Generazione di stress interno
Nei prodotti ottenuti con uno stampo a iniezione, lo stato di tensione locale varia da punto a punto e il grado di deformazione del prodotto è determinato dalla distribuzione delle tensioni residue. Se durante il raffreddamento del prodotto è presente un gradiente di temperatura, si sviluppa questo tipo di tensione, detta anche «tensione di stampaggio».
Nei componenti stampati a iniezione si distinguono due tipi di tensioni interne: le tensioni di stampaggio e le tensioni residue termiche. Quando il fuso entra nello stampo a una temperatura più bassa, quello vicino alla parete della cavità si raffredda e solidifica rapidamente, per cui i segmenti delle catene molecolari rimangono «congelati».
A causa della scarsa conducibilità delle sollecitazioni termiche residue dello strato polimerico solidificato, si genera un forte gradiente di temperatura nella direzione dello spessore del prodotto.
Il cuore del prodotto solidifica piuttosto lentamente, perciò quando il punto di iniezione si chiude, il materiale fuso al centro del prodotto non è ancora solidificato e la pressa a iniezione non è più in grado di compensare il ritiro da raffreddamento.
In questo modo, il ritiro interno del prodotto avviene in direzione opposta all’azione dello strato di pelle dura; il nucleo è in tensione statica mentre lo strato superficiale è in compressione statica.
Nel flusso di riempimento della colata, oltre all’effetto di contrazione volumetrica causato dalle sollecitazioni. Ci sono anche sollecitazioni causate dall’effetto di espansione del canale e dell’uscita del cancello; il primo effetto provoca sollecitazioni relative alla direzione del flusso di fusione, mentre il secondo causerà sollecitazioni in direzione perpendicolare al flusso a causa dell’effetto di espansione dell’uscita.
I fattori di processo che influenzano lo stress
In condizioni di raffreddamento rapido, l’orientamento porterà alla formazione di tensioni nel polimero. A causa dell’elevata viscosità del polimero fuso, le tensioni interne non possono essere allentate rapidamente, compromettendo le proprietà fisiche e la stabilità dimensionale del prodotto.
Influenza di ciascun parametro sulla sollecitazione di orientamento
(1) La temperatura di fusione, l’alta temperatura di fusione, la bassa viscosità e lo sforzo di taglio diminuiscono l’orientamento; d’altro canto, l’alta temperatura di fusione accelera il rilassamento dello stress, favorendo la capacità di rafforzare il disorientamento.
(2) Se non si modifica la pressione della macchina di stampaggio a iniezione, la pressione della cavità dello stampo aumenta e il forte effetto di taglio porta a un aumento delle sollecitazioni di orientamento.
(3) L’allungamento del tempo di mantenimento prima della chiusura dell’ugello comporta un aumento della tensione di orientamento.
(4) L’aumento della pressione di iniezione o della pressione di mantenimento aumenta la tensione di orientamento.
(5) L’elevata temperatura dello stampo può garantire che il prodotto si raffreddi lentamente e svolge un ruolo nella disorientazione.
(6) Aumentare lo spessore del prodotto per ridurre lo stress da orientamento, perché i prodotti a parete spessa si raffreddano lentamente, la viscosità aumenta e il processo di rilassamento dello stress dura a lungo, quindi lo stress da orientamento è ridotto.
Effetto sullo stress da temperatura
(1) Come indicato sopra, a causa dell’elevato gradiente di temperatura tra il fuso e la parete durante il riempimento dello stampo a iniezione, lo strato esterno del fuso che solidifica per primo deve contribuire a contrastare il ritiro del sottile strato superficiale interno che solidifica in seguito. Ciò genera una sollecitazione di compressione (tensione da ritiro) nello strato esterno e una sollecitazione di trazione (tensione da orientamento) nello strato interno.
(2) Se lo stampo è pieno e rimane a lungo sotto l’azione della pressione di mantenimento, il fuso polimerico continua a essere immesso nella cavità, aumentando la pressione di stampaggio a iniezione al suo interno; tale pressione modifica le tensioni interne a causa della temperatura non uniforme.
