O que é a moldagem por injeção assistida por gás?

Gas Assisted injection molding is a process that uses gas to help push plastic material into the mold. This makes the process faster, more efficient, and results in a higher quality product.

Gas-Assisted Injection Molding (GRIM) is a new type of injection molding process, which has been widely used abroad in recent years and is increasingly used in China.

Gas-assisted injection molding is a process that uses pressurized gas to help injection molded parts cool faster and cure more quickly.

Gas assist molding is a low-pressure plastic injection molding process where pressurized nitrogen gas is injected into the mold, pushing the molten plastic into the mold extremities, while hollowing out thicker sections in the part.

This blog post will discuss what gas-assisted injection molding is and how it works!

Princípio da moldagem por injeção assistida por gás

O princípio consiste em utilizar um gás inerte de pressão relativamente baixa (o nitrogénio é normalmente utilizado devido ao seu baixo custo e segurança, e também ao papel de refrigerante, com uma pressão de 0,5 a 300 MPa) para substituir parte da resina na cavidade do processo de moldagem tradicional para manter a pressão, a fim de obter um melhor desempenho de moldagem do produto.

Vantagens da moldagem por injeção com assistência de gás

Gas-assisted injection molding overcomes the limitations of traditional plastic injection molding and foam molding and has the following advantages:

Bom desempenho das peças

(1) Eliminar os poros e as depressões abrindo razoavelmente canais de gás nas barras de reforço e nos separadores instalados nas juntas de diferentes espessuras de parede das peças e introduzindo gás após a injeção do material da parte inferior.

Compensa a contração da massa fundida durante o processo de arrefecimento e evita a formação de poros e depressões.

Este processo a considerar é a sua capacidade de embalar geometrias espessas que resultariam em marcas de afundamento com um processo de moldagem tradicional.

(2) Reduzir o stress interno e a deformação por empenamento Durante o processo de arrefecimento da peça, é formado um canal de gás contínuo desde o bocal de gás até ao fim do fluxo de material sem perda de pressão, e a pressão do ar é consistente em todo o lado, reduzindo assim o stress residual e evitando a deformação por empenamento da peça.

(3) Aumentar a resistência da peça A conceção do reforço oco e das abas na peça faz com que a relação resistência/peso seja superior à de peças sólidas semelhantes em cerca de 5, e o momento de inércia da peça aumenta substancialmente, aumentando assim a resistência da peça.

(4) Para melhorar a flexibilidade do design, a injeção assistida por gás pode ser utilizada para formar produtos com espessura de parede irregular, de modo que o original deve ser dividido em várias partes de produtos de moldagem separados para obter uma única moldagem, para facilitar a montagem de peças.

Por exemplo, uma empresa estrangeira produziu originalmente dezenas de peças metálicas como o corpo principal, a forma de painéis complexos de portas de automóveis, através da tecnologia GAI M e da utilização de materiais de liga de plástico para conseguir uma única moldagem.

Baixo custo

(1) Save raw materials by gas-assisted injection molding in the thicker parts of the product to form a cavity, which can reduce the weight of the finished product by up to 10% to 50%

(2) Reduce equipment costs gas-assisted injection requires less injection pressure and clamping force than ordinary injection molding (25% to 50% savings) while saving energy by up to 30%.

(3) Tempo de ciclo de moldagem relativamente mais curto devido à remoção de partes mais espessas do material do núcleo, reduzindo o tempo de arrefecimento até 50%.

Com base nestas vantagens, a injeção assistida por gás é adequada para moldar produtos planos de grandes dimensões, como tampos de mesa, portas, placas, etc.; armários de grandes dimensões, como caixas de electrodomésticos, caixas de TV, caixas de máquinas de escritório, etc.; componentes estruturais, como bases, painéis de instrumentos para automóveis, para-choques, coberturas de faróis para automóveis e outras peças interiores e exteriores para automóveis.

Seleção de materiais para moldagem por injeção assistida por gás

In theory, all thermoplastics that can be used in conventional injection molding methods are suitable for gas-assisted injection molding, including some filled resins and reinforced plastics.

Alguns plásticos com uma fluidez muito boa e difíceis de encher, como o poliuretano termoplástico, podem ser difíceis de moldar; as resinas com elevada viscosidade requerem uma pressão de gás elevada e são tecnicamente difíceis de moldar, e os materiais de reforço de fibra de vidro podem ser abrasivos para o equipamento.

