O poliéter-éter-cetona (PEEK) é outro material termoplástico de elevado desempenho que possui boas caraterísticas mecânicas e resistência química e ao calor. A moldagem por injeção de PEEK é uma técnica de injeção de material PEEK na forma pretendida e é de natureza altamente técnica, utilizada extensivamente na indústria aeroespacial, na área médica, no sector automóvel e no sector eletrónico. Neste artigo, as propriedades do material PEEK e o seu processo de moldagem, a conceção do molde, as especificações dos parâmetros e os problemas com soluções de Moldagem por injeção PEEK serão descritos.

Propriedades do material PEEK

Propriedades mecânicas

O PEEK tem excelentes propriedades mecânicas, este material tem uma elevada resistência, elevada rigidez e excelente resistência à fadiga, pelo que este material é adequado para condições de carga e tensão elevadas. A sua resistência à tração é de 90-100 Mpa e a resistência à flexão é de 150-200 Mpa. Além disso, o PEEK tem uma baixa taxa de desgaste e um baixo coeficiente de atrito, pelo que pode ser utilizado em rolamentos, engrenagens e vedantes onde é necessária resistência ao desgaste.

Resistência química

O PEEK tem um elevado nível de resistência química contra uma grande quantidade de produtos químicos, que incluem ácidos fortes comuns, álcalis, sais e solventes orgânicos. Isto torna-o muito valioso em equipamentos químicos e dispositivos médicos. O PEEK não se degrada nem altera a sua química a temperaturas elevadas, pelo que suporta condições difíceis e severas durante um longo período.

Propriedades térmicas

Com uma temperatura de transição vítrea de 143°C e um ponto de fusão de 343°C, o PEEK pode ser utilizado continuamente a 250°C sem perder as suas propriedades mecânicas e estabilidade dimensional. Além disso, o baixo coeficiente de expansão térmica do PEEK significa que continuará a ter uma boa estabilidade dimensional quando as condições se alterarem.

Propriedades eléctricas

Uma propriedade única do PEEK são as suas excelentes propriedades de isolamento elétrico. O PEEK tem elevada resistência dieléctrica, baixa constante dieléctrica e baixa perda dieléctrica. O material pode ser utilizado nas indústrias de energia e eletrónica. A estabilidade térmica do material, a elevada rigidez dieléctrica e a baixa perda dieléctrica fazem dele um material de isolamento elétrico de alto desempenho ideal. É muito adequado para utilização como isolante elétrico de alto desempenho numa vasta gama de temperaturas e frequências de funcionamento.

Biocompatibilidade

Devido à sua elevada biocompatibilidade, o PEEK é o material de eleição na produção de dispositivos médicos e implantes. O PEEK pode permanecer no ambiente in vivo durante mais tempo sem causar quaisquer reacções imunitárias ou tóxicas. A inércia biológica e química do PEEK confere-lhe propriedades estáveis em ambientes in vivo e in vitro, que podem ser utilizadas para produzir implantes ortopédicos, materiais de restauração dentária e instrumentos cirúrgicos.

Processo de moldagem por injeção de PEEK

Manuseamento de matérias-primas

Não é possível moldar material plástico PEEK sem ter de remover primeiro a humidade do material. A temperatura de secagem sugerida é de 150°C durante pelo menos 3 horas, a humidade relativa deve ser mantida abaixo de 0. 02%. Se não for feita uma secagem adequada, podem ocorrer bolhas na massa fundida, o que afecta algumas das propriedades mecânicas e o acabamento da superfície do produto.

Seleção de máquinas de moldagem por injeção

O PEEK tem um elevado ponto de fusão e uma elevada viscosidade de fusão, exigindo que a máquina de moldagem por injeção tenha as caraterísticas de resistência a altas temperaturas, alta pressão e bom desempenho de controlo da temperatura. Recomenda-se a utilização de moldagem por injeção máquinas com um sistema de pré-plastificação do fundido e de injeção de alta pressão. O cilindro e o parafuso devem ser feitos de materiais resistentes a altas temperaturas e ao desgaste para garantir o funcionamento estável a longo prazo da máquina de moldagem por injeção.