Tuttavia, se il tempo di mantenimento è breve e la pressione della cavità è bassa, il prodotto manterrà lo stato di stress originale durante il raffreddamento.
(3) Se la pressione nella cavità dello stampo è insufficiente nella fase iniziale di raffreddamento del prodotto, lo strato esterno formerà un avvallamento a causa del ritiro da solidificazione; se la pressione nella cavità dello stampo a iniezione è insufficiente in una fase successiva, quando sul prodotto si è già formato uno strato freddo e rigido, lo strato interno si separerà per effetto del ritiro o formerà cavità.
(4) Se la pressione della cavità viene mantenuta prima della chiusura del cancello, è vantaggioso migliorare la densità del prodotto ed eliminare lo stress da temperatura di raffreddamento, ma si genererà una grande concentrazione di stress vicino al cancello.
(5) Sembra quindi che quanto maggiore è la pressione nello stampo, tanto più lungo è il tempo di mantenimento, che contribuisce a ridurre lo stress da ritiro generato dalla temperatura e viceversa aumenterà lo stress da compressione.
Il rapporto tra stress interno e qualità del prodotto
(1) L’esistenza di tensioni interne al prodotto compromette seriamente le proprietà meccaniche e le prestazioni del prodotto stesso; a causa dell’esistenza e della distribuzione disomogenea delle tensioni interne, si verificheranno delle cricche durante il processo di utilizzo del prodotto.
La temperatura di transizione del vetro inferiore all’uso, spesso causa deformazioni irregolari o deformazioni, ma anche il deterioramento della superficie del prodotto “bianca”, torbida e delle proprietà ottiche.
(2) Cercare di ridurre la temperatura al cancello e aumentare il tempo di raffreddamento lento, che favorisce il miglioramento della disomogeneità delle tensioni residue del prodotto, in modo che le proprietà meccaniche del prodotto siano uniformi.
(3) Indipendentemente dal polimero cristallino o non cristallino, la resistenza alla trazione presenta caratteristiche anisotrope.
Per i polimeri non cristallini, la resistenza a trazione varia in funzione della posizione del punto di iniezione: quando questo è orientato nella stessa direzione del riempimento dello stampo, la resistenza a trazione diminuisce all’aumentare della temperatura del fuso; quando è perpendicolare alla direzione di riempimento dello stampo a iniezione, la resistenza a trazione aumenta all’aumentare della temperatura del fuso.
(4) L’aumento della temperatura di fusione porta al rafforzamento dell’effetto di riorientamento, mentre l’indebolimento dell’effetto di orientamento diminuisce la resistenza alla trazione.
L’orientamento del gate influisce sull’orientamento influenzando la direzione del flusso del materiale e, poiché l’anisotropia dei polimeri non cristallini è più forte di quella dei polimeri cristallini, la resistenza alla trazione nella direzione perpendicolare alla direzione del flusso è maggiore per i primi che per i secondi.
Lo stampaggio a iniezione a bassa temperatura presenta un’anisotropia meccanica maggiore rispetto all’iniezione ad alta temperatura: per esempio, il rapporto di resistenza nella direzione perpendicolare al flusso è 1,7 ad alta temperatura di iniezione e 2 a bassa temperatura.
(5) Sembra quindi che un aumento della temperatura di fusione porti a una diminuzione della resistenza alla trazione sia per i polimeri cristallini che per quelli non cristallini, ma il meccanismo è diverso; il primo è dovuto all’effetto di riduzione attraverso l’orientamento.
Serve un preventivo per il tuo progetto di stampaggio a iniezione?Richiedi prezzi competitivi, feedback DFM e tempistiche di produzione al team tecnico di ZetarMold.
Richiedi un preventivo gratuito → Consulta la nostra Guida completa allo stampaggio a iniezione per una panoramica esaustiva.