No processo de moldagem assistida por gás, uma vez que a espessura da parede de moldagem e os defeitos de superfície das peças são largamente determinados pelo desempenho das matérias-primas, a alteração dos parâmetros do processo não tem um grande impacto sobre eles, pelo que a escolha das matérias-primas de moldagem é extremamente importante.

Materiais utilizados na moldagem de assistência a gás Tal como acontece com a espuma estrutural, quase todos os materiais termoplásticos podem ser utilizados numa aplicação de assistência a gás, incluindo - policarbonato - óxido de polifenileno - PPO (Noryl) - tereftalato de polibutileno - PBT (Valox) - acrilonitrilo butadieno estireno - ABS.

PA (polyamide) and PBT (polybutylene terephthalate) have unique crystalline stability and are particularly suitable for gas-assisted injection molding;

PA6, PA66 e PP também são frequentemente utilizados para moldagem assistida por gás; para algumas resinas parcialmente cristalinas, o lado interior da moldagem perto do canal de ar não tem uma camada limite amorfa óbvia devido à taxa de arrefecimento relativamente lenta, mas o lado exterior produzirá uma camada limite amorfa devido ao arrefecimento rápido da parede do molde, o que afecta a qualidade do produto.

Para plásticos reforçados com fibra de vidro, será produzida uma ligeira orientação molecular na parede do molde, e as peças de moldagem máxima de alta resistência podem ser selecionadas a partir de resinas com um módulo de elasticidade elevado a uma certa distância sob a parede do molde (cerca de 1 mm da superfície exterior do produto) ao longo da direção do fluxo de material, e os materiais de resina adequados devem ser selecionados de acordo com os requisitos das peças e as condições específicas de moldagem no processo de produção real.

Conceção do canal de gás em peças moldadas por injeção assistida por gás

A conceção do canal de gás é um dos factores de conceção mais críticos na tecnologia de moldagem assistida por gás, que afecta não só a rigidez do produto, mas também o seu comportamento de processamento. Uma vez que pré-define o estado de fluxo do gás, também afecta o fluxo da massa fundida durante a fase inicial de injeção, e uma seleção razoável do canal de gás é essencial para moldar produtos de maior qualidade.

Geometria dos canais de gás comuns

For large plate parts with reinforcement, the thickness of the substrate is generally taken as 3-6 mm for gas-assisted injection molding, which can be reduced to 1.5-2.5 mm for parts with a shorter gas flow distance or smaller sizes.

A espessura da parede do reforço pode atingir 100%-125% da espessura da parede da peça à qual está ligado sem criar uma depressão.

A geometria do canal de gás deve ser simétrica ou unidirecional em relação à porta, o canal de gás deve ser contínuo e o volume deve ser inferior a 10% do volume total da peça.

Análise da resistência da peça

As peças tradicionais com reforço são frequentemente amolgadas, empenadas e deformadas, etc. A utilização de peças moldagem por injeção for reinforced parts with various cross-sectional geometries not only ensures the strength of the products but also overcomes the shortcomings of traditional injection molding.

Normalmente, com a mesma espessura de substrato, a resistência da peça com reforço oco largo em forma de T é superior à da peça com reforço oco estreito em forma de T, que é superior à da peça com reforço oco semicircular da mesma secção transversal.

A resistência do produto varia muito com o tamanho da força e a sua forma, embora a utilização de reforço possa aumentar a rigidez do produto, se a concentração local de tensão lhe for aplicada, enfraquecerá muito a resistência do produto.

Tamanho do canal de gás

A conceção do tamanho do canal de gás está intimamente relacionada com a direção do fluxo do gás de enchimento, que flui sempre na direção de menor resistência no canal de fluxo.

Fluido newtoniano estável através de um tubo circular de diâmetro D, a fórmula da queda de pressão é ΔP = 32μVL/D, em que μ é a viscosidade do fluido, V é o caudal médio, L é o comprimento da secção do fluido, D é o diâmetro do tubo, porque a viscosidade total do gás é muito pequena, inferior a 0,1% da resina e a queda de pressão na direção do comprimento pode ser ignorada, pelo que só é necessário considerar a resistência gerada pela queda de pressão da resina.

