1 . La generación de estrés interno.
En productos moldeados por inyección, el estado de tensión varía localmente y el grado de deformación del producto dependerá de la distribución de tensiones. Estas tensiones pueden ocurrir cuando el producto experimenta un gradiente de temperatura mientras se enfría y, por lo tanto, se denominan "tensión de formación".
Hay dos tipos de tensión interna en productos moldeados por inyección: tensión de moldeo y tensión de temperatura.
Cuando se inyecta material plástico fundido en un molde a una temperatura más baja, el material plástico cerca de la pared de la cavidad se solidifica rápidamente, lo que hace que las cadenas moleculares se "congelan". Esto da como resultado una conductividad térmica deficiente y un gran gradiente de temperatura en todo el espesor del producto. El núcleo del producto se solidifica más lentamente, lo que lleva a una situación en la que la compuerta se cierra antes de que la masa fundida se haya solidificado en el centro del producto. Esto evita que la máquina de moldeo por inyección reponga la contracción por enfriamiento.
Como resultado, el interior del producto está bajo estiramiento estático, mientras que la capa superficial está bajo compresión estática. La contracción interna del producto es opuesta a la de la capa dura de la piel.
Durante el proceso de llenado, la tensión no sólo es causada por el efecto de contracción del volumen, sino también por el efecto de expansión del pasillo y la puerta de salida. La tensión causada por el efecto de contracción volumétrica está relacionada con la dirección del flujo del plástico fundido, mientras que la tensión causada por el efecto de expansión es perpendicular a la dirección del flujo, debido a la expansión en la salida.
2. Factores de proceso que afectan el estrés
(1) Efecto del estrés direccional
En condiciones de enfriamiento rápido, la orientación puede provocar que se formen tensiones internas en el material polimérico. La alta viscosidad del polímero fundido significa que la tensión interna no puede relajarse rápidamente, lo que afecta las propiedades físicas y la estabilidad dimensional del producto.
Efectos de los parámetros sobre el voltaje de orientación:
- Temperatura de fusión:
Una temperatura de fusión alta conduce a una viscosidad baja y a una tensión de corte reducida, lo que resulta en una orientación reducida. Sin embargo, las altas temperaturas también aceleran la relajación del estrés y mejoran la liberación de orientación. Si no se ajusta la presión de la máquina de moldeo por inyección, la presión de la cavidad aumentará, lo que provocará un efecto de corte más fuerte y un aumento de la tensión de guiado.
- Tiempo de espera antes del cierre de la boquilla:
Prolongar el tiempo de retención antes de que se cierre la boquilla aumenta la tensión de orientación.
- Presión de inyección y retención:
Aumentar la inyección o mantener la presión aumenta la tensión de orientación.
- Temperatura del molde:
Una alta temperatura del molde asegura que el producto se enfríe lentamente, desempeñando un papel desorientador.
- Grosor del producto:
El aumento del espesor del producto reduce la tensión de orientación porque los productos de paredes gruesas se enfrían lentamente, lo que lleva a un lento aumento de la viscosidad y a un largo proceso de relajación de la tensión, lo que da como resultado una pequeña tensión de orientación.
(2) Influencia sobre el estrés térmico
Como se indicó anteriormente, el gran gradiente de temperatura entre la masa fundida y la pared del molde durante el llenado del molde da como resultado una tensión de compresión (tensión de contracción) en la capa exterior y una tensión de tracción (tensión de orientación) en la capa interior.
Si el molde se llena durante un largo período de tiempo bajo la influencia de la presión de mantenimiento, el polímero fundido se vuelve a llenar en la cavidad, lo que aumenta la presión de la cavidad y cambia la tensión interna causada por la temperatura desigual. Sin embargo, si el tiempo de retención es corto y la presión en la cavidad es baja, el producto mantendrá su estado original de tensión durante el enfriamiento.
Si la presión de la cavidad es insuficiente en las primeras etapas del enfriamiento del producto, la capa exterior del producto formará una depresión debido a la contracción por solidificación. Si la presión de la cavidad es insuficiente en las etapas posteriores, cuando el producto ha formado una capa dura y fría, la capa interna del producto puede separarse debido a la contracción o formar una cavidad.
Mantener la presión de la cavidad antes del cierre de la compuerta ayuda a aumentar la densidad del producto y eliminar el estrés de la temperatura de enfriamiento, pero también causa una alta concentración de tensión cerca de la compuerta.
Por lo tanto, al moldear polímeros termoplásticos, una mayor presión en el molde y un tiempo de retención más prolongado ayudan a reducir la tensión de contracción causada por la temperatura y aumentan la tensión de compresión.
3. La relación entre el estrés interno y el producto es la calidad.
La presencia de tensiones internas en un producto puede afectar significativamente sus propiedades mecánicas y su utilidad. La distribución desigual de la tensión interna puede provocar que el producto se agriete durante el uso.
Cuando se utiliza por debajo de la temperatura de transición vítrea, el producto puede sufrir deformaciones irregulares o alabeos, y su superficie puede volverse “blanquecina”, turbia y con propiedades ópticas deterioradas.
Reducir la temperatura en el puerto y aumentar el tiempo de enfriamiento lento puede ayudar a mejorar la tensión desigual en el producto y hacer que sus propiedades mecánicas sean más uniformes.
Tanto los polímeros cristalinos como los amorfos exhiben una resistencia a la tracción anisotrópica. La resistencia a la tracción de los polímeros amorfos variará según la ubicación del puerto. Cuando la puerta está alineada con la dirección de llenado, la resistencia a la tracción disminuye a medida que aumenta la temperatura de la masa fundida. Cuando la puerta es perpendicular a la dirección de llenado, la resistencia a la tracción aumenta al aumentar la temperatura de la masa fundida.
Un aumento en la temperatura de fusión refuerza el efecto de desorientación y reduce el efecto de orientación, reduciendo la resistencia a la tracción. La orientación de la compuerta puede afectar la orientación al influir en la dirección del flujo.
Los polímeros amorfos tienen una mayor resistencia a la tracción en la dirección perpendicular a la dirección del flujo que los polímeros cristalinos debido a su mayor anisotropía. La inyección a baja temperatura tiene mayor anisotropía mecánica que la inyección a alta temperatura, siendo la relación de intensidad de la dirección vertical a la dirección del flujo 2 cuando la temperatura de inyección es baja y 1,7 cuando es alta.
En conclusión, el aumento de la temperatura de fusión disminuye la resistencia a la tracción tanto para los polímeros cristalinos como para los amorfos, pero el mecanismo difiere, este último se debe a una reducción en la orientación.