Conceção de moldes

1. Material do molde: O material do molde tem de ser muito forte, muito duro e deve ser capaz de suportar calor elevado. Alguns dos materiais de molde mais conhecidos são o aço para trabalho a quente e o aço H13, bem como os aços inoxidáveis. Espera-se que a superfície do molde seja progressivamente endurecida e polida, numa tentativa de aumentar a vida útil do molde e a superfície do produto.

2. Desenho do corredor: A conceção do corredor deve também facilitar um fluxo igual da massa fundida para a cavidade sem qualquer tendência para a massa fundida estagnar em algumas partes enquanto outras demoram mais tempo a arrefecer. A secção transversal do corredor pode ser circular ou trapezoidal, sendo o diâmetro do corredor determinado em função do tamanho do produto e dos parâmetros da máquina. Também elimina a resistência ao fluxo da massa fundida e a queda de pressão para melhorar a uniformidade do enchimento do design do canal.

3. Conceção da ventilação: Um bom sistema de ventilação é essencial para evitar que o gás e os voláteis presentes na massa fundida fiquem presos na cavidade do molde, o que pode levar à formação de irregularidades na superfície e, consequentemente, a um mau desempenho do produto. As aberturas de ventilação devem estar localizadas no final do canal ou em áreas propensas à acumulação de gás, com uma profundidade de descarga que normalmente varia entre 0,02-0,04 mm. Um bom projeto de ventilação também ajuda a minimizar defeitos como bolhas e a existência de estrias de prata.

Parâmetros do processo de moldagem por injeção

1. Temperatura de injeção: A temperatura de fusão dos materiais PEEK é relativamente alta e a temperatura de injeção recomendada é de 350-400 ℃. Temperatura muito baixa causará fluxo de fusão deficiente e enchimento incompleto, enquanto temperatura muito alta causará degradação do material. Recomenda-se controlar a temperatura de injeção de acordo com a espessura do produto (paredes grossas ou paredes finas) ou forma.

2. Temperatura do molde: A temperatura do molde afectará em grande medida a cristalinidade do produto, bem como o acabamento da superfície da peça. A temperatura recomendada para o molde é de 160-200°C, dependendo da espessura e da forma do produto. Quando a temperatura do molde é baixa, o acabamento da superfície é mau e a estrutura interna da peça fundida é pouco desenvolvida. Quando as temperaturas são elevadas, ocorrem deformações, especialmente empenos, e um controlo dimensional deficiente.

3. Pressão de injeção: O polímero PEEK tem uma pressão de injeção relativamente elevada para moldagem, sendo a melhor pressão recomendada de 100-150MPa. Uma pressão menor pode levar a problemas como o enchimento insuficiente e a qualidade da superfície, enquanto uma pressão maior pode levar a problemas como danos no molde e deformação do produto. Quanto aos parâmetros dependentes, a pressão de injeção deve ser alterada em função do fluxo de fusão e da conceção do molde.

4. Pressão e tempo de retenção: A pressão de retenção deve ser ligeiramente inferior à pressão de injeção, cerca de 80-100 MPa, com o tempo de retenção a depender da espessura dos artigos e da forma, cerca de 30-60 segundos. Isto significa que a pressão e o tempo afectam a estrutura interna e a qualidade da superfície do produto e que a seleção adequada destes parâmetros exige alguma experimentação.

5. Tempo de arrefecimento: O tempo de arrefecimento tem um impacto direto na natureza e no tamanho global dos cristais do produto. O tempo de arrefecimento ideal é de 2 a 5 minutos, consoante o tipo de produto, a sua espessura e a temperatura dos moldes. Um tempo de arrefecimento curto resulta em tensão interna e deformação, por outro lado, um tempo de arrefecimento longo afectará a eficiência da produção.

