Geração de tensões internas
Nos produtos moldados por injeção, o estado de tensão local varia de zona para zona, e o grau de deformação do produto é determinado pela distribuição das tensões residuais. Se existir um gradiente de temperatura durante o arrefecimento do produto, este tipo de tensão desenvolve-se e, por isso, também se denomina «tensão de moldação».
Existem dois tipos de tensões internas nas peças moldadas por injeção: a tensão de moldação dos produtos moldados por injeção e as tensões residuais térmicas. Quando o material fundido entra no molde a uma temperatura mais baixa, o material junto à parede da cavidade arrefece e solidifica rapidamente, pelo que os segmentos das cadeias moleculares ficam «congelados».
Devido à fraca condutividade das tensões térmicas residuais da camada de polímero solidificado, é gerado um grande gradiente de temperatura na direção da espessura do produto.
O centro do produto solidifica bastante lentamente, pelo que, quando o ponto de injeção fecha, o material fundido no centro do produto ainda não solidificou e a máquina de moldagem por injeção já não consegue compensar a contração por arrefecimento nesse momento.
Assim, o encolhimento interno do produto ocorre no sentido oposto ao da ação da camada de pele dura; o núcleo está em tensão estática enquanto a camada superficial está em compressão estática.
No fluxo de enchimento da massa fundida, para além do efeito de retração do volume causado pela tensão. Há também tensões causadas pelo efeito de expansão do corredor e da saída do portão; o primeiro efeito causa tensões relacionadas com a direção do fluxo de fusão, e o último causará tensões na direção perpendicular ao fluxo devido ao efeito de expansão da saída.
Os factores do processo que afectam o stress
Em condições de arrefecimento rápido, a orientação conduzirá à formação de tensão no polímero. Devido à elevada viscosidade do polímero fundido, a tensão interna não pode ser aliviada rapidamente, afectando as propriedades físicas e a estabilidade dimensional do produto.
Influência de cada parâmetro na tensão de orientação
(1) Temperatura de fusão, alta temperatura de fusão, baixa viscosidade e tensão de cisalhamento diminuem a orientação; por outro lado, devido à alta temperatura de fusão, o relaxamento do estresse será acelerado, levando a capacidade de fortalecer a desorientação.
(2) No caso de não alterar a pressão da máquina de moldagem por injeção, a pressão da cavidade do molde aumentará, e o forte efeito de cisalhamento leva a um aumento da tensão de orientação.
(3) O prolongamento do tempo de espera antes do fecho do bocal conduz a um aumento da tensão de orientação.
(4) O aumento da pressão de injeção ou da pressão de retenção aumentará a tensão de orientação.
(5) A alta temperatura do molde pode garantir que o produto arrefeça lentamente e desempenha um papel na desorientação.
(6) Aumentar a espessura do produto para reduzir a tensão de orientação, porque os produtos de paredes espessas arrefecem lentamente, a viscosidade aumenta e o processo de relaxamento da tensão é longo, pelo que a tensão de orientação é pequena.
Efeito do stress térmico
(1) Devido ao grande gradiente térmico entre fundido e parede durante o enchimento, a camada exterior que solidifica primeiro impede a contração da camada interior que solidifica depois, gerando tensão de compressão no exterior e tensão de tração no interior.
(2) Se o molde for preenchido e permanecer por muito tempo sob a ação da pressão de recalque, o material polimérico fundido é adicionado à cavidade do molde, de modo que a pressão de moldagem por injeção na cavidade aumenta, e essa pressão altera a tensão interna devido à temperatura irregular.
No entanto, no caso de um tempo de retenção curto e de uma pressão baixa na cavidade, o produto manterá o estado de tensão original quando arrefecer.
(3) Se a pressão na cavidade do molde for insuficiente na fase inicial de arrefecimento do produto, a camada exterior formará uma depressão devido à contração de solidificação; se a pressão na cavidade do molde de injeção for insuficiente numa fase posterior, quando o produto já formou uma camada fria e rígida, a camada interior separar-se-á devido à contração ou formará vazios.
(4) Se a pressão da cavidade for mantida antes de o portão ser fechado, é benéfico melhorar a densidade do produto e eliminar a tensão da temperatura de arrefecimento, mas será gerada uma grande concentração de tensão perto do portão.
(5) Assim, parece que quanto maior for a pressão no molde, maior será o tempo de retenção, o que ajuda a reduzir a tensão de contração gerada pela temperatura e vice-versa, aumentando a tensão de compressão.
A relação entre o stress interno e a qualidade do produto
(1) A existência de tensões internas no produto afectará seriamente as propriedades mecânicas e o desempenho do produto; devido à existência e distribuição desigual das tensões internas, ocorrerão fissuras no processo de utilização do produto.
Na temperatura de transição vítrea abaixo da utilização, ocorrem frequentemente deformações irregulares ou deformações, mas também causam a deterioração da superfície do produto “branca”, turva e das propriedades ópticas.
(2) Tentar reduzir a temperatura na porta de entrada e aumentar o tempo de arrefecimento lento, o que contribui para melhorar a irregularidade da tensão residual do produto, de modo a que as propriedades mecânicas do produto sejam uniformes.
(3) Independentemente do polímero cristalino ou do polímero não cristalino, a resistência à tração apresenta caraterísticas anisotrópicas.
Nos polímeros não cristalinos, a resistência à tração varia em função da localização do ponto de injeção; quando este está alinhado com o enchimento do molde, a resistência à tração diminui à medida que a temperatura do material fundido aumenta; quando está perpendicular à direção de enchimento do molde de injeção, a resistência à tração aumenta à medida que a temperatura do material fundido sobe.
(4) O aumento da temperatura de fusão leva ao reforço do efeito de reorientação, enquanto o enfraquecimento do efeito de orientação diminui a resistência à tração.
A orientação da porta afecta a orientação ao influenciar a direção do fluxo do material e, uma vez que a anisotropia dos polímeros não cristalinos é mais forte do que a dos polímeros cristalinos, a resistência à tração na direção perpendicular à direção do fluxo é maior para os primeiros do que para os segundos.
A moldação por injeção a baixa temperatura apresenta maior anisotropia mecânica do que a injeção a alta temperatura; por exemplo, a razão entre a resistência perpendicular e a resistência na direção do fluxo é de 1,7 a alta temperatura de injeção e de 2 a baixa temperatura de injeção.
(5) Assim, parece que um aumento da temperatura de fusão leva a uma diminuição da resistência à tração tanto para os polímeros cristalinos como para os não-cristalinos, mas o mecanismo é diferente; o primeiro é devido ao efeito de redução através da orientação.
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