1. Tele geração de estresse interno
Em produtos moldados por injeção, o estado de tensão varia localmente e o grau de deformação do produto dependerá da distribuição de tensão. Essas tensões podem ocorrer quando o produto apresenta um gradiente de temperatura enquanto está esfriando e, portanto, são chamadas de “tensão de formação”.
Existem dois tipos de tensão interna em produtos moldados por injeção: tensão de moldagem e tensão de temperatura.
Quando o material plástico derretido é injetado em um molde com temperatura mais baixa, o material plástico próximo à parede da cavidade solidifica rapidamente, fazendo com que as cadeias moleculares “congelem”. Isto resulta numa fraca condutividade térmica e num grande gradiente de temperatura na espessura do produto. O núcleo do produto solidifica mais lentamente, levando a uma situação em que a comporta é fechada antes que o fundido tenha solidificado no centro do produto. Isso evita que a máquina de moldagem por injeção reabasteça a contração por resfriamento.
Como resultado, o interior do produto está sob estiramento estático, enquanto a camada superficial está sob compressão estática. O encolhimento interno do produto é oposto ao da camada dura da pele.
Durante o processo de enchimento, o estresse não é causado apenas pelo efeito de contração de volume, mas também pelo efeito de expansão do corredor e da saída do portão. A tensão causada pelo efeito de contração volumétrica está relacionada à direção do fluxo do plástico derretido, enquanto a tensão causada pelo efeito de expansão é perpendicular à direção do fluxo, devido à expansão na saída.
2. Fatores de processo que afetam o estresse
(1) Efeito do estresse direcional
Sob condições de resfriamento rápido, a orientação pode causar a formação de tensões internas no material polimérico. A alta viscosidade do polímero fundido significa que a tensão interna não pode relaxar rapidamente, o que afeta as propriedades físicas e a estabilidade dimensional do produto.
Efeitos dos parâmetros na tensão de orientação:
- Temperatura de fusão:
Uma alta temperatura de fusão leva a uma baixa viscosidade e redução da tensão de cisalhamento, resultando em orientação reduzida. No entanto, a alta temperatura também acelera o relaxamento do estresse e melhora a liberação da orientação. Se a pressão da máquina de moldagem por injeção não for ajustada, a pressão da cavidade aumentará, levando a um efeito de cisalhamento mais forte e a um aumento da tensão de orientação.
- Tempo de espera antes do fechamento do bico:
Prolongar o tempo de retenção antes do bocal ser fechado aumenta a tensão de orientação.
- Pressão de injeção e retenção:
Aumentar a injeção ou a pressão de retenção aumenta o estresse de orientação.
- Temperatura do Molde:
Uma alta temperatura do molde garante que o produto esfrie lentamente, desempenhando um papel de desorientação.
- Espessura do produto:
Aumentar a espessura do produto reduz a tensão de orientação porque os produtos de paredes espessas esfriam lentamente, levando a um aumento lento na viscosidade e a um longo processo de relaxamento de tensão, resultando em uma pequena tensão de orientação.
(2) Influência no estresse térmico
Como afirmado anteriormente, o grande gradiente de temperatura entre o fundido e a parede do molde durante o enchimento do molde resulta 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 por um longo período de tempo sob a influência da pressão de retenção, o polímero fundido é recarregado na cavidade, aumentando a pressão da cavidade e alterando a tensão interna causada pela temperatura irregular. Entretanto, se o tempo de retenção for curto e a pressão da cavidade for baixa, o produto manterá seu estado de tensão original durante o resfriamento.
Se a pressão da cavidade for insuficiente nos estágios iniciais do resfriamento do produto, a camada externa do produto formará uma depressão devido à contração de solidificação. Se a pressão da cavidade for insuficiente nas fases posteriores, quando o produto tiver formado uma camada dura e fria, a camada interna do produto pode separar-se devido ao encolhimento ou formar uma cavidade.
Manter a pressão da cavidade antes do fechamento da comporta ajuda a aumentar a densidade do produto e a eliminar o estresse da temperatura de resfriamento, mas também causa uma alta concentração de tensão perto da comporta.
Portanto, ao moldar polímeros termoplásticos, uma pressão mais alta no molde e um tempo de retenção mais longo ajudam a reduzir a tensão de contração causada pela temperatura e a aumentar a tensão de compressão.
3. Relação entre estresse interno e produtoé qualidade
A presença de tensões internas em um produto pode afetar significativamente suas propriedades mecânicas e usabilidade. A distribuição desigual do estresse interno pode causar rachaduras no produto durante o uso.
Quando utilizado abaixo da temperatura de transição vítrea, o produto pode sofrer deformações irregulares ou empenamentos, e sua superfície pode ficar “esbranquiçada”, turva, com propriedades ópticas prejudicadas.
Reduzir a temperatura na porta e aumentar o tempo de resfriamento lento pode ajudar a melhorar a tensão irregular no produto e tornar suas propriedades mecânicas mais uniformes.
Tanto os polímeros cristalinos quanto os amorfos exibem resistência à tração anisotrópica. A resistência à tração dos polímeros amorfos irá variar dependendo da localização da porta. Quando a comporta está alinhada com a direção de enchimento, a resistência à tração diminui à medida que a temperatura do fundido aumenta. Quando a comporta é perpendicular à direção de enchimento, a resistência à tração aumenta com o aumento da temperatura do fundido.
Um aumento na temperatura de fusão fortalece o efeito de desorientação e reduz o efeito de orientação, reduzindo a resistência à tração. A orientação da comporta pode afetar a orientação influenciando a direção do fluxo.
Os polímeros amorfos têm maior resistência à tração na direção perpendicular à direção do fluxo do que os polímeros cristalinos, devido à sua anisotropia mais forte. A injeção em baixa temperatura tem maior anisotropia mecânica do que a injeção em alta temperatura, com a relação de intensidade da direção vertical para a direção do fluxo sendo 2 quando a temperatura de injeção é baixa e 1,7 quando é alta.
Em conclusão, o aumento da temperatura de fusão diminui a resistência à tração tanto para os polímeros cristalinos como para os amorfos, mas o mecanismo difere, sendo este último devido a uma redução na orientação.
