação à moldagem por compressão são: maior investimento em equipamentos e moldes; a moldagem por compressão pode obter maior resistência do produto e melhor acabamento superficial.
As vantagens da fundição sob pressão estão geralmente entre a moldagem por injeção e a moldagem por compressão.
Equipamento
Fatores importantes na seleção de equipamentos para moldagem por injeção de plástico termoendurecível incluem: capacidade do dispositivo de fixação do molde e capacidade de moldagem por injeção; sistema de controle e temperatura do barril.
A seleção do dispositivo de fixação do molde com pressão de fechamento em toneladas deve ser baseada na área de moldagem projetada determinada do produto e no canal de fluxo. A tonelagem necessária pode ser de 1,5 a 5t/in2, dependendo da complexidade do produto moldado e das matérias-primas utilizadas. O tamanho do equipamento está entre 30 e 3.000 t, e os equipamentos mais comuns estão entre 100 e 600 t. A espessura da chapa de aço e a rigidez da máquina são muito importantes. Minimize a deformação por flexão durante a injeção, o que dificulta a remoção do transbordamento.
A capacidade de injeção da máquina precisa ser analisada com base na pressão máxima de injeção necessária para preencher o molde e no volume do material na cavidade e no sistema de canais de fluxo. A pressão de injeção necessária varia de 96,5 MPa para compostos de moldagem integral de poliéster a 207 MPa para alguns plásticos fenólicos especiais. A capacidade de injeção da máquina é frequentemente indicada pelo volume teórico (a área do parafuso ou pistão injetado multiplicada pelo seu curso).
Em geral, a capacidade do equipamento é determinada por 85% do volume do produto que o equipamento pode produzir. Quando o equipamento for indicado pela capacidade de produção de poliestireno, a diferença de densidade entre ele e os plásticos termoendurecíveis deve ser levada em consideração na determinação da capacidade de produção por peso da peça.
O sistema de controle popular atual é o controle por computador, que pode selecionar a velocidade de injeção e a carga do dispositivo de fixação. O programa de operação do processo, o movimento do núcleo do molde lateral para o molde, o ciclo de trabalho do dispositivo ejetor e o controle da temperatura do cilindro e do molde. O método de configuração e registro da alimentação de um molde específico e de matérias-primas específicas em sequência é extremamente valioso. Porque há um grande número de variáveis no processo.
A temperatura do barril é controlada pela água quente que flui através da camisa que cobre o barril. O controle da temperatura do molde é mais comumente realizado por aquecedores plug-in, mas também pode ser realizado por vapor ou óleo quente circulante.
A temperatura do molde altamente controlável é o mais importante para obter produtos uniformes.
As opções de equipamentos comuns incluem alimentadores para compostos de moldagem integrais, sistemas de molde de troca rápida, reservatórios de fluido hidráulico para injeção rápida, núcleos laterais conectados ao sistema hidráulico para deslizamento do molde, sistemas robóticos de coleta e jatos de ar para remover rebarbas geradas durante cada moldagem ciclo.
Devido à baixa viscosidade do polímero, ele flui em uma película fina na linha de partição, de modo que os plásticos termofixos acabados geralmente precisam ser aparados para remover rebarbas. A remoção de rebarbas de peças moldadas geralmente é feita rolando as peças ou passando-as por um dispositivo onde pellets de plástico de alta velocidade removem a camada quebradiça de rebarbas.
Formulários
Os principais mercados para materiais termofixos produzidos por moldagem por injeção incluem:
Indústria automotiva: peças de motores, refletores de faróis e peças de freios.
Indústria elétrica: disjuntores, caixas de interruptores e formadores de bobinas.
Eletrodomésticos: placas para forno de pão, bases para cafeteiras, comutadores de motores, carcaças de motores e carcaças de coleta de lixo.
Outros: caixas de ferramentas elétricas, caixas de lâmpadas, medidores de vazão de gás e louças.