O fluxo de fluido pseudoplástico numa fórmula de queda de pressão de um tubo circular e a forma de fluido newtoniano são semelhantes, pelo que a utilização da fórmula acima sem considerar as condições reais do fluido e do gás, comparada com base no gás perto do ponto de vazamento de diferentes direcções da queda de pressão ΔP (ou seja, comparar o tamanho de cada secção de L e D), pode resolver qualitativamente o problema da direção de enchimento de Zhu de gás ΔP pequena direção que é a direção preferida do fluxo de gás.

A alteração do tamanho do canal de fluxo leva diretamente à alteração da queda de pressão em diferentes direcções, o que altera a direção do fluxo do gás e afecta a qualidade da peça moldada.

Design de moldes de injeção com assistência de gás

Since internal gas-assist injection molding uses relatively low injection pressure and clamping force, the mold can be made of zinc-based alloy, forged aluminum, and other light alloy materials, in addition to the general mold steel.

The mold design of the gas-assisted injection molding process is similar to that of normal plastic injection molding. The defects caused by the design of the mold and part structure cannot be compensated by adjusting the parameters of the molding process, but the design of the mold and part structure should be modified in time.

design principles required in general plastic injection molding are still applicable in the gas-assisted moldagem por injeção e, em seguida, são apresentadas as principais considerações para as diferentes partes da conceção:

(1) Evitar o fenómeno da injeção Embora exista uma tendência da injeção de gás para produtos de paredes finas e para a produção de curvas com formas especiais, a injeção de gás tradicional continua a ser utilizada para produzir peças com grande volume de cavidade, o fluxo de material através do portão está sujeito a elevadas tensões de cisalhamento, propenso a fenómenos de rutura por fusão, como a injeção e a fluência.

O projeto pode aumentar adequadamente o tamanho do portão de entrada e colocar o portão nos produtos finos para melhorar a situação.

(2) Conceção da cavidade devido à injeção de gás na quantidade de enchimento insuficiente, pressão de injeção de gás, tempo e outros parâmetros difíceis de controlar de forma consistente, pelo que a injeção de gás requer geralmente uma cavidade de molde, especialmente quando os requisitos de qualidade do produto devem ser elevados.

Na produção atual, há exemplos de quatro cavidades num molde e, quando se utiliza uma conceção de múltiplas cavidades, é necessário utilizar a disposição do sistema de vazamento equilibrado.

(3) O design do portão utiliza geralmente apenas um portão e a sua posição deve ser definida para assegurar que a fusão da peça sub-injectada é uniformemente preenchida com a cavidade do molde e para evitar o jato.

Se a agulha de gás estiver instalada no bico injetor e no sistema de vazamento, o tamanho do portão deve ser suficientemente grande para evitar que a fusão se condense aqui antes da injeção de gás.

Um dos problemas mais comuns na injeção assistida por gás é o facto de o gás penetrar através do canal de gás pretendido na camada micro fina da peça, formando dedadas de gás semelhantes a dedos ou folhas na superfície, mesmo que algumas dessas "impressões digitais" possam ser fatais para o produto e devam ser evitadas a todo o custo.

A investigação mostra que a principal razão para a formação de tais defeitos se deve ao tamanho inadequado do portão e às definições do tempo de atraso do gás, e estes dois factores interagem frequentemente, por exemplo, quando se utiliza uma boca rasa mais pequena e um tempo de atraso mais curto, é muito fácil produzir tais consequências adversas, não só afectam a aparência da qualidade do produto e reduzem grandemente a resistência da peça.

Geralmente, podemos utilizar o método de encurtar o comprimento do canal de gás, aumentar o tamanho da porta de entrada e controlar razoavelmente a pressão do gás para evitar esta situação desfavorável.

(4) A geometria do canal deve ser simétrica ou unidirecional em relação à porta, e a direção do fluxo de gás e a direção do fluxo de resina fundida devem ser as mesmas.

(5) O espaço de transbordo para regular o equilíbrio do fluxo deve ser projetado no molde para obter o canal oco ideal.

Perspectivas de desenvolvimento da moldagem por injeção assistida por gás

Nos últimos anos, a tecnologia de assistência a gás tem sido amplamente utilizada em electrodomésticos, automóveis, material de escritório com assistência a gás e outras indústrias, e está a desenvolver-se no sentido de melhorar a estabilidade dimensional dos produtos, fabrico de produtos de paredes finas com excelentes propriedades de superfície, produzindo tubos com formas especiais, substituindo peças metálicas na indústria automóvel, etc. Acredita-se que a tecnologia de injeção de gás continuará a desempenhar um papel importante na produção industrial futura.