Otimização de processos

1. Análise do fluxo do molde: A análise do fluxo do molde é um dos processos importantes durante a moldagem por injeção, em que se pode simular o fluxo da massa fundida no interior da cavidade do molde e prever determinados tipos de defeitos, bem como otimizar alguns parâmetros do processo. Ao realizar a análise do fluxo do molde, é possível otimizar o design do canal, a posição da porta e os parâmetros de injeção para melhorar a qualidade do produto e a eficiência da produção.

2. Projeto experimental: A conceção experimental é um método sistemático para estudar e otimizar o processo de moldagem por injeção. Este método também pode determinar os efeitos de outros parâmetros do processo na qualidade do produto e determinar a melhor combinação de parâmetros. Vários métodos comuns de conceção experimental são as experiências factoriais completas, as experiências factoriais parciais e a análise da superfície de resposta.

3. Melhoria contínua: A realização da solução óptima na moldagem por injeção depende da otimização contínua do processo de moldagem por injeção. A monitorização e análise regulares dos dados no processo de produção para determinar a correlação entre a qualidade do produto e os parâmetros do processo, e o subsequente ajustamento e melhoria do processo, podem melhorar a qualidade do produto e a eficiência da produção.

Problemas comuns e soluções na moldagem por injeção de PEEK

Preenchimento incompleto

O enchimento insuficiente é um problema comum em Moldagem por injeção PEEK. É causada por baixa temperatura de injeção, pressão ou temperatura do molde, resultando em PEEK não preenchido no molde ou na máquina de moldagem por injeção. As soluções podem incluir o aumento da temperatura de injeção, da pressão de injeção, da temperatura do molde e do sistema de canais. Além disso, as portas são também um fator importante. Quanto mais portas existirem e quanto melhor for a mudança de posição das portas, melhor será o efeito de enchimento.

Defeitos de superfície

A queima na superfície e a formação de fenómenos como estrias prateadas, bolhas, etc. estão associadas a gases e voláteis na massa fundida. As causas possíveis consistem no problema de secagem da matéria-prima, nas aberturas de ventilação, na velocidade de injeção, bem como na pressão e na temperatura do molde. Através de uma conceção adequada da ventilação do molde e de bons parâmetros utilizados no processo de injeção, os defeitos de superfície podem ser facilmente minimizados.

Página de guerra do produto

As causas comuns do empeno do produto são o arrefecimento desigual do material e a manutenção incorrecta da pressão. As soluções incluem o arrefecimento uniforme, a otimização dos parâmetros de manutenção da pressão, a conceção adequada do sistema de arrefecimento do molde e a otimização da estrutura do produto. O tempo de arrefecimento e a taxa de arrefecimento adequados podem reduzir a tensão interna e o empeno.

Defeitos internos

Os crimes, incluindo vazios, linhas de soldadura e delaminação, que têm origem no material, resultam principalmente de um fluxo deficiente da massa fundida e de um arrefecimento diferencial. Os parâmetros de otimização são, respetivamente, a melhoria da conceção do molde, da temperatura de injeção, da pressão de injeção e dos parâmetros de retenção. É revelado que a análise do fluxo do molde e a otimização da experiência podem diminuir consideravelmente os defeitos internos e melhorar as propriedades mecânicas e a fiabilidade.

Precisão dimensional

A precisão dimensional é influenciada por uma conceção inadequada do molde e pela instabilidade dos parâmetros tecnológicos do processo de injeção. As soluções prováveis incluem: otimização do molde, titulação das condições de injeção e aplicação de equipamento de injeção de alta precisão. As ideias de conceção experimental e, mais especificamente, a melhoria contínua dos processos de produção permitem melhorar a precisão e a uniformidade das dimensões do produto.

Controlo de qualidade

Controlo de qualidade das matérias-primas

Na aquisição de matérias-primas PEEK, é necessário escolher matérias-primas de alta qualidade para que a humidade ou as impurezas durante o processo de utilização não afectem o desempenho do produto. Analisar a composição das matérias-primas e testar as propriedades físicas das matérias-primas são a garantia da qualidade e uniformidade das matérias-primas.

Controlo da qualidade do processo

A utilização de máquinas e moldes de moldagem por injeção avançados e o controlo rigoroso dos parâmetros do processo de injeção garantem a consistência e a estabilidade do produto. Os sistemas de monitorização e recolha de dados em linha podem ser utilizados para medir a temperatura, a pressão, o tempo, bem como outros aspectos durante o processo de produção e qualquer problema é corrigido imediatamente.

Inspeção da qualidade dos produtos

Inspeção das caraterísticas mecânicas através de ensaios de tração, flexão e impacto e observação da microestrutura e do acabamento da superfície utilizando microscópios ópticos e SEM. O fornecimento de um controlo de qualidade extensivo resulta na qualidade e durabilidade do produto.

Sistema de gestão da qualidade

Estabelecer e implementar a ISO 9001 e a ISO 13485 como um sistema de gestão da qualidade pode garantir e monitorizar a qualidade do processo de moldagem por injeção através de uma gestão eficaz.

Aplicações da moldagem por injeção de PEEK

Aeroespacial

O PEEK tem uma multiplicidade de utilizações em aplicações aeroespaciais, onde é aplicado no fabrico de elementos e subconjuntos de elevada resistência e leveza para superestruturas, assentos, acessórios electrónicos ou coberturas e caixas, entre outros. O PEEK não se degrada a altas temperaturas, é resistente a produtos químicos e tem propriedades mecânicas superiores, o que o torna muito importante na engenharia aeroespacial.

Dispositivos médicos

O PEEK é ideal para o fabrico de implantes, ferramentas cirúrgicas e artigos dentários devido à sua compatibilidade com o corpo e resistência à esterilização. Devido à sua inércia química e resistência à degradação em ambientes corporais, o PEEK é considerado vital na produção de dispositivos médicos.

Fabrico de automóveis

O PEEK é utilizado no fabrico de peças de motor de alta temperatura e elevado desempenho, engrenagens com elevada resistência ao desgaste e sistemas de escape com resistência química. Uma vez que o PEEK é muito leve e muito forte, estas propriedades do PEEK também melhoram a eficiência do combustível e o desempenho dos veículos.

Eletrónica e eletricidade

O PEEK é aplicado nos sectores eletrónico e elétrico, uma vez que possui boas propriedades eléctricas e estabilidade térmica, para produzir conectores de elevado isolamento, invólucros de sensores e revestimentos de cabos. Devido à sua alta temperatura e resistência química, o PEEK é recomendado para aplicações electrónicas e eléctricas.

Equipamento industrial

Algumas das peças e componentes fabricados em PEEK para utilização industrial são aplicações resistentes ao desgaste, a altas temperaturas e a resistências químicas, tais como bombas, válvulas e vedantes. Devido ao seu elevado desempenho, o PEEK mantém a estabilidade e a fiabilidade quando utilizado em condições que não são favoráveis.

Outras aplicações

O PEEK também encontra a sua aplicação noutros campos, sendo utilizado em artigos desportivos, electrodomésticos e na eletrónica. Devido ao seu elevado desempenho e versatilidade, o PEEK apresenta um grande potencial em novos mercados.

Conclusão

Devido às suas propriedades caraterísticas, a resina PEEK é muito procurada em vários sectores da indústria como plástico de engenharia de alto desempenho. Utilizando a moldagem por injeção como método científico de fabrico, juntamente com garantias de qualidade rígidas, é possível fabricar peças PEEK de alta qualidade. O público-alvo deste artigo são os técnicos que se dedicam ao processo de moldagem por injeção de PEEK para beneficiarem das referências e recomendações dadas. Devido à inovação tecnológica em curso e à crescente potencialidade do mercado, a aplicação de Tecnologia de moldagem por injeção PEEK terá uma perspetiva promissora no futuro.