Generación de tensión interna
En los productos moldeados por inyección, el estado de tensión local varía según la zona y el grado de deformación viene determinado por la distribución de tensiones residuales. Si durante el enfriamiento existe un gradiente térmico, esta tensión se desarrolla; por ello también se denomina tensión de moldeo.
Existen dos tipos de tensiones internas en las piezas moldeadas por inyección: la tensión de moldeo y la tensión residual térmica. Cuando la masa fundida entra en el molde a menor temperatura, la zona cercana a la pared de la cavidad se enfría y solidifica rápidamente, congelando los segmentos de las cadenas moleculares.
Debido a la escasa conductividad de las tensiones térmicas residuales de la capa de polímero solidificada, se genera un gran gradiente de temperatura en la dirección del espesor del producto.
El núcleo del producto se solidifica con bastante lentitud, de modo que, cuando se cierra la compuerta, la masa fundida del centro del producto aún no se ha solidificado y la máquina de moldeo por inyección no puede compensar la contracción por enfriamiento en ese momento.
Así, la contracción interna del producto se produce en sentido contrario a la acción de la capa dura de la piel; el núcleo está en tensión estática mientras que la capa superficial está en compresión estática.
En el flujo de llenado de la masa fundida, además del efecto de contracción de volumen causado por la tensión. También hay tensiones causadas por el efecto de expansión del canal y la salida de la compuerta; el primer efecto causa tensiones relacionadas con la dirección del flujo de la masa fundida, y el segundo causará tensiones en la dirección perpendicular al flujo debido al efecto de expansión de la salida.
Los factores del proceso que afectan al estrés
En condiciones de enfriamiento rápido, la orientación provocará la formación de tensiones en el polímero. Debido a la alta viscosidad del polímero fundido, la tensión interna no puede relajarse rápidamente, lo que afecta a las propiedades físicas y la estabilidad dimensional del producto.
Influencia de cada parámetro en la tensión de orientación
(1) Temperatura de fusión, alta temperatura de fusión, baja viscosidad y tensión de cizallamiento disminuyen la orientación; por otro lado, debido a la alta temperatura de fusión hará que la relajación de la tensión se acelere, impulsando la capacidad de fortalecer la desorientación.
(2) En el caso de no cambiar la presión de la máquina de moldeo por inyección, la presión de la cavidad del molde aumentará, y el fuerte efecto de cizallamiento conduce a un aumento de la tensión de orientación.
(3) Prolongar el tiempo de mantenimiento antes de cerrar la boquilla provocará un aumento de la tensión de orientación.
(4) Aumentar la presión de inyección o la presión de mantenimiento aumentará la tensión de orientación.
(5) La alta temperatura del molde puede garantizar que el producto se enfríe lentamente y desempeña un papel en la desorientación.
(6) Aumentar el espesor del producto para reducir la tensión de orientación, porque los productos de pared gruesa se enfrían lentamente, aumenta la viscosidad, y el proceso de relajación de la tensión de un largo tiempo, por lo que la tensión de orientación es pequeño.
Efecto del estrés térmico
(1) Como se ha indicado, debido al gran gradiente de temperatura entre la masa fundida y la pared durante el llenado, la capa exterior que se solidifica primero debe frenar la contracción de la fina capa interior que se solidifica después, lo que genera tensión de compresión —tensión de contracción— en la capa exterior y tensión de tracción —tensión de orientación— en la interior.
(2) Si el molde está lleno y permanece durante mucho tiempo bajo la acción de la presión de mantenimiento, se añade más polímero fundido a la cavidad, por lo que aumenta la presión de moldeo por inyección dentro de ella, y esta presión modificará la tensión interna debido a la temperatura desigual.
Sin embargo, en el caso de un tiempo de mantenimiento corto y una presión de cavidad baja, el producto seguirá manteniendo el estado de tensión original al enfriarse.
(3) Si la presión de la cavidad es insuficiente al comienzo del enfriamiento, la capa exterior forma una depresión por contracción de solidificación; si la presión de la cavidad del molde de inyección es insuficiente más tarde, cuando ya existe una capa fría y dura, la capa interior se separará por contracción o formará huecos.
(4) Si se mantiene la presión de la cavidad antes de cerrar la compuerta, es beneficioso para mejorar la densidad del producto y eliminar la tensión de la temperatura de enfriamiento, pero se generará una gran concentración de tensión cerca de la compuerta.
(5) Por lo tanto, parece que cuanto mayor sea la presión en el molde, mayor será el tiempo de mantenimiento, lo que ayuda a reducir la tensión de contracción generada por la temperatura y viceversa aumentará la tensión de compresión.
Relación entre la tensión interna y la calidad del producto
(1) La existencia de tensiones internas en el producto afectará seriamente a las propiedades mecánicas y al rendimiento del producto; debido a la existencia y distribución desigual de tensiones internas, se producirán grietas en el proceso de utilización del producto.
En la temperatura de transición vítrea por debajo del uso, a menudo se producen deformaciones irregulares o alabeo, sino que también causan la superficie del producto “blanco”, nublado, el deterioro de las propiedades ópticas.
(2) Intentar reducir la temperatura en la compuerta, y aumentar el tiempo de enfriamiento lento, lo que favorece la mejora de la desigualdad de la tensión residual del producto, para que las propiedades mecánicas del producto sean uniformes.
(3) Independientemente de que se trate de un polímero cristalino o no cristalino, la resistencia a la tracción presenta características anisotrópicas.
En polímeros no cristalinos, la resistencia a tracción depende de la posición de la entrada. Si coincide con la dirección de llenado, la resistencia disminuye al aumentar la temperatura de fusión; si es perpendicular a la dirección de llenado del molde de inyección, aumenta con la temperatura.
(4) El aumento de la temperatura de fusión conduce al fortalecimiento del efecto de reorientación, mientras que el debilitamiento del efecto de orientación disminuye la resistencia a la tracción.
La orientación de la compuerta afecta a la orientación al influir en la dirección del flujo del material, y dado que la anisotropía de los polímeros no cristalinos es más fuerte que la de los polímeros cristalinos, la resistencia a la tracción en la dirección perpendicular a la dirección del flujo es mayor para los primeros que para los segundos.
El moldeo por inyección a baja temperatura presenta mayor anisotropía mecánica que la inyección a alta temperatura; por ejemplo, la relación de resistencia perpendicular a la dirección del flujo es 1.7 a alta temperatura y 2 a baja temperatura.
(5) Así pues, parece que un aumento de la temperatura de fusión provoca una disminución de la resistencia a la tracción tanto para los polímeros cristalinos como para los no cristalinos, pero el mecanismo es diferente; el primero se debe al efecto de reducción por orientación.
